专利名称：天文经纬仪方位码盘刻划改正方法
技术领域：
本发明属于天体测量误差改正技术领域，特别涉及一种角度编码器刻划误差的测量与改正。
背景技术：
角度测量的方法多种多样，大致可以分为机械法(如多齿分度盘、杠杆法)、电磁法(如圆磁栅测角、圆感应同步器)和光电法(如光学分度头、度盘、正多面棱体测角、码盘测角、光栅测角、环形激光测角、激光干涉测角)等。在直径35公分的码盘上，要求测量精度达到O. 01角秒，目前尚远未做到。机械法以多齿分度盘为代表，采用高精度齿轮作为分度依据，而且可以通过差动的方式提高分辨率和精度。该方法的优点是精度较稳定，整周测量精度较高；其缺点是精度 达到O. I角秒后很难再继续提高，这主要是由于多层差动累加时各层同心误差要求极高难以达到。此外仪器设备笨重，操作要求极高。电磁法以圆感应同步器为代表，采用电磁感应将角位移转换为电信号的方式进行角度测量，精度可以达到O. 5角秒。该方法的优点是对环境要求较低，可用于机床等恶劣条件；缺点是存在漂移，抗干扰较差以及寿命较短。目前，此方法的测量精度也很难达到O. 01角秒。光电法中类型较多，精度相对较高。圆光栅采用在玻璃圆盘的圆平面上刻制径向光栅或切向光栅以之与指示光栅产生莫尔条纹的方法测量角度。该方法一般可达到约O. 2角秒的整周精度，最高可达O. 05角秒，但高精度的圆光栅极难制得，价格昂贵，更重要的是远未达到在每一角度上的测量精度都是O. 01角秒的要求。环光栅是在一个钢环的圆柱面上刻制栅线，以之与指示光栅产生莫尔条纹测量角度。属于光栅式精密测角器件，具有非接触式测量、安装方便、数字化读数等优点。该器件的精度与圆光栅相近。环形激光测角采用激光陀螺原理测出角速度，进而获得转动角度。该方法可达到O. I角秒的测量精度，但该方法技术难度很大，只有少数国家掌握，而且技术尚未成熟。激光干涉测角是利用干涉的办法，将小角度转化为干涉条纹的移动从而实现测角。这一方法的精度目前最高，国外有研究报道可达到O. 002角秒的灵敏度，但这仅限于小角度的测量，其整周测量的精度一般约为O. I角秒，最高可达O. 04角秒，但仪器相当复杂昂贵，仅一台商品化的激光干涉仪就需要上百万元，更遑论高精密测量以及所需的相关设施了。目前常用的角度编码器有度盘、码盘、圆感应同步器、圆光栅、环光栅等。多功能天文经纬仪采用了英国雷尼绍公司的环光栅进行角度测量。由于费用以及技术壁垒等原因，所选的器件具有约O. 8角秒的刻划误差(该公司所提供的最好的环光栅产品仍存在O. 5角秒的刻划误差)，这使得多功能天文经纬仪(样机)的观测精度受到了影响。因此必须采用天文方法，对该器件的刻划误差进行精确测定和改正。
发明内容
为解决现有天文经纬仪的方位码盘存在刻划误差，影响观测精度的问题，本发明提供一种天文经纬仪方位码盘刻划改正方法，其技术方案如下天文经纬仪方位码盘刻划改正方法，包括以下顺序步骤步骤I:安装设备在沿经纬仪的方位码盘外周的上盘上安装四个呈对径正交分布的读数头，相邻两读数头之间的夹角为90°，所述方位码盘为环光栅角度编码器，所述上盘安装在经纬仪的方位轴端上；所述经纬仪包括经纬座和安装在经纬座上的望远镜，望远镜的后端安装有带CCD照相机的测微仪；选取若干颗待测恒星i，对每颗待测恒星i按以下步骤2至步骤6进行观测和计算；步骤2 :获取待测恒星i的星过记录时刻初值tQ 选择其中一个待测恒星i，先将经纬仪的方位码盘旋转至方位角A，在待测恒星i星像通过经纬仪的望远镜视场中垂线之前12秒钟时刻，先用CXD照相机对待测恒星i星像露光6秒钟，接着用12秒钟时间将经纬仪的经纬座的绕方位轴旋转，使方位码盘旋转至方位角A+180。，并将望远镜绕水平轴旋转，旋转的角度为待测恒星i的天顶距的两倍角度，使望远镜再次指向该待测恒星i并露光6秒钟，通过以下公式计算待测恒星i的星过记录初值tQ t0 = (t⑷+t(A+180 )) /2+ Δ X · k/cos δ ；上式中，t(A)代表方位码盘旋转至方位角A时待测恒星i的的星像露光时刻，t(A’A+18(")代表方位码盘旋转至方位角A+180。时待测恒星i的的星像露光时刻，Λ X代表方位码盘分别旋转至方位角A和Α+180。时待测恒星i在CXD照相机靶面上的星像位置之差，k代表主光路系统的C⑶照相机的象元比例尺，k = O" .4415/pixel, δ代表待测恒星i的视赤讳;步骤3 :通过以下公式计算理论星过时刻h
权利要求
1 天文经纬仪方位码盘刻划改正方法，其特征在于包括以下顺序步骤 步骤I:安装设备 在沿经纬仪的方位码盘外周的上盘上安装四个呈对径正交分布的读数头，相邻两读数头之间的夹角为90°，所述方位码盘为环光栅角度编码器，所述上盘安装在经纬仪的方位轴端上；所述经纬仪包括经纬座和安装在经纬座上的望远镜，望远镜的后端安装有带CCD照相机的测微仪； 选取若干颗待测恒星i，对每颗待测恒星i按以下步骤2至步骤6进行观测和计算； 步骤2 :获取待测恒星i的星过记录时刻初值h 选择其中一个待测恒星i，先将经纬仪的方位码盘旋转至方位角A，在待测恒星i星像通过经纬仪的望远镜视场中垂线之前12秒钟时刻，先用CXD照相机对待测恒星i星像露光6秒钟，接着用12秒钟时间将经纬仪的经纬座绕其方位轴旋转，使方位码盘旋转至方位角A+180。，并将望远镜绕水平轴旋转，旋转的角度为待测恒星i的天顶距的两倍角度，使望远镜再次指向该待测恒星i并露光6秒钟，通过以下公式计算待测恒星i的星过记录初值lO·t0 = (t ⑷+t(A+18° ))/2+Δ X · k/cos δ ； 上式中，t(A)代表方位码盘旋转至方位角A时待测恒星i的的星像露光时刻，t(A’A+18cr )代表方位码盘旋转至方位角A+180。时待测恒星i的的星像露光时刻，ΛΧ代表方位码盘分别旋转至方位角A和Α+180。时待测恒星i在CXD照相机靶面上的星像位置之差，k代表主光路系统的CCD照相机的象元比例尺，δ代表待测恒星i的视赤纬； 步骤3 :通过以下公式计算理论星过时刻h — CL Λ-12% cos φ sin q - cos δ si n A 上式中，t2 = arctan(-): cosi^ si nr/ cos/ -cos^ sin ^ cos、sin A cos φ 上式中,g = arcsin(-)； cos S 上述公式中，α代表待测恒星i的视赤经，t2代表赤经圈与子午圈之间的夹角，即时角，q代表待测恒星i的赤经圈与方位角A的地平经圈之间的所构成的星位角，供代表本地纬度采用值，S代表待测恒星i的视赤纬； 步骤4 :通过以下公式计算观测时刻的实际方位相对于标称方位的偏差ΛΑ Δ A = -cos δ cosq cscz Δ t ；· 上式中，δ代表待测恒星i的视赤纬，q代表待测恒星i的赤经圈与方位角A的地平经圈之间所构成的星位角，z代表待测恒星i的天顶距； 上式中，At = tg-ti ； 步骤5:通过以下公式计算转轴前后观测时的方位码盘读数的平均值Θ : Θ = ( Θ ⑷ + Θ (A+18CI。)-180。) /2 ； 上式中，Θ (A)代表方位码盘旋转至方位角A时，方位码盘外周的四个读数头读数的平均值，Θ(Α+18°。)代表方位码盘旋转至方位角Α+180。时，方位码盘外周的四个读数头读数的平均值；步骤6:将步骤4中的Λ A和步骤5中的Θ代入以下公式，计算方位码盘旋转至方位角A时，方位码盘的修正读数Ai Ai = Δ A+ Θ ； 步骤7 :取所有待测恒星i的Ai值的算术平均值，即得到所述经纬仪在方位码盘旋转至方位角A时，方位码盘的修正读数A00。
2.根据权利要求I所述的天文经纬仪方位码盘刻划改正方法，其特征在于 所述的方位角A为45°、90°或135°。
全文摘要
天文经纬仪方位码盘刻划改正方法，属于天体测量误差改正技术领域，解决了现有经纬仪方位码盘存在刻划误差，影响观测精度的问题，包括以下步骤步骤1.在沿经纬仪的方位码盘外周安装四个呈对径正交分布的读数头；选取若干颗待测恒星，对每颗待测恒星按步骤2-6进行观测和计算；步骤2.获取待测恒星的星过记录时刻初值；步骤3.计算理论星过时刻；步骤4.计算观测时刻的实际方位相对于标称方位的偏差；步骤5.计算转轴前后观测时的方位码盘读数的平均值；步骤6.计算方位码盘的修正读数；步骤7.取所有待测恒星的值的算术平均值，得到方位码盘的修正读数。本发明方法可对方位码盘刻划误差进行改正，提高了仪器观测精度。
文档编号G01C25/00GK102879012SQ201210366480
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者程向明, 苏婕, 陈林飞, 杨磊, 王建成, 李彬华, 张益恭, 冒蔚, 铁琼仙 申请人:中国科学院云南天文台