偏振光天文导航定位能力分析

基于天空光偏振特征的天文导航方式是最近发展起来的一种自动天文导航方式,其定位能力直接决定了它的发展应用价值.针对舰船偏振光天文导航方式,从天空光偏振角的探测模型和单天体天文定位的船位误差模型出发,建立了偏振光天文导航的误差模型.利用该模型,仿真计算分析了偏振光天文导航的定位能力.分析表明:当太阳位于探测装置的正横方向且天顶角较大时,探测到的天空光偏振角对太阳方向的变化最敏感,最有利于偏振光天文导航;当偏振角的测角准确度达到角分水平时,偏振光天文导航方式的自动定位准确度可达海里级,可用于辅助惯性导航.     

基于最小损失函数法进行三视场天文定位定向的误差分析

研究了基于最小损失函数法的三视场定位定向中各个误差源对定位定向准确度的影响.给出了基于最小损失函数进行三视场天文定位定向的数学模型,结合模型归纳了定位定向的误差源及其特性,分析了误差源对定位定向信息对的影响.最后,建立了定位定向误差仿真模型,并利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析.仿真结果表明系统的定位准确度为88.1m,定向准确度为3.0″.分析指出定位定向主要的误差源是水平测量误差,其次是垂线偏差数据误差.野外实验表明,该系统的定位准确度为163.0m,定向准确度为3.5″,水平测倾角的误差对定位定向结果的影响较大.     

数字化天顶摄影仪倾角补偿的影响分析

针对传统倾角补偿过程中存在的线性漂移问题,采用Ⅰ-Ⅱ观测位置和Ⅱ-Ⅰ观测位置倾角修正的平均值进行倾角补偿;为减小转台转位误差对天顶摄影仪旋转轴倾斜分量的影响,推导了转位不对称性误差对倾斜补偿的影响;分析了测站点天文坐标误差对倾角仪状态参数标定的影响.结果表明:采用改进后的倾角补偿方式可将经纬度误差从0.337″、0.381″提高到0.265″、0.216″;转台转位不对称性误差控制在1′以内,可使转位不对称误差对摄影仪旋转轴倾角补偿的影响控制在0.002″以内;当测站点的天文坐标误差与仪器自身定位精度相当时,测站点天文坐标误差对旋转轴的倾角补偿的影响较小,即对天文经度影响在0.007″内,对天文纬度影响在0.008″内.本文研究对倾角仪参数标定与天顶摄影仪定位的同时测定具有一定帮助.     

基于天文观测的相机标定及姿态测量技术研究

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量,必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题,提出了以恒星为控制点的相机标定方法,根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标,利用摄像测量原理建立了恒星观测模型,求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明,该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度,并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态,航向角和俯仰角的解算重复性优于10″,能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。     

一种新的惯性／天文组合导航方法研究

针对传统的惯性／天文组合定位定向法不能有效修正惯性导航系统传感器误差所造成的导航误差，研究了一种新的惯性／天文组合导航方法。利用天文导航系统的量测，在初始对准后估计并补偿加速度计偏置误差，在组合导航过程中闭环修正陀螺漂移误差，进而提高组合导航的姿态、速度及定位精度。仿真结果表明了该方法的有效性，并通过与传统组合方法仿真结果的比较，证明了此方法的优越性。     

天文定位中倾角传感器的标定

为提高天文定位系统的定位精度,减小倾角传感器安装误差对系统水平测量精度的影响,对系统中倾角传感器的安装参数标定及校正进行了研究.首先,给出基于倾角传感器的天文定位系统工作原理,分析倾角传感器安装过程中存在的误差源.然后,提出一种通过对天文定位系统进行改造,利用系统自身完成倾角传感器安装参数标定的方法,并给出了倾角测量数据的校正算法.最后,建立三视场天文定位系统仿真测试平台,对标定方法的性能进行了分析和验证.实验结果表明:该倾角传感器安装参数标定方法的标定精度与倾角传感器自身测量精度保持一致,在全量程范围内校正后的倾角测量结果最大误差为4.315 5″,基本满足天文定位系统中高精度倾角测量要求.     

多丝正比室的逃逸门技术

为进行空间硬X射线天文观测,研制了一个高空气球载的高压氙(Xe)多丝正比室硬X射线谱仪,采用了逃逸门技术.本文介绍逃逸门技术的原理,并描述该谱仪实现逃逸门技术的方法及实际性能.该谱仪在87年高空气球飞行观测中获得了有效的实验数据.     

两组星矢量的最小均方误差匹配算法

在多星矢量定位中，由本地坐标系中的光电探测器拍摄到的多星矢量数据需要变换到赤道坐标系中，并与赤道坐标系中的多星矢量数据进行匹配，当匹配误差达到最小时，根据变换矩阵即可确定舰位和航向。由于存在测量误差，因此不可能精确匹配。通过与点模式匹配问题类比，给出了一个求取两组星矢量之间最佳变换矩阵的算法，该算法使匹配误差在均方根意义下达到最小并且其计算复杂性仅为O（n），从而提高了天文定位的精度以及天文定位系统的反应速度。     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ3μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ2″.     

天文实践教学数字资源库建设

天文学是一门以观测为基础的学科.现代天文学的发展凸显出天文观测在重大发现中的重要性,这对天文人才培养提出了较高的要求.目前,全国各高校天文系均将实践教学作为本科教学中最重要的环节之一.随着各校对实践教学投入的不断增多,以及计算机、网络和多媒体技术的迅速发展,实践教学资源无论在种类上还是在数量上都呈现出爆发性增长.本文以北京师范大学天文实践教学数字资源库建设为例,对实践教学资源整合的系统性、合理性以及共享性进行了探索.     

天文图像多帧盲反卷积收敛性的增强方法

天文图像多帧盲反卷积的收敛性受到初始目标、约束条件和光子噪声等因素的影响.提出了用实际光学成像系统参数确定频率带宽有限约束的方法.用Knox-Thompson 方法重构初始目标相位形成盲反卷积算法的初始目标函数.研究了一种新颖的有效减小光子噪声、边缘效应和振铃现象的方法.根据最大似然估计理论，用期望最大化的优化方法建立了改进的严格约束多帧盲反卷积算法.模拟图像和实际天文图像的复原结果表明，所建立的多帧盲反卷积，可以有效克服大气湍流和减小光子噪声，改善天文观察图像的分辨率，并部分消除光学系统衍射效应对恢复图像的影响. 关键词： 大气光学 天文观测 图像处理和恢复     

象限探测器非均匀性的影响分析及软校正算法

定量分析了四象限探测器用于目标跟踪时,其光电响应不均匀性对输出特性线性度及跟踪定位准确度的影响,给出了不均匀性校正的下限.提出了一种综合补偿光分布、探测器暗电流、通道增益的多元软校正方法.该方法将非线性误差控制在5%,跟踪定位准确度2%.与补偿增益的硬件校正和不消除暗电流的软校正方法相比,非线性误差减小2%,定位准确度提高了近3%.     

天文导航航向误差的数理分析

天文导航的航向误差与水平基准、载体位置的精度密切相关,以天文导航三角形的物理意义分析了天文导航测定航向的原理,推导了天文导航测定航向的精度与水平基准误差、载体地理位置误差等环节之间的公式,为天文导航仪器选择测量天体和提高精度提供了理论依据.     

基于C++Builder的天测罗经差算法研究

利用《航海天文历》查表的方法来获得罗经差的计算过程比较复杂.基于C Builder语言编程,根据观测太阳测定罗经差的计算公式,提出了一种新型的天测罗经差算法.以某舰实测数据为基础,进行计算机仿真,结果表明该方法克服了传统的查表法计算繁琐、不能满足实时定位的缺点,提高了计算效率和计算精度,具有一定的可行性.     

基于数字天顶仪的双轴倾角仪研究

数字天顶仪在进行天文定位的过程中存在轴系偏差.为了高准确度地进行倾角补偿,在考虑倾角仪参量的基础上精确推导了倾角的输出数据,并分析了倾角仪参量的准确度对定位结果的影响.得出当倾角仪双轴尺度系数变化值的平方和小于10-6时,倾角仪标定参量的变化对定位结果的影响可以忽略.对数字天顶仪的倾斜角和测站点位置准确度对倾角仪参量的标定准确度的影响进行了分析,结果表明倾角在大于100″时参量标定的准确度较高,当测站点位置误差小于0.23″时对于标定参量的影响较小.     

指向摆镜的精度分析

在光学反射矢量公式的基础上,通过坐标变换和矢量分析,对指向摆镜的位置对地面观测目标的影响进行了分析,得出了在允许的光谱成像仪对地观测误差的条件下,指向摆镜的转角准确度和定位准确度,为指向摆镜的设计与装调提供了理论依据.     

一种新的多三角形星图识别算法

针对星敏感器星图识别算法只能处理少数目恒星的问题,结合天文观测相机进行星图识别的具体要求,提出了一种适合天文观测相机的多三角形星图识别算法.首先,选用欧洲空间局2000年2月发布的第谷2天文星表作为原始导航星表;其次,采用交叠矩形法分天区后建立导航星数据库;最后,根据天文观测相机拍摄的实际星图建立了观测星数据库;并应用多三角形星图识别算法进行星图识别的验证,实验结果表明：针对天文观测相机多三角形星图识别算法是可行的,也是可靠的.     

EP-FXT聚焦镜真实表面状态的性能模拟方法

后随X射线望远镜(follow-up X-ray telescope, FXT)是爱因斯坦探针卫星的主要载荷之一.为了获取高信噪比的数据,实现对观测天体的高精度定位, FXT使用Wolter-Ⅰ型X射线聚焦光学系统,该系统一直是X射线空间天文观测中的重要设备.根据Wolter-Ⅰ型的聚焦原理,结合实际的加工特点,利用蒙特卡罗模拟算法对影响光学成像质量的几个关键参量,如表面粗糙度、面形误差进行了模拟,结合模拟结果对各参量的作用效果进行了分析.之后利用PANTER实验室提供的聚焦镜性能测试结果对模拟方法进行了验证,同时对面形误差参量进行了限制.最终聚焦镜结构热控件半能量宽度(half energy width, HEW)模拟与实测结果基本一致.该模拟过程可以很有效地应用于聚焦镜加工工艺的摸索,为FXT的聚焦镜测试和标定工作提供参考.结合实测标定数据,该模拟方法生成的有效面积、渐晕和点扩散函数等可用于在轨观测标定数据库.     

光电经纬仪异面交会测量及组网布站优化设计

提出了一种基于空间两异面光轴公垂线估计目标真实位置及组网布站站址几何的优化设计方法.通过光电经纬仪观测目标方位角、俯仰角和基线长度,计算两光轴在待估目标上的两交点,得到目标位置的公垂线.依据两台光电经纬仪的测角准确度作为权系数,估计目标真实位置.通过误差仿真及定位准确度分析,研究了组网测量中交会角、方位角、高低角和基线长度对定位准确度的影响.     

对迭代最小二乘法天文像复原方法的改进

在天文班点成像技术中，Hofmann等提出的迭代最小二乘法－－积木法，能避免在由被观测目标像的重谱复原相位谱时复杂的相位递推过程，因此相误差的传递和积累也被消除了，但在该方法中，存在着新的问题；需要大量投放木块的迭代次数和长时间的处理过程，为提高该方法的工作效率，用“迭代位移叠加法”对目标斑点图进行预处理，经少数几次位移叠加的步骤后，很快就提供了目标像的基本结构和分布，得到了积木块投放点的位置，从而避免了盲目投放，大大减少了迭代投放的次数，显著地提高了该方法的效率。