[发明专利]一种基于GAIADR2星表的数字天顶仪定位误差分析方法

说明书

本发明公开了一种基于GAIA DR2星表的数字天顶仪定位误差分析方法，包括如下步骤：步骤S1：已知数字天顶仪理论旋转轴天文经纬度，根据光轴计算模型计算旋转前后光轴的天文位置；步骤S2：以旋转前后的光轴经纬度为基准，根据旋转前后给定恒星星像的拍摄时刻，计算GAIA DR2星表恒星的站心视位置；步骤S3：计算旋转前后光轴对应的恒星CCD像平面坐标；步骤S4：构建基于不同误差的数学模型；步骤S5：融合误差，进行旋转轴位置解算；步骤S6：分析不同误差源对恒星CCD坐标及数字天顶仪天文定位结果的影响；解决了利用GAIA DR2星表替换依巴谷星表在数字天顶仪工程实践中的应用及模型化分析数字天顶摄影测量数据处理过程中各阶段误差对定位精度影响的系列技术问题。

技术领域

本发明属于大地天文测量技术领域，涉及一种基于GAIA DR2星表的数字天顶仪定位误差分析方法。

背景技术

数字天顶仪可实现天文定位测量的自动化观测，消除传统天文大地测量中人仪差的影响，其采用当今先进的CCD恒星成像系统、精密倾斜测量技术、卫星精密定位及授时技术、计算机通信技术等，目前已成为大地天文定位领域不可或缺的精密测量设备。在测量数据处理过程中，数字天顶仪包含的误差主要可分为五部分：CCD成像面倾斜误差；镜头畸变误差；星点量算误差；光轴晃动误差；转台不对称旋转误差。由于数字天顶仪在测量作业过程中，定位精度往往受到以上各类误差的融合影响，很难区分每一类误差对定位结果的单独影响程度，为提高数字天顶仪的测量精度及稳定性，对引起设备测量误差的各种因素进行单一变量建模分析显得尤为重要。

用于数字天顶仪摄影定位测量的传统恒星星表为依巴谷星表。依巴谷星表于1997年6月正式发表。星表包括118218颗星，对于亮于9mag的星，在历元J1991.25，其天体测量参数(位置、视差、年自行)的精度范围为0.7～0.9mas。依巴谷星表中恒星的位置与自行以国际天球参考系ICRS作为参考系，它的主轴与ICRS偏离约±0.6mas，自行与惯性参考系的符合水平在±0.25mas/yr左右。随着时间的推移，截止目前依巴谷星表其自行误差累计已有24.64mas，对于超高精度数字天顶摄影定位系统而言，显然继续使用依巴谷星表已不能满足定位精度的需求。

GAIA数据处理和分析联盟(DPAC)处理了在名义上为期五年任务的头22个月收集的数据，从而发布了第二次星表，即GAIA DR2星表。GAIA DR2星表是目前精度最高的国际天球参考架的光学实现，因此，为研制超高精度数字天顶摄影定位测量系统，应将传统的依巴谷星表替换为GAIA DR2星表，但对于如何将依巴谷星表替换为GAIA DR2星表，并了解数据处理过程中各阶段误差对定位精度的影响，是目前数字天顶仪在大地天文测量领域的问题之一。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种基于GAIA DR2星表的数字天顶仪定位误差分析方法，为克服在使用GAIA DR2星表进行天文定位时可能存在的各类误差提供修正基础。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于GAIA DR2星表的数字天顶仪定位误差分析方法，包括如下步骤：S1)在定位测量时，设数字天顶仪的旋转轴旋转前后位置保持不变为理论旋转轴天文经纬度根据旋转轴旋转前后光轴的定位三角形计算第一光轴位置和第二光轴位置其中第一光轴位置为旋转前光轴的天文经纬度，第二光轴位置为旋转后光轴的天文经纬度；S2)根据恒星星像的CCD曝光时刻、第一光轴位置、第二光轴位置、数字天顶仪视场角和GAIA DR2星表参数，计算以光轴为基准的恒星站心视位置；S3)根据以光轴为基准的恒星站心视位置计算恒星平面北向坐标，然后再分别计算第一光轴位置、第二光轴位置时光轴对应的恒星CCD像平面坐标；S4)构建CCD成像面倾斜误差模型、镜头畸变误差模型、星点坐标量算误差模型、光轴晃动误差模型和转台不对称旋转误差模型；并分别得到考虑各类误差影响的修正CCD像平面坐标；S5)将各修正CCD像平面坐标、以旋转轴为基准得到的恒星站心视位置，根据旋转轴解算方法得到修正旋转轴天文经纬度；S6)比较理论旋转轴天文经纬度与修正旋转轴天文经纬度，得到各误差源对数字天顶仪定位的影响。