天文测量室内仿真技术研究

【摘要】：天文测量是一门对测量观测员的操作稳定性要求非常高的技术,熟练的操作离不开大量的日常训练。然而,目前的天文测量训练模式仍然是在晴朗的夜晚通过观测真实星空来完成,受到天气条件的制约;且一个地点只能观测当地的星空,受到地域条件的限制,严重影响了训练效率和训练效果。为此,本文研究并提出了天文测量室内仿真的方案。围绕这一方案,论文首先研究了等角星图模拟技术,实现了真实星空的模拟,并通过实测分析了模拟星图等角的精度。然后,研究了时间同步技术和系统标定方法,实现了系统时间同步和系统标定,并通过实测数据分析了时间同步和系统标定精度。最后,结合基于Leica TM 5100A电子经纬仪的天文测量系统集成了天文测量室内仿真系统,并通过实测数据分析了天文经纬度和天文方位角测量的精度。实现了在室内全天候、全地域和高效益开展天文测量训练。论文主要的研究工作及研究成果如下: (1)介绍了与天文测量相关的时间系统及其转换关系、坐标系统及其转换关系,阐述了恒星视位置计算步骤及其实用计算方法。 (2)研究并提出了一套全新的天文测量室内仿真方案,可实现在室内全天候、全地域和高效益开展天文测量训练。 (3)实现了计算机内部高精度时间提取,并用于天文测量室内仿真系统的守时。通过串口通讯实现了系统的时间同步。研究了串口时延对时间同步的影响,并分析了时间比对和时间外推精度。 (4)研究并提出了基于地平坐标系的动态等角星图模拟理论与方法,推导了全部计算公式,并编写了动态等角星图模拟软件,实现了任意时刻、任意测站的实时动态等角星图模拟。 (5)改进了圆视场搜索法并用于视场选星,采用改进后的优化算法选星使得显示天区变换时无需重复计算所有恒星视位置,有效地提高了选星速度。 (6)研究并提出了一种标定天文测量室内仿真系统的方法——类后方交会法,通过测量屏幕上五个已知坐标的标志点,同时确定观测仪器的三维位置和液晶屏幕的水平姿态,很好地实现了系统的标定。 (7)通过论文研究,集成了天文测量室内仿真系统,并通过实测数据分析了天文经纬度和天文方位角测量的精度。