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1、第36卷第9期武汉大学学报信息科学版Vol.36No.92011年9月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversitySept.2011文章编号:16718860(2011)09108504文献标志码:A数字天顶摄影仪确定垂线偏差及其精度分析1,21,22,31,2郭金运宋来勇常晓涛刘新(1山东科技大学测绘学院,青岛市前湾港路579号,266510)(2海岛(礁)测绘技术国家测绘局重点实验室,青岛市前湾港路579号,266510)(3国家测绘局卫星测绘应用中心,北京市莲花池西路28号,100830)摘要:
2、给出了数字天顶摄影仪的基本结构和垂线偏差测量的基本算法,结合仪器和测量过程,分析了垂线偏差测量误差。数字天顶摄影仪的自动化程度和测量精度都高于传统的天文大地测量。关键词:垂线偏差;数字天顶摄影仪;天文大地测量;误差分析;CCD中图法分类号:P128.1垂线偏差作为一类基本大地测量观测量,在[1]天文大地测量中具有重要作用,而垂线偏差测量的主要仪器数字天顶摄影仪的研究在我国才刚起步。根据天文大地测量理论,在分析数字天顶摄影仪的基本结构和测量原理的基础上,本文给出了垂线偏差测量的误差源,并进行了误差预计。图1垂线偏差测量基本原理1垂线偏差的天文大地测量原理Fig.
3、1BasicPrincipletoMeasureVerticalDeflection如图1所示,设在地球表面P点安置数字天GAST。充分利用GPS的精确测时功能,计算顶摄影仪对天顶恒星场进行照相,那么,P点的天GAST。GPS时(GPST)的原点在1980年1月6[2]文坐标(,)就给出了过P点的铅垂线方向。日0时,与协调世界时(UTC)一致。在天文大地根据天文学原理,P点的天文坐标和天顶赤道坐测量中,经常用到UT1,即经过极移改正的世界标(,)之间的关系为:时。IERS也公告了UTC与UT1之间的差异=(1)dUT1,因此,=-GAST(2)UT1=GP
4、ST+(19-n)s+dUT1(5)式中,GAST是Greenwich时角。利用GPS技术式中,n为由IERS公告的闰秒参数。[4]可以精确测定P点的大地坐标(,),那么,P点由UT1就可以计算平恒星时GMST,即[3]的Helmert垂线偏差为:GMST=24110.54841s+8640184.812866sT2-63H=-(3)+0.093104sT-6.2s10T+H=(-)cos(4)UT1(1.002737909350795+5.9006-11-1521.1测时10T-5.910T)(6)由式(2)计算天文经度时需要观测历元的收稿日
5、期:20110718。项目来源:国家自然科学基金资助项目(40974016,40974004);国家863计划资助项目(2009AA121405);山东省泰山学者建设工程专项基金资助项目(TSXZ0502);海岛(礁)测绘技术国家测绘局重点实验室开放基金资助项目(2009A02);山东科技大学科研创新团队支持计划资助项目;国家测绘局科技发展计划资助项目。1086武汉大学学报信息科学版2011年9月式中,T为UT1的0时对应的以J2000.0为标准tan(-0)cosql=(8)cos(q-0)历元的儒略世纪数。根据二分点方程,由GMST计算GAST:m=tan(
6、q-0)(9)GAST=GMST+cos+0.00264sin+式中,cotq=cotcos(-0);0=;0=+0.000063sin2(7)GAST。由于垂线偏差比较小,因此,切平面与CCD式中,为经向章动;为黄赤交角;为月球升交点平经。实际作业中,由GPS时间型接收机测像平面近似平行。在切平面中,基本星组连接构量GPS时号,由式(5)~(7)就可以得到观测历元成一个Voronoi图;在CCD像平面上,基本星影对应的GAST。如果再测量出赤道坐标(,),由像组也连接成Voronoi图。根据图论,通过对两式(1)、(2)就可以计算
7、天文坐标,从而确定铅垂线个图进行对比分析,快速实现基本参考恒星和影的方向。然后,由GPS测量大地坐标,根据式像之间的配准和识别。(3)、(4)就可以计算出垂线偏差。基本星数量一般有5~10颗,它们构成了一1.2CCD星像亚像素定位和星像识别般参考星配对识别的控制,根据切平面上基本星如何确定式(1)、(2)中的天顶赤道坐标?如和一般参考星之间的关系,很容易实现一般参考图1所示,在测站天顶恒星场中很少有正好过天星与其CCD影像的一一对应。顶的恒星。由于测站天顶点没有相应恒星标识,1.3天顶天文坐标计算因此,天顶方向
