一种基于恒星观测的船载经纬仪不同焦距光轴偏差检测方法与流程
1.本发明涉及一种基于恒星观测的船载经纬仪不同焦距光轴偏差检测方法。属于光电测量技术领域。
背景技术：
2.经纬仪实现高精度测量，需要准确的轴系参数参与计算，对于连续变焦或变倍经纬仪系统，各焦距间的光轴存在一定的差异，光轴间的偏差会影响到轴系参数。为了提高船载经纬仪的测量精度，需要对经纬仪在不同焦距处光轴间的偏差进行检测。
3.传统的经纬仪光轴标定方法是对经纬仪在某一特定焦距下的光轴进行标定。然而目前经纬仪已经发展为多种固定焦距甚至是连续变焦的工作方式，因此单焦距的光轴标定方式已无法满足现代经纬仪高精度测量需求。
技术实现要素：
4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于恒星观测的船载经纬仪不同焦距光轴偏差检测方法，能够检测出经纬仪在不同焦距处的光轴偏差，可以有效提高船载经纬仪的测量精度。
5.本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于恒星观测的船载经纬仪不同焦距光轴偏差检测方法，所述方法以空间位置精确已知的恒星作为基准，利用经纬仪观测恒星，计算出恒星在地平系下的实测指向，根据恒星的观测误差变化情况，完成经纬仪在不同焦距处光轴间的偏差检测。
6.优选地，所述方法包括以下步骤：一是利用经纬仪观测恒星，根据惯导姿态角、经纬仪测角数据以及经纬仪的脱靶量信息，计算出恒星在地平系下的实测指向；二是计算地平系下的实测指向与理论指向间的方位和俯仰偏差，即观测误差；三是某个连续时间段内，在观测同一颗恒星的过程中，调整经纬仪的焦距，稳定在该焦距的持续时间不少于3个船摇周期，记录观测数据后，再调整到下一个待测焦距进行观测和记录；四是计算不同焦距处观测误差的均值，均值的差值即为各焦距光轴间的偏差。
7.优选地，所述方法具体包括以下步骤：
8.步骤一、计算恒星在地平系下实测位置
9.1)计算经纬仪甲板系下恒星实测位置
10.首先，使用脱靶量数据对经纬仪方位和俯仰角进行修正，然后对经纬仪轴系参数进行修正，最后，利用轴系参数修正后的经纬仪测角数据，计算恒星在经纬仪甲板坐标系所在方向单位矢量的直角坐标(xj,yj,zj)；
11.2)计算地平系下恒星实测位置
12.利用惯导姿态测量数据进行坐标系的旋转和变换，经纬仪甲板系转换到地平系应进行三次坐标旋转，坐标旋转后，得到在地平系下恒星单位矢量的直角坐标(x,y,z)，根据恒星在地平系下的直角坐标，计算出恒星在地平系下的实测方位、俯仰角；
13.步骤二、计算恒星观测误差
14.在地平系下恒星的观测误差，主要包括方位误差δa和俯仰误差δe：
[0015][0016]
式中：
[0017]ath
—恒星在地平系下的理论方位；
[0018]eth
—恒星在地平系下的理论俯仰。
[0019]
在某个焦距处，数个船摇周期内恒星观测误差的均值为：
[0020][0021]
步骤三、计算不同焦距光轴偏差
[0022]
在观测同一颗恒星的过程中，经纬仪使用f1焦距时，利用记录的测量数据，计算出在方位和俯仰方向观测误差期间经纬仪实测俯仰角均值为：
[0023][0024]
经纬仪在使用f2焦距时，利用记录的测量数据，计算出在方位和俯仰方向观测误差分别为：
[0025]
焦距f2光轴相对于焦距f1光轴，在水平(方位)方向的偏差δoa为：
[0026][0027]
焦距f2光轴相对于焦距f1光轴，在垂直(俯仰)方向的偏差δoe为：
[0028][0029]
优选地，步骤一中在使用脱靶量数据对经纬仪方位和俯仰角进行修正时，设恒星在经纬仪视场内方位和俯仰方向的脱靶量分别为δa、δe，则：
[0030][0031]
式中：aj、ej为经纬仪方位和俯仰轴角编码器测量数据；对经纬仪轴系参数进行修正的结果为：
[0032][0033]
式中：
[0034]
g—经纬仪方位零位；
[0035]
h—经纬仪俯仰零位；
[0036]
c—经纬仪照准差；
[0037]
i—经纬仪横轴差；
[0038]am
—经纬仪垂直轴最大倾斜方向；
[0039]
βm—经纬仪垂直轴最大倾斜量；
[0040]
最终恒星在经纬仪甲板坐标系所在方向单位矢量的直角坐标表示为：
[0041][0042]
优选地，步骤一中在地平系下恒星单位矢量的直角坐标(x,y,z)为：
[0043][0044][0045]
式中：
[0046]
r—惯导实测横摇；
[0047]
p—惯导实测纵摇；
[0048]
h—惯导实测航向；
[0049]
根据恒星在地平系下的直角坐标，计算出恒星在地平系下的实测方位、俯仰角：
[0050][0051]egc
＝arctan(z)
[0052]
与现有技术相比，本发明的有意效果：
[0053]
本发明以空间位置精确已知的恒星作为基准，利用经纬仪观测恒星，计算出恒星在地平系下的实测指向，根据恒星的观测误差变化情况，完成经纬仪在不同焦距处光轴间的偏差检测。
附图说明
[0054]
图1为本发明船载经纬仪观测恒星(焦距2m-》4m-》1m)方位角误差曲线示意图。
[0055]
图2为本发明船载经纬仪观测恒星(焦距2m-》4m-》1m)俯仰角误差曲线示意图。
具体实施方式
[0056]
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0057]
本实施例主要涉及如下两个坐标系：
[0058][0059]
本实施例涉及的一种基于恒星观测的船载经纬仪不同焦距光轴偏差检测方法，主要包括以下步骤：
[0060]
一、恒星在地平系下实测位置计算
[0061]
1.经纬仪甲板系下恒星实测位置计算
[0062]
首先，使用脱靶量数据对经纬仪方位和俯仰角进行修正。设恒星在经纬仪视场内方位和俯仰方向的脱靶量分别为δa、δe，则：
[0063][0064]
式中：aj、ej为经纬仪方位和俯仰轴角编码器测量数据。
[0065]
然后，对经纬仪轴系参数进行修正。
[0066][0067]
式中：
[0068]
g—经纬仪方位零位；
[0069]
h—经纬仪俯仰零位；
[0070]
c—经纬仪照准差；
[0071]
i—经纬仪横轴差；
[0072]am
—经纬仪垂直轴最大倾斜方向；
[0073]
βm—经纬仪垂直轴最大倾斜量。
[0074]
最后，利用轴系参数修正后的经纬仪测角数据，计算恒星在经纬仪甲板坐标系所在方向单位矢量的直角坐标(xj,yj,zj)。
[0075][0076]
2.地平系下恒星实测位置计算
[0077]
利用惯导姿态测量数据进行坐标系的旋转和变换，经纬仪甲板系转换到地平系应进行三次坐标旋转，坐标旋转后，在地平系下恒星单位矢量的直角坐标(x,y,z)为：
[0078][0079][0080]
式中：
[0081]
r—惯导实测横摇；
[0082]
p—惯导实测纵摇；
[0083]
h—惯导实测航向。
[0084]
根据恒星在地平系下的直角坐标，计算出恒星在地平系下的实测方位、俯仰角：
[0085][0086]egc
＝arctan(z)
[0087]
二、恒星观测误差计算
[0088]
在地平系下恒星的观测误差，主要包括方位误差δa和俯仰误差δe：
[0089][0090]
式中：
[0091]ath
—恒星在地平系下的理论方位；
[0092]eth
—恒星在地平系下的理论俯仰。
[0093]
在某个焦距处，数个船摇周期内恒星观测误差的均值为：
[0094][0095]
三、不同焦距光轴偏差计算
[0096]
在观测同一颗恒星的过程中，经纬仪使用f1焦距时，利用记录的测量数据，计算出在方位和俯仰方向观测误差期间经纬仪实测俯仰角均值为：
[0097][0098]
经纬仪在使用f2焦距时，利用记录的测量数据，计算出在方位和俯仰方向观测误差分别为：
[0099]
焦距f2光轴相对于焦距f1光轴，在水平(方位)方向的偏差δoa为：
[0100][0101]
焦距f2光轴相对于焦距f1光轴，在垂直(俯仰)方向的偏差δoe为：
[0102][0103]
实施例：
[0104]
某船载经纬仪在观测某一颗恒星的过程中，首先工作在2m焦距状态，获取一段有效数据后，然后变倍调整到4m焦距，继续获取观测数据，最后变倍调整到1m焦距，并获取相应的观测数据，如图1-2所示。
[0105]
船载经纬仪分别用三档焦距观测恒星时的方位和俯仰误差均值如下表所示：
[0106]
表1经纬仪观测恒星误差表
[0107][0108]
使用2m焦距观测过程中的俯仰角均值为：42.3
°
，1m以及4m焦距光轴相对于2m焦距光轴的偏差如下表所示：
[0109]
表2 1m和4m焦距相对于2m焦距光轴偏差
[0110]
焦距(m)方位偏差(
″
)俯仰偏差(
″
)1-2.480.4646.74-6.63
[0111]
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
