小视场CCD图像的几何定标

针对长焦距望远镜CCD观测天然卫星的情况,导出了用两颗亮星作为定标时,CCD视场几何参数(比例尺和指向)测量的误差公式,进而设计了多定标星定标时正确的归算方案。新方案不仅对天然卫星的位置测量,也对同类型的小视场CCD位置测量具有指导意义。     

土星主要卫星天体测量定标试验

在地面望远镜观测土星主要卫星的精确定位中,目前普遍采用CCD成像技术。为了测量视场中暗卫星的位置,常采用4颗主要卫星(土卫三-土卫六)进行定标。鉴于技术的进步,目前CCD视场正在逐步增加,如何精确定标图像值得研究。利用2010年1月20日在云南天文台1 m望远镜上观测的不同取向的105幅CCD图像进行了试验研究。采用了美国喷气推进实验室土星主要卫星历表和美国海军天文台的UCAC4恒星星表进行计算,相对于不同的参考对象进行定标。结果表明,采用4颗主要卫星进行定标并测量离卫星较近的观测对象时具有较好的测量准确度和内部精度。测量离定标星较远的卫星时,这种定标方法具有较大的不确定性。采用6颗主要卫星(土卫三-土卫八)进行定标,所有卫星的测量结果具有更好的外部和内部符合。即便如此,采用四常数模型和六常数模型定标的结果都不是令人满意,这揭示CCD视场存在明显的扭曲效应。如果采用视场中的恒星定标,卫星的外部符合和内部精度明显变差,这说明UCAC4恒星参考星表也不是理想的定标用参考星表。     

CCD用于建立惯性坐标系(Ⅰ) 测定河外星系与定标星的相对位置

本文叙述了用CCD测量河外星系与定标星之间相对位置的方法。由于CCD测量的每次露光时间短,可以采用连续重迭露光测量的方法,扩大可观测的天区,克服CCD测量视场太小的缺点;再利用它因视场小,象场误差可以忽略,能采用四常数模型的特点,使得在整个重迭露光测量的范围内,只要两颗定标星就能测定出河外星系的相对位置。文中推导了用两颗定标星测定河外星系相对位置的公式,并给出了各底片常数测定误差的估计。     

CCD联合平差方法及其初步实例检验

在常规照相天体测量工作中，对暗天体的定位是采用逐级定标星过渡的方法实现的。由于星表系统差和局部差的存在，最终定位结果可能包含难以把握的误差积累。在CCD小视场观测情况下时常难以找到足够数量的定标星。鉴于此，推导了CCD观测联合平差方法的严格矢量表达式，以期通过共同星的过渡，实现大天区统一平差。原理上此方法可实现相对于河外天体的定位，以削弱星表系统差和局部差对定位结果的影响。讨论了CCD联合平差方法实现中的问题，包括底片常数模型选择、切点位置改正、共同星的较差改正和法方程解算方法等，并分析了具体的处理措施。用实例初步检验了CCD联合平差方法的效果，表明通过对多张CCD观测的联合平差，可以削弱单张CCD观测参考星数目过少、单张CCD观测参考星分布不均、个别参考星存在位置偏差和局部区域参考星存在系统性位置偏差等不利因素对归算结果的影响，进而达到扩大视场和提高归算精度的目的。     

CCD联合平差方法及其初步实例检验

在常规照相天体测量工作中 ,对暗天体的定位是采用逐级定标星过渡的方法实现的。由于星表系统差和局部差的存在 ,最终定位结果可能包含难以把握的误差积累。在CCD小视场观测情况下时常难以找到足够数量的定标星。鉴于此 ,推导了CCD观测联合平差方法的严格矢量表达式 ,以期通过共同星的过渡 ,实现大天区统一平差。原理上此方法可实现相对于河外天体的定位 ,以削弱星表系统差和局部差对定位结果的影响。讨论了CCD联合平差方法实现中的问题 ,包括底片常数模型选择、切点位置改正、共同星的较差改正和法方程解算方法等 ,并分析了具体的处理措施。用实例初步检验了CCD联合平差方法的效果 ,表明通过对多张CCD观测的联合平差 ,可以削弱单张CCD观测参考星数目过少、单张CCD观测参考星分布不均、个别参考星存在位置偏差和局部区域参考星存在系统性位置偏差等不利因素对归算结果的影响 ,进而达到扩大视场和提高归算精度的目的     

天然卫星CCD精确定位的最新进展

天然卫星CCD精确定位观测对于宇宙飞船探测外行星、行星物理的研究以及天文参考系的连接等方面都有重要的意义．文章介绍了长焦距望远镜CCD观测天然卫星所遇到的各种困难以及解决问题的方案．重点评介了CCD图像处理和归算方法．最后,介绍了影响天然卫星位置测量精度的各种因素及最新观测结果的精度．     

用M15进行CCD视场的校准

用1996年10月所获得的球状星团M15和大距离双星61Cygni的CCD观测资料,分别求解了上海天文台1.56m天体测量望远镜上安装的CCD探测器视场的位置角改正δp和尺度因子ρ。通过对土星主要卫星观测资料0－C的计算分析表明,经球状星团校准视场后所得结果较双星校准后结果的精度要高。该结论为进一步提高计算大行星卫星的位置测量精度打下良好的基础。     

天王星卫星CCD（SRT）位置测量的数字图象处理

天然卫星的位置测量在天体测量和天体力学中都有重要意义。国外有人对天王星卫星位置测量应用新的图象处理方法得到了高精度的卫星观测资料。利用云南天文台１米望远镜上获得的两颗卫星的ＳＲＴ的ＣＣＤ观测资料进行了新老图象处理方法的比较研究。当用两颗卫星直接作定标测量ＣＣＤ的比例尺和指向时表明：主星晕的处理对卫星位置的测量非常重要。去晕处理后,测得的比例尺和指向的弥散将大为减少。     

天王星卫星两种定标方法测定结果的比较

利用新发表的高精度、高密度天体测量星表UCAC2,对天王星的五颗主要卫星的CCD观测图像重新进行量测,采用不同方法作定标归算,并使用两种理论模型(GUST86和GUST06模型)计算卫星的理论位置。对不同方法所得到的卫星位置的O-C结果的分析和比较表明,本文获得的卫星位置精度,除天卫五(Miranda)有显著提高,其他4颗卫星的位置精度基本相同。本文中天卫一和天卫三的结果与"亮卫星定标法"的结果在精度上相当,天卫二的位置精度与其他天王星卫星的位置精度具有较好的一致性,这从另一方面证明了我们的"亮卫星定标法"的可靠性。此外我们还获得了天卫四的位置与精度。     

图像移位堆叠方法用于暗天然卫星的天体测量

暗弱天然卫星与主带小行星相比,具有亮度低、速度变化快的特点.在观测这类天体时,不能简单地延长曝光时间来提高其信噪比.尝试观测多幅短曝光的CCD (chargecoupled device)图像,采用移位堆叠(shift-and-add)方法,希望提高目标成像的信噪比,获得暗弱天然卫星的精确测量结果.使用2018年4月9—12日夜间,中国科学院云南天文台1 m望远镜(1 m望远镜)拍摄的木星5颗暗卫星的229幅CCD图像,实施了移位堆叠试验.为了验证结果的正确性,与相近日期中国科学院云南天文台2.4 m望远镜(2.4 m望远镜)观测的相同木卫图像的测量结果进行了比较和分析.位置归算采用了JPL (Jet Propulsion Laboratory)历表.结果表明,对CCD图像使用移位堆叠方法,通过叠加约10幅曝光时间100 s的图像, 1 m望远镜能观测暗至19等星的不规则天然卫星,而且测量的准确度与2.4 m望远镜的测量结果有良好的一致性.     

CCD用于建立惯性坐标系(Ⅴ)——河外星系与亮定标星相对位置的测量试验

本文介绍了试验观测的过程,给出了归算的程序,得到用CCD测定河外星系相对于两颗定标星位置的单次测定精度是±0″.050,中误差是±0″.022,外部符合是±0″.044。从而证明用CCD测量技术,并采用“底片重迭法”,通过两颗定标星来精确测定河外星系的相对位置是可行的。可望以相隔10年左右的两个历元的观测测定出岁差常数改正值。     

STEP天体测量误差源分析

系外类地行星空间探测计划(Search for Terrestrial Exo-Planets,以下简称"STEP")采用天体测量法和微像素级焦平面定标测量技术,设计望远镜焦平面检测精度达到1μas.在假定焦平面设计能达到检测精度的前提条件下,系统分析了恒星自行、视差、卫星速度和位置、光学系统的光心等关键因素对检测系外行星的影响.有别于传统的窄视场照相底片常数法,提出了一种恒星相对角距测量方法,以检测由于可能存在的系外行星而引起星对角距变化的非线性项,消除了传统窄视场天体测量中参考星位置和自行精度对检测系外行星的直接影响.针对同一天区内的8颗参考星和1颗具有行星系统的待测星,分别模拟出5 yr内的观测数据,利用最小二乘法进行处理,发现基于STEP自身1μas的观测精度,在这种情况下是可以观测到类地行星的.     

CCD光度定标对星像精确测量的影响

近年来,在用CCD器件进行恒星星像的位置和光度的精确测量中,有些研究者考虑了器件的光度定标(或称平场)的改正,有些人却不加说明地忽略之。在今后对恒星或行星星像的精确测量中是否需要考虑这种定标影响呢?为回答这一问题,我们利用在云南天文台1m望远镜上配备的CCD拍摄的实际图像进行了分析处理。当假定CCD每一像素光度的响应与输入光度具有线性关系的模型时,试验表明:对于暗星(约16mag),由光度定标引起的光度影响和位置影响分别约为0.2mag和0.02pixel,而对于亮星(约10mag),相应的改正在光度和位置方面分别约为0.02mag和0.002pixel。明显地,我们应该重视暗星星像的光度改正效应,而星像位置方面的效应则可以忽略不计。     

用于低纬子午环的CCD象元尺寸的选择

用于低纬子午环的CCD象元尺寸的大小将影响可观测的视场和星像的定位精度。本文根据低纬子午环配备CCD的观测原理,综合考虑视场和星像的定位精度两方面的因素,认为选择1024×1024(24μ)的CCD芯片是一种切实可行的方案。     

CCD图像拼接试验

为了获得大视场的高精度天文图像,实施了一种望远镜CCD图像的拼接方法。从原始图像到最终合成图像的坐标转换采用了结合星表UCAC4的六常数模型。不同于硬件级的拼接,使用逐个像素的灰度值再分配的方案进行图像融合。进一步采用云南天文台2.4 m望远镜拍摄的CCD图像进行了试验。结果表明,该算法可以产生较高质量的大视场CCD图像,可以直观地发现运动目标,暗星信噪比有显著改善。高精度的图像拼接还与原始数据扭曲改正的预处理密不可分。与未做扭曲改正相比,图像拼接的位置精度提高了约一倍(约0.02 pixel)。     

用列阵器件测量星像位置的精度估计

当用CCD和Reticon等列阵器件观测恒星时,可利用每个象素的光度读数提供的信息,求出星像的光度重心作为星像的中心。本文应用概率与数理统计知识阐述了重心法测量星像位置时的精度估计,得出测量的精度与星像的象素的总光度读数的平方根成反比的结论。     

相互逼近技术用于小行星702(Alauda)的高精度位置测量试验

将相互逼近(Mutual Approximation)技术从天然卫星的天体位置测量拓展到小行星和邻近盖亚(Gaia)星表参考星的相对位置测量,希望获得更高的小行星位置测量精度.使用中国科学院云南天文台1 m光学望远镜在2020年11月11～12日对小行星702(Alauda)进行了观测试验.在观测资料中,目标小行星共有...     

一种小视场照象天体定位方法的理论基础

本文利用了小视场照象象场畸变小的长处,解出可应用于小视场的天球球面坐标与底片理想坐标的简化关系式ξ=(α-A)·cosδ,η=δ-D。研究了小视场底片上天体的相互关系的变化,并讨论了怎样将众多小视场图象联结成包含有标准星、特测星的大视场天区的可能性,从数学上“微分”的概念出发,给出一种近似定位方法的理论计算证明。这种方法特别适用于新兴的光电器件(如电荷耦合器件CCD),可以充分发挥其量子效率高的长处,又解决了应用于照象天体测量的视场过小的缺点,能仅仅使用这类装置快速、准确地测定待测天体的位置。尤其对暗天体的定位可以显出这一方法的长处。     

CCD漂移扫描观测星表ACR和CMC13的系统误差研究

对2000年前后发表的两部用CCD漂移扫描观测的天体测量星表——ACR(As- trometric calibration regions along the celestial equator)和CMC13(Carlsberg Merid- ian Catalog 13)进行误差分析.通过与UCAC2(The second U.S.Naval Observatory CCD Astrograph Catalog)星表比较,采用数值法,分析了误差的形式和量级大小.并从星表观测方式和数据归算的角度,分析了误差的主要可能来源.发现ACR和CMC13在赤纬方向存在明显的星等差,位置差值随赤经存在与CCD视场大小相近的周期性变化,位置差值随赤纬存在与归算带尺寸大小相近的系统性变化.     

岁差常数改正值的各种测定方法(Ⅱ)

1.相对于河外星系照相方法的应用 几何学方法的特点是利用不动的基准点方向的测量来确定天球坐标系的岁差旋转。在相隔20～30年的两个历元,对河外星系及其周围的恒星(定标星)作照相观测,通过两个历元河外星系和定标星之间相对位置的比较,得到定标星相对于河外星系自行μ_α’