月球视面中心拟合算法及其在测月快速定向中的应用

基于电子经纬仪对月球明亮区域边沿的观测采样,提出一种月球视圆面中心拟合算法,推导出详细的计算公式。通过实际观测试验验证该算法的可靠性,较好地解决了月面中心的确定问题。在此基础上,探索一种测月快速定向方法。运用此方法进行天文定向,内符合精度和外符合精度均优于±2.0″。测月定向可有效弥补传统天文定向夜间只能依靠观测恒星进行的不足,扩展天文测量的使用范围。由于太阳的视面也是正圆,测月定向方法同样适用于测日定向。     

球面圆拟合算法及其在测月定向中的应用

本文提出了一种球面圆拟合算法,解决了月球视面中心的确定问题。结合该算法,利用仿真测量数据,研究了月相及月相姿态对月球视面中心拟合精度的影响。通过观测实验验证了球面圆拟合算法的正确性,并与原有的算法进行了定向结果的比较。结果显示,球面圆拟合算法与原有算法的拟合内符合精度相当,但外部检核精度提高了大约0.5″,建议在工程实践中采用本文提出的算法进行测月定向。     

一种新的测日快速定向方法

基于电子经纬仪对太阳边沿的观测采样,提出了一种日心拟合算法,较好地解决了太阳视面中心的确定问题。在此基础上,探索了一种新的测日定向方法。实际观测实验表明,新的测日定向方法较传统的前后沿法在定向精度上相当,均可用于快速定向。文中给出的太阳视面中心拟合算法可同时确定太阳视面中心的水平角和高度角,因此可用于测日定位。     

一种能适应月相变化的月球图像中心提取算法

月球是夜间最亮的天体,测月导航可在云雾天气下有效弥补传统天文导航在夜间只能观测恒星的不足,扩大天文导航的可用范围。为实现测月导航,提出了一种能适应不同月相变化的月球敏感器图像月球中心提取算法。利用Sobel-Zernike矩算子对图像进行边缘检测,利用基于圆形性检测的搜索算法筛选月球边缘点并以此提取月球中心。经半物理仿真实验解算,该算法能够针对不同月相图像有效提取月球中心,中心提取的内符合平均精度为0.16像素,外符合平均精度为2.86″。由于在月球上观测地球也有"地相"变化,该算法同样适用于月球车地球敏感器图像中心提取。     

一种无需水平信息的测月天文定向方法

目前,高性能相机正在逐步代替人眼实现天文观测.本文基于鱼眼相机对月球进行跟踪成像观测,通过得到的月球图像数据和相机参数,可得到月球在相机坐标系下的位置序列,通过测站坐标和计时器记录的时间数据,可得到月球在地平坐标系下的位置序列,进而实现测月天文定向.该方法不需要相机的水平信息,利用相机和计时器即可完成定向,且内符合定向精度随时间递增,一定程度上减少了误差来源,降低了设备复杂度.     

超大视场测月天文定向方法

利用超大视场相机测月成像实现了天文定向,推导了详细的计算公式。通过实测检验了定向方法的可靠性,跟踪拍摄15 min,内符合精度优于±7.5",外符合精度约为±20"。基于相机成像的天文定向方法改变了利用经纬仪人眼照准的传统模式,一定程度上降低了对作业员的技能要求,且超大视场相机能对月球进行连续跟踪拍摄,无须复杂的伺服控制装置。由于月球上也有重力场,月球上观测地球也有地相变化,后期如能实现定向装置的自动安平,本方法同样适用于月球车对地球成像实现天文定向。     

利用行星进行快速天文定向

提出并实现了利用行星进行快速天文定向;研究了计算行星测瞬中心位置的实用方法.探索了一种对行星进行精确测量的方法,并以木星为例进行了观测试验,解算了实测数据并给出了定向结果.从理论及实测数据两方面分析了影响定向精度的主要误差源,并给出了减弱其影响的措施.     

一种亮星识别算法及其在天文定向中的应用

基于全站仪对任意亮星的观测采样,提出了一种利用高度角序列和水平角速率进行联合匹配的任意亮星识别算法。通过引入天体地平坐标计算程序,算法可正确辨别行星和恒星。本文分析了任意亮星高度角和水平角速率的观测误差和计算误差,以此给出了匹配阈值条件的设定依据,并在此基础上制定了有效的匹配策略。仿真计算及实际观测试验均表明,该算法具有100%的识别成功率,远优于现有算法。将此算法应用于任意亮星天文定向,定向结果的内符合精度达到2″,外部检核精度达到1.6″。采用多颗任意亮星进行定向,可有效减弱由测站位置误差引入的定向系统误差,提高绝对定向精度。本文提出的天文定向适用于多云及雾霾天气。     

利用特征星进行快速天文定向

提出了利用特征星进行快速天文定向。借助星空模拟软件Stellarium构建了特征星星库,并结合天文定向中的主要误差源,研究了选星策略,提高了定向精度。实际观测实验表明,利用特征星快速定向的内符合精度可优于0.4",外符合精度可优于1.0"。     

历表对天文定向的影响

不同历表计算天体视位置不同,对天文定向产生一定影响,影响程度随着观测天体的不同而不同。通过观测恒星、太阳、金星和火星进行天文定向时,历表对天文定向结果的影响可以忽略;通过观测月亮和土星进行天文定向时,必须考虑历表对天文定向结果的影响;通过观测木星进行天文定向时,在高精度要求下,必须考虑历表对天文定向结果的影响。     

利用测日实现快速天文定向

介绍了天文方位角测量原理,给出了实用的计算太阳视位置的方法;研究了在白天恒星无法应用的情况下,利用电子经纬仪测日进行快速天文定向及方位角测量,给出了具体的实施方法及数据解算过程,并对实际测量数据进行了精度分析。     

利用测日实现快速天文定向

介绍了天文方位角测量原理,给出了实用的计算太阳视位置的方法;研究了在白天恒星无法应用的情况下,利用电子经纬仪测日进行快速天文定向及方位角测量,给出了具体的实施方法及数据解算过程,并对实际测量数据进行了精度分析.     

嫦娥一号三线阵CCD数据摄影测量处理及全月球数字地形图

CCD立体相机是搭载在嫦娥一号探测器上的主要载荷之一,用于获取空间分辨率为120m的前视、正视与后视3个不同视角的月表三线阵遥感影像数据。嫦娥一号共获取1000多轨图像数据,本文筛选其中的628轨影像制作了全月地形数据。采用SIFT特征匹配和最小二乘匹配结合的方法有效解决了月面纹理匮乏、低反照率、低对比度月球影像匹配的技术难题,匹配精度约0.3个像素;采用独立模型区域网平差法解决了CE-1三线阵影像的测区平差、全月球平差、无控制点月面定位等一系列关键技术问题。在此基础上,制作了全月球数字地形图,平面位置精度和高程精度分别为192m(1σ)和120m(1σ)。地形图地形细节表达层次分明、清晰可辨,能清晰分辨出撞击坑底部、撞击坑或山脉侧壁、月海平面等月面地形特征的详细细节。通过比较,全月球数字地形图数据在数据覆盖和完整性、平面位置精度、高程精度、空间分辨率等方面均明显好于国际现有全月球数字地形数据。     

同波束干涉测量在月面相对定位中的应用

基于同波束干涉测量原理和观测模型,针对月面目标特性,推导了给定着陆器先验位置的差分时延、差分时延率观测方程。引入指定高程约束、月球数字地形模型等约束方程,提出巡视器相对位置确定的卡尔曼滤波算法。通过仿真数据进行了验证和评估,表明该算法可快速、较高精度地确定月面巡视器相对着陆器的位置。     

地磁快速定向在天文测量自动化中的应用

通过自动寻星进行天文测量前需要概略定向。基于地磁定向高效、可靠的测量特点,提出在天文观测前利用地磁测量快速获得概略方位的方法。研究了地磁定向的使用条件,介绍了利用TCM-XB三轴罗盘定向的基本原理,测试了磁传感器的磁定向精度,进行了磁传感器与天文测量仪器实验平台组合设计。基于地磁与经纬仪的组合实验测试表明,在不同方向磁传感器定向最大互差约为1°,其固定方向定向内符合优于0.1°,可以满足基于视频全站仪/经纬仪的天文测量系统概略寻星要求。     

天体视位置计算研究

利用美国海军天文台提供的矢量程序包和国际天文协会提供的基础天文标准库,研究了在地球和月球上精度可以达到毫角秒的恒星和行星视位置计算,分析了恒星视位置计算中的各种改正影响。     

视频测量机器人星识别算法在自动天文定向中的应用

天文定向是通过观测天体确定方位的高精度定向方法,在天文测量中具有重要的作用,实现自动天文定向是目前天文定向的发展趋势。基于视频全站仪的工作模式,本文提出了一种星识别定向方法。首先通过视频测量连续快速拍摄多颗星,再将高度角和方位角差作为匹配条件,识别出各恒星,最后利用观测数据和解算的恒星数据关系获得定向结果,实现天文定向自动化。本文分析了因测站坐标误差和观测误差引起的星识别误差,由此给出匹配阈值,进一步提高了匹配的精确度和准确度。     

观测太阳测定地面目标方位的新法

在精度要求±1′内的方位角测量中,总是力求定向方法简便易行。本文推导出一种既不要对表,也不要精确读取表面时,还不需查天文年历的一种观测太阳天顶距测定地面目标方位角的简便方法,介绍了有关原理,并进行了观测试验,表明可以满足±1′的精度要求。     

月球遥感影像高精度定位研究

高精度影像立体定位是月球地形测绘的基础。对嫦娥1号光学传感器方位元素误差和方位元素相关性对影像定位影响进行了仿真,并建立了适合稀少、低精度控制点条件下月球光学影像区域网平差模型。该模型通过在月心直角坐标系(SOCS)进行影像空中三角测量来消除月球曲率引起的误差和测图范围限制,通过轨道形状的拟合与插值来减小摄影时刻轨道位置的偶然误差,在飞行坐标系中建立轨道修正模型来减少定向参数的数目,对轨道和姿态增加约束条件来提高月面控制点数目稀少及精度低条件下外方位解算的精度与可靠性。文中以克莱门汀10条轨道60景约195000km2月球南极区面阵影像和ULCN2005控制网为数据源,进行了不同方案的平差试验。通过对仿真和试验结果分析,得出月球遥感影像定位部分有益的结论。     

新丰江天文方位角在地震活动与水平形变分析中的作用

本文对新丰江地区地壳水平形变网的布网和施测情况作了简单的介绍,,并谈及此网起始边施测天文方位角的目的。为此对天文点的建造要求和施测方案也顺便加以阐述。文中列举十几期的天文方位角观测资料,说明天文方位角的测定精度是高的,能反映地震所引起的方位变动,因而可以提供水平形变网每一期起始边的天文方位角值(水平形变网的观测期数较天文方位角的观测期数为多),在地震活动与水平形变分析中它起到了应有的作用。文中说明在本震区内应采用动态天文方位角值作为起算数据,而使1976年12月那次中近期震情会商分析得以应验。最后指出,在本区内对起始边天文方位角,进行定期复测是必要的。但也指出了在网中仅布设一条边施测天文方位角的不足之处。