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基于电子经纬仪的天文测量系统及应用研究

作　者: 张超
导　师: 郑勇
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 天文测量 恒星 电子经纬仪 卫星天文授时 钟差 时间比对 快速定向 误差
分类号: P228.4
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 113次
引　用: 2次
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内容摘要


天文测量是空间大地测量的主要技术手段之一,可有效满足国家大地网及局部网控制、卫星及航空航天器发射、导弹发射、惯性平台标校、远程火炮精密定向等方面的需求,且工作模式完全自主,抗干扰能力强。本文研制出了一套基于现代测量技术的新型天文测量系统,并在实际作业中广泛应用。文中针对新系统提出了一系列全新的天文测量理论及方法,编制了相应的智能测量软件,并对大量测量数据进行了分析验证,得出了肯定的结论;探讨了天文测量中的若干相关问题,并通过对理论及实测结果的分析,给出了合理化建议;对新系统的拓展应用进行了研究,提出并实现了快速天文定向的新方法。论文的主要研究内容及创新点如下:1.提出卫星天文授时法,并实现了利用GPS、“北斗”卫星进行天文授时。2.提出并实现了利用计算机内部晶振作为天文测量的时间基准,进行天文守时及时间比对,并对利用原子频标/石英晶振进行长时间天文守时进行了可行性研究。3.提出并实现了利用电子经纬仪取代传统T4光学天文经纬仪,进行一等天文测量的方法和技术,实现了国内外沿用半个多世纪的一等天文测量主设备的更新换代。4.针对新系统的特点,研究出了一套完整的“多星近似等高法同时测定天文经纬度”和“北极星多次时角法测方位角”的理论、方法和技术实现途径,突破了长期以来天文测量一直采用国外学者的理论、方法和技术的局限。5.应用计算机和自动控制技术对电子经纬仪进行了研究开发,实现了系统的自动定向、自动寻星等功能,大大提高了自动化水平和作业效率。6.提出并实现了白天利用测日进行快速定向的方法,并成功实现了其精度的提高。7.提出并实现了“基于差分方式的恒星识别原理”,可对任意恒星实现识别匹配,基于此,提出并实现了测任意恒星实现快速定向的方法,扩大了天文定向的使用范围。8.研制出了系统全套硬件设备;编制了全套天文测量软件,完成了天文测量内外业一体化集成技术研究,实现了天文测量数据的自动采集、传输、记录及成果的实时处理、检核和输出,使测量效率提高十倍。9.对天文测量中各种误差的影响进行了系统分析,并给出了相应的解决方案,对提高测量精度及作业效率具有重要意义。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一部分 绪论及天文测量的基本理论方法  11-49
  第1章 绪论  12-16
    1.1 研究背景与意义  12-13
    1.2 论文的内容安排  13-15
    1.3 论文的主要创新点及研究成果  15-16
      1.3.1 主要创新点  15
      1.3.2 主要研究成果  15-16
  第2章 天文测量的基本理论方法  16-49
    2.1 天文测量中的坐标系统  16-25
      2.1.1 天文坐标系与大地坐标系  16-17
      2.1.2 天球坐标系  17-20
      2.1.3 天文导航定位元素及其间的关系式  20-21
      2.1.4 天球坐标系间的转换  21-25
    2.2 天文测量中的时间系统  25-33
      2.2.1 恒星时及太阳时  25-27
      2.2.2 地方时与地理经度的关系  27-28
      2.2.3 恒星时与平时的实用化算方法  28-30
      2.2.4 天文测量中常用的几种时间  30-33
    2.3 天体测瞬位置的确定  33-41
      2.3.1 大气折射及其改正  33-34
      2.3.2 周日光行差改正  34-35
      2.3.3 星表、星表系统  35
      2.3.4 恒星视位置计算  35-41
    2.4 天文经纬度及方位角测量的基本原理方法  41-49
      2.4.1 天文经度测量的基本原理  41-43
      2.4.2 天文纬度测量的基本原理  43-45
      2.4.3 天文方位角测量的基本原理  45-46
      2.4.4 传统天文测量方法简介  46-49
第二部分 基于电子经纬仪的天文测量系统研究  49-128
  第3章 系统总体技术研究  50-59
    3.1 系统概述  50-54
      3.1.1 系统组成及工作原理  50-51
      3.1.2 系统的基本要求  51
      3.1.3 所采用的关键技术  51
      3.1.4 主要技术指标  51-54
      3.1.5 主要功能及用途  54
    3.2 软件系统及主要功能  54-59
      3.2.1 测前准备子系统  55
      3.2.2 天文定向子系统  55-56
      3.2.3 天文经纬度测量子系统  56-57
      3.2.4 天文方位角测量子系统  57-58
      3.2.5 成果管理子系统  58
      3.2.6 系统管理模块  58-59
  第4章 卫星天文授时技术研究  59-73
    4.1 天文授时技术概述  59-60
    4.2 利用GPS进行天文授时  60-66
      4.2.1 GPS卫星授时原理  60-61
      4.2.2 GPS接收模块输出信息的提取  61-64
      4.2.3 利用GPS接收模块实现精确授时  64-66
    4.3 利用“北斗”进行天文授时  66-71
      4.3.1 “北斗一号”卫星授时原理  66-67
      4.3.2 “北斗一号”授时型接收模块输出信息的提取［30］  67-71
      4.3.3 利用“北斗一号”授时型接收模块实现精确授时  71
    4.4 卫星时刻与天文时刻的换算  71-73
  第5章 守时及时间比对技术研究  73-92
    5.1 天文守时及时间比对技术概述  73-74
    5.2 利用计算机进行天文守时  74-83
      5.2.1 计算机内部时间特点  74-75
      5.2.2 计算机内部高精度时间的提取  75-78
      5.2.3 计算机内部时间稳定性分析  78-83
    5.3 计算机+卫星计时器实现时间比对及计时  83-92
      5.3.1 并行接口接收1PPS实现精确计时  83-85
      5.3.2 串行接口接收1PPS实现精确计时  85-88
      5.3.3 USB接口接收1PPS实现精确计时  88-92
  第6章 基于新型系统的测量方法研究  92-128
    6.1 电子经纬仪/全站仪用于天文测量的研究  92-108
      6.1.1 电子经纬仪测角原理简介  92-96
      6.1.2 观测数据获取及处理  96-100
      6.1.3 精确测瞬时刻确定  100-105
      6.1.4 电子经纬仪机载软件研究  105-108
    6.2 天文定向及自动寻星  108-111
      6.2.1 天文定向  108-110
      6.2.2 观测自动寻星  110-111
    6.3 多星近似等高法同时测定经纬度  111-120
      6.3.1 基本原理  111-112
      6.3.2 主要误差处理方法  112-113
      6.3.3 观测星表生成  113-114
      6.3.4 测量实施方案  114-115
      6.3.5 观测数据解算  115-119
      6.3.6 实测数据分析  119-120
    6.4 北极星多次时角法测量方位角  120-128
      6.4.1 观测实施方法  120-122
      6.4.2 地面目标天文方位角的计算  122-125
      6.4.3 实测数据分析  125-128
第三部分 系统的应用研究  128-174
  第7章 实际作业成果及分析  129-141
    7.1 系统应用概况  129-130
    7.2 天文经纬度测量成果精度及分析  130-133
      7.2.1 天文经纬度成果精度  130-132
      7.2.2 测量结果内符精度分析  132
      7.2.3 与T4 系统测量成果比较  132-133
    7.3 天文方位角测量成果精度及分析  133-139
      7.3.1 天文方位角成果精度  133-134
      7.3.2 测量结果内符精度分析  134-135
      7.3.3 与T4 系统测量成果比较  135
      7.3.4 天文方位角测量成果的对向检核  135-137
      7.3.5 与T4 同步测量成果比较分析  137-139
    7.4 多次监测数据比较  139-140
    7.5 成果分析小结  140-141
  第8章 实际作业中的相关问题研究  141-161
    8.1 天文经纬度测量时段数及时段分布  141-145
      8.1.1 一等天文经纬度测量时段划分  141
      8.1.2 二等天文经纬度测量时段划分  141-145
      8.1.3 三等及以下天文经纬度测量时段划分  145
    8.2 天文经纬度测量中各项误差的影响及处理  145-147
    8.3 天文方位角测量时段数及时段分布  147-153
      8.3.1 天文方位角测量时段划分  147-148
      8.3.2 方位角白天测量时段问题  148-153
    8.4 天文方位角测量中各项误差的影响及处理  153-161
      8.4.1 测站位置误差  155-156
      8.4.2 观测时间误差  156
      8.4.3 观测仪器误差  156-157
      8.4.4 回光灯光路偏差  157-159
      8.4.5 仪器调焦误差  159-160
      8.4.6 大气旁折光差  160-161
  第9章 快速定向技术研究  161-171
    9.1 白天测日快速定向  161-165
      9.1.1 测日定向原理  161-162
      9.1.2 测日定向实施方案  162-164
      9.1.3 实测数据分析  164
      9.1.4 太阳位置对测量精度影响的分析  164-165
    9.2 任意星快速定向  165-171
      9.2.1 定向基本原理  165-166
      9.2.2 恒星差分匹配方法  166-168
      9.2.3 精确定向的实现  168-169
      9.2.4 实测数据分析  169-170
      9.2.5 恒星位置选择  170-171
  第10章 总结及展望  171-174
    10.1 本文工作总结  171-172
    10.2 下一步研究工作展望  172-174
参考文献  174-178
作者简历 攻读博士学位期间完成的主要工作  178-180
致谢  180

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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