以天体位置作为标校基准的三维空间方向角测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种以天体位置作为标校基准的三维空间方向角测量装置及方法，它由天体敏感器、光学望远镜、方位俯仰轴架、多个传感器、控制器和底座组成。在方位俯仰轴架的俯仰轴上安置光学望远镜，在光学望远镜镜筒上方或俯仰轴轴头上安装天体敏感器，并要求天体敏感器主光轴与光学望远镜镜筒的主光轴平行。因为天体敏感器可以感知天空中恒星和行星天体的位置，这样就可以利用恒星和行星天体的位置作为空间测量的标校基准，提供三维空间的高精度指向角，从而可以进一步提高三维空间方向仪的空间指向角精度。同时，还能提供水平基准面、倾斜基准面和正东、正南、正西、正北及垂线方向的高精度指向，指向角精度高达角秒级甚至亚角秒级。

主权项

一种以天体位置作为标校基准的三维空间方向角测量装置，其特征在于，所述装置由天体敏感器、光学望远镜、方位俯仰轴架、多个传感器、控制器和底座组成，其中：方位俯仰轴架，包括有俯仰轴架和方位轴架，俯仰轴架的俯仰轴和方位轴架的方位轴相互正交安置；方位轴架的一端安置于底座中；方位轴架的另一端与俯仰轴架连接，这样俯仰轴位于方位轴的上方；光学望远镜安置在俯仰轴架上，光学望远镜在白天用于观测和测量目标,获取目标的位置信息；天体敏感器安装在光学望远镜的镜筒上方；天体敏感器的主光轴与光学望远镜的主光轴平行，使天体敏感器与光学望远镜镜筒的指向角一致；天体敏感器和光学望远镜一起绕俯仰轴架中的俯仰轴和方位轴架中的方位轴转动，天体敏感器用于感知夜晚天空中恒星和行星的位置，这样就能利用恒星和行星的位置作为空间位置测量的标校基准，提高光学望远镜的指向精度；多个传感器包括水准器、磁传感器、电子倾斜仪和GPS定位模块；其中：水准器置于底座上，用于为底座获取水平基准面；磁传感器位于方位轴架上，用于为底座上的方位轴架的水平面提供正南或正北指向基准；电子倾斜仪位于俯仰轴架上，用于为俯仰轴架中的俯仰轴提供俯仰角度量基准；GPS定位模块位于方位轴架上，用于为三维空间方向角测量装置提供在地心地固坐标系中的位置；控制器的输入输出端分别与天体敏感器、光学望远镜、俯仰轴架和方位轴架的输入输出端连接，控制器控制俯仰轴架的俯仰轴和方位轴架的方位轴转动，控制俯仰轴架带动光学望远镜的镜筒及其上的天体敏感器一起转动；在夜晚时对三维空间方向角测量装置的轴位进行校正，校正时利用控制器控制方位俯仰轴架转动，使天体敏感器观测到天体，利用天体敏感器中的小于毫角秒精度的天体位置星表查找出观测到的天体位置数据，结合由GPS定位模块测量到的观测点在地心地固坐标系中的位置数据进行计算，得到观测点对观测到的天体的理论指向角；再对照方位俯仰轴架上的轴位显示器显示的观测到的天体的方位角和俯仰角，得到天体观测的方位角和俯仰角的偏差，并将天体观测方位角和俯仰角的偏差存储到控制器内的存储芯片中；这样当再控制方位俯仰轴架转动时，利用存储在控制器内的存储芯片中的方位角和俯仰角指向偏差值，修正转动的方位俯仰轴架及光学望远镜主轴线的指向，即利用天体观测方位角和俯仰角的偏差修正三维空间方向检测装置的轴角精度，使三维空间方向角装置能实现亚角秒级精度的三维空间指向角的观察、测量、校正和引导。