专利名称：多功能天文经纬仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于天体测量仪器技术领域，特别涉及一种用于天体测量的经纬仪。
背景技术：
在光学天体测量仪器中，子午环用于测定恒星坐标，在天球上建立参考系。中星仪、棱镜等高仪、光电等高仪、照相天顶筒和天顶仪等用于测定世界时或极移，为科学研究和国防建设提供地球自转参数。它们都以铅垂线或水银面为基准，通过天体位置的测定，得到所要的测量结果。国外子午环是专用于测定恒星位置、建立天球参考系的天文仪器，这种仪器由丹麦天文学家罗默于1689年发明，后经德国天文学家梅耶帮助完善其理论测定恒星位置的精度达到2角秒。1839年俄国天文学家斯特鲁维在新建的普尔科沃天文台建立了绝对测定天体位置的原理，并经过对仪器制造逐步提出严格的要求和逐步引进辅助设备和技术后，测量精度逐步得到提高，到20世纪中叶已达到O. 4角秒。原来的子午环是口径15 20厘米、焦距2. O 2. 5米的折射望远镜，通过镜筒中段左右水平轴轴端的枢轴，支承在两旁基墩上的V型槽内，水平轴上紧贴镜筒处装有垂直度盘。该仪器体积较大，使用光学度盘作为测角基准，加工精度要求非常高，进行目视观测。而且原观测方法只能在高纬度地区实施观测。20世纪末，云南天文台成功研制了低纬子午环，采用独创的观测原理与方法，实现了在低纬度地区对天体位置的绝对测定。低纬子午环采用反射式望远镜，使用光学度盘作为角度测量的主要基准，利用线阵CCD作为光电测量元件,仍然使用了枢轴,采用齿轮传动机构。由于低纬子午环使用光学度盘测量角度，其水平轴轴线的摆动采用了轴准直系统来测量，轴准直系统结构复杂，数据处理周期长。
发明内容为解决现有低纬子午环中用于测量高度轴轴线摆动的轴准直系统结构复杂、数据处理周期长的问题，本实用新型提供一种多功能天文经纬仪，其技术方案如下多功能天文经纬仪，包括经纬座和安装在经纬座上的反射望远镜；所述反射望远镜安装在经纬座的左水平轴和右水平轴之间的中间块上，左水平轴和右水平轴的轴头分别安装在上盘上的左叉臂和右叉臂上，上盘套装在中盘上的方位轴上，方位轴的轴端上安装有方位码盘，上盘和中盘之间安装有平面轴承，中盘安装在底盘上的支承座上，底盘安装在基墩上；所述左水平轴或右水平轴上靠近中间块处安装有垂直蜗轮，垂直蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆经传动系统与伺服电机连接；所述反射望远镜的后端安装有带CXD照相机的测微仪；所述左水平轴和右水平轴的轴头呈圆柱形，分别安装在左叉臂和右叉臂上设置的深沟球轴承上；[0012]所述左水平轴上设置有一号码盘，右水平轴上设置有二号码盘，所述一号码盘和二号码盘均为环形光栅角度编码器；在位于一号码盘外侧的左叉臂上设置两对呈对径正交分布的读数头，按顺时针排列分别为读数头Ap B1, C1, D1，其中读数头A1位于竖直方向的顶部，相邻两读数头之间的夹角为90°，读数头A1A1呈对径设置，读数头BpD1呈对径设置，读数头Ap C1的连线与读数*B1、D1的连线呈正交；在位于二号码盘外侧的右叉臂上设置两对呈对径正交分布的读数头，按顺时针排列分别为读数头A2、B2, C2、D2，其中读数头A2位于竖直方向的顶部，相邻两读数头之间的夹角为90°，读数头A2、C2呈对径设置，读数头B2、D2呈对径设置，读数头A2、C2的连线与读数头民、02的连线呈正交。使用上述多功能天文经纬仪来检测高度轴轴端偏摆的方法，包括以下顺序步骤步骤I，安装检测装置安装一号码盘、二号码盘及相应的读数头；步骤2，采集望远镜指向各预设天顶距i时，各对径读数头的读数之差，建立各预设天顶距i与各对径读数头的读数之差的回归模型，包括以下步骤步骤2.1 :将经纬仪的方位码盘旋转至0°，使高度轴沿东西方向设置，使一号码盘位于高度轴的西端，二号码盘位于高度轴的东端；步骤2.2 :沿子午方向按相同的转角步距旋转高度轴，使望远镜分别指向若干个间距相同的预设天顶距，采集望远镜指向每一个预设天顶距i时，读数头仏、^的读数之差(A1-C1)i，读数头B^D1的读数之差(B1-D1)i，读数头A2、C2的读数之差(A2-C2) i，读数头B2、D2的读数之差 (B2-D2) J ；步骤2. 3 :将所有预设天顶距i和(ArC1),代入下述公式I中公式1: (AfC1)i= AA01+2rcllsin(acll+i)+vi ；上式中的Vi是随机误差，用最小二乘法从上式中解算出参数ΛΑ, rcll和aai，其中，AAtll代表对径读数头Ap C1的读数之差的零点偏差；步骤2. 4 :将所有预设天顶距i和(B1-D1),代入下述公式2中公式2 =(BfD1)i= Δ B01+2rcl2sin (acl2+i+90° Hvi;上式中的Vi是随机误差，用最小二乘法从上式中解算出参数ΛΒμ、rcl2和aa2，其中，Λ Btll代表对径读数头D1的读数之差的零点偏差；取化=(rai+ra2)/2，式中的ra代表一号码盘的周期性偏心误差正弦曲线的幅值；取如=(aai+aa2)/2，式中的aa代表一号码盘的周期性偏心误差正弦曲线的初位相；步骤2. 5 :将所有预设天顶距i和(A2-C2) i代入下述公式3中公式3 : (A2-C2) i = AA02+2rC21sin(aC21+i)+vi ；上式中的Vi是随机误差，用最小二乘法从上式中解算出参数Nk说、rC21和aC21，其中，Λ Atl2代表对径读数头A2、C2的读数之差的零点偏差；步骤2. 6 :将所有预设天顶距i和(B2-D2),代入下述公式4中公式4 : (B2-D2)! = Δ B02+2;rC22sin (aC22+i+90。)+Vi;[0034]上式中的Vi是随机误差，用最小二乘法从上式中解算出参数rC22和aC22，其中，ABtl2代表对径读数头B2、C2的读数之差的零点偏差；取rC2 = (rC21+rC22)/2，式中的rC2代表二号码盘的周期性偏心误差正弦曲线的幅值；取aC2 = (aC21+aC22) /2，式中的aC2代表二号码盘的周期性偏心误差正弦曲线的初位相；步骤3，对观测待测星体时高度轴轴端偏摆的实时测算步骤3.1 :将经纬仪的方位码盘旋转至0°，使高度轴沿东西方向设置，使一号码盘位于高度轴的西端，二号码盘位于高度轴的东端；步骤3. 2 :沿子午方向旋转高度轴，使望远镜分别指向天顶距为z的待测星体，采集读数头A、C1的读数之差(A1-C1)z，读数头D1的读数之差(B1-D1)z，读数头A2、C2的读数之差(A2-C2)i，读数头民、D2的读数之差(B2-D2)i，分别代入下述公式5-8中，并且将步骤2中求解得到的ΔΑαι、ΔΒ01> rcl和acl,以及AAQ2、AB02^rc2和aC2代入下述公式5_8中公式5 (4 - C1)z - AA01 -2rcl sin(acl +:) = 2A&ac1 ；公式 6 :(B' — D])z -ABm — 2rci sin(ari + z + 90°) = 2ASsm ；公式7 :(為—C2)z — AA02 — Irci sin(aC2 + :) = 2ASic2 ；公式8 :{B2 -D2), -AB02 ~2rcl sin(￡3C2 + z + 90。) = 2Δ3BD2;由上述公式分别解算出八凡 、Δ4ω、ΔυρΔ· —，其中，和Δ 9·分别为观测待测星体时高度轴西端向北和向上的偏移量,A^r2和ASmj2分别为观测待测星体时高度轴东端向南和向上的偏移量；取(Δ·9^+Δ>9ι2)/2为观测待测星体时高度轴东端相对于西端在南北方向上的偏`摆量;取为观测待测星体时高度轴东端相对于西端向上的偏摆量。上述方法中，所述步骤2中的预设天顶距i可以是-75°和75°之间的步距为1°的整数值角度。上述方法中，所述的向上的偏移量均是指与重力方向相反的方向上的偏移量，比如为观测待测星体时高度轴西端向上的偏移量，其含义为为观测待测星体时高度轴西端在与重力方向相反的方向上的偏移量。本实用新型采用在高度轴的两端，各设置一只高度钢带码盘，即数字角度编码器，以及两对正交对径分布的读数头，由各码盘偏心误差的变化，即对径两读数头读数之差值的变化，分别解算出各轴端由轴系误差引起的跳动方向和量值，进而解算出高度轴在观测过程中的实时偏摆的方向和量值，从而替代轴准直器，由于光栅码盘的测量结果是数字量，因此大大提高了高度轴线摆动量测量的效率，并且检测结构较简单。原来采用轴准直系统测量轴线摆动，获得模拟图像，再进行数字处理得到数字信号。每晚观测得到的图像，需耗时4小时进行处理。而采用双码盘检测后，可即时获得摆动参数，甚至实现实时测定。为解决现有天文经纬仪的方位码盘存在刻划误差，影响观测精度的问题，本实用新型提供一种多功能天文经纬仪方位码盘刻划改正装置，其技术方案如下沿方位码盘外周的上盘上安装有两对呈对径正交分布的读数头，相邻两读数头之间的夹角为90°。[0052]使用上述多功能天文经纬仪来对方位码盘的刻划改正方法包括以下顺序步骤步骤1:安装设备在方位码盘外周的上盘上安装读数头；选取若干颗待测恒星i，对每颗待测恒星i按以下步骤2至步骤6进行观测和计算；步骤2 :获取待测恒星i的星过记录时刻初值h 选择其中一个待测恒星i，先将经纬仪的方位码盘旋转至方位角A，在待测恒星i星像通过经纬仪的望远镜视场中垂线之前12秒钟时刻，先用CXD照相机对待测恒星i星像露光6秒钟，接着用12秒钟时间将经纬仪的经纬座的绕方位轴旋转，使方位码盘旋转至方位角A+180。，并将望远镜绕水平轴旋转，旋转的角度为待测恒星i的天顶距的两倍角度，使望远镜再次指向该待测恒星i并露光6秒钟，通过以下公式计算待测恒星i的星过记录初值tQ
权利要求1.多功能天文经纬仪，包括经纬座和安装在经纬座上的反射望远镜(8)；所述反射望远镜(8)安装在经纬座的左水平轴(5)和右水平轴(6)之间的中间块(9) 上，左水平轴(5)和右水平轴(6)的轴头分别安装在上盘(20)上的左叉臂(3)和右叉臂(4) 上，上盘(20)套装在中盘(19)上的方位轴(15)上，方位轴(15)的轴端上安装有方位码盘(16)，上盘(20)和中盘(19)之间安装有平面轴承(13)，中盘(19)安装在底盘(18)上的支承座(14)上，底盘(18)安装在基墩(17)上；所述左水平轴(5 )或右水平轴(6 )上靠近中间块(9 )处安装有垂直蜗轮(11)，垂直蜗轮 (11)与蜗杆哨合，蜗杆经传动系统与伺服电机连接；其特征在于所述反射望远镜(8)的后端安装有带CXD照相机的测微仪；所述左水平轴(5)和右水平轴(6)的轴头呈圆柱形，分别安装在左叉臂(3)和右叉臂 (4)上设置的深沟球轴承(7)上；所述左水平轴(5 )上设置有一号码盘(I)，右水平轴(6 )上设置有二号码盘(2 )，所述一号码盘(I)和二号码盘(2)均为环形光栅角度编码器；在位于一号码盘(I)外侧的左叉臂(3)上设置两对呈对径正交分布的读数头，按顺时针排列分别为读数头Ap B1, C1, D1，其中读数头A1位于竖直方向的顶部，相邻两读数头之间的夹角为90°，读数头Ap C1呈对径设置，读数头D1呈对径设置，读数头Ap C1的连线与读数头BpD1的连线呈正交；在位于二号码盘(2)外侧的右叉臂(4)上设置两对呈对径正交分布的读数头，按顺时针排列分别为读数头A2、B2, C2、D2，其中读数头A2位于竖直方向的顶部，相邻两读数头之间的夹角为90°，读数头A2、C2呈对径设置，读数头B2、D2呈对径设置，读数头^、C2的连线与读数头B2、D2的连线呈正交。
2.根据权利要求1所述的多功能天文经纬仪，其特征在于沿方位码盘(16)外周的上盘(20)上安装有两对呈对径正交分布的读数头(12)，相邻两读数头(12)之间的夹角为90°。
3.根据权利要求1或2所述的多功能天文经纬仪，其特征在于位于左叉臂(3 )与中间块(9 )之间的左水平轴(5 )的轴身呈圆台形，位于右叉臂(4)与中间块(9)之间的右水平轴(6)的轴身呈圆台形。
4.根据权利要求3所述的多功能天文经纬仪，其特征在于所述反射望远镜(8)为卡塞格林望远镜，包括主镜(23)和副镜(24)，位于主镜(23)和副镜(24)之间的镜筒上设置有一个自准直平面镜(25)，自准直平面镜(25)的法线与主镜 (23)的光轴平行，位于主镜(23)的中央孔后端的副镜焦点处设置有CXD照相机(28)，主镜 (23)和CXD照相机(28)之间设置有半反半透镜(26)，在半反半透镜(26)的反射光的光轴线上设置有狭缝板(27 )，狭缝板(27 )上设置有一个光孔。
5.根据权利要求4所述的多功能天文经纬仪，其特征在于所述右叉臂(4)的前、后端各安装有一只电水准，所述电水准包括准直管(22)和水银盘(21)，准直管(22 )呈竖直向下，安装在右叉臂(4)上，水银盘(21)设置在位于准直管(22 ) 下方的上盘(20)上；所述准直管(22)中沿光轴线上从上向下依次设置有CXD照相机(29)、半反半透镜(30)和准直镜(31)， 在半反半透镜(30)的反射光的光轴线上设置有光源狭缝板(32)，光源狭缝板(32)上设置有若干个光孔。
专利摘要多功能天文经纬仪，属于天体测量仪器技术领域，解决了低纬子午环中的轴准直系统结构复杂、数据处理周期长的问题，包括经纬座、反射望远镜，左水平轴和右水平轴分别安装在左叉臂和右叉臂上，上盘套装在中盘上的方位轴上，方位轴的轴端上安装有方位码盘；所述反射望远镜的后端安装有带CCD照相机的测微仪；所述左水平轴上设置有一号码盘，右水平轴上设置有二号码盘，一、二号码盘均为环形光栅角度编码器；一、二号码盘外侧的均设置有两对呈对径正交分布的读数头。本实用新型由各码盘偏心误差解算出各轴端跳动量值，提高了高度轴线摆动量测量的效率，检测结构简单。
文档编号G01C1/04GK202885806SQ201220499608
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者陈林飞, 杨磊, 程向明, 苏婕, 王建成, 李彬华, 张益恭, 冒蔚, 铁琼仙 申请人:中国科学院云南天文台