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光电望远镜误差分析及补偿技术

作　者: 赵金宇
导　师: 陈涛
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械制造与自动化
关键词: 光电望远镜电视跟踪器球函数卡尔曼滤波单圈改进法
分类号: TH751
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 863次
引　用: 3次
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内容摘要

精密观测光电望远镜(简称光电望远镜)是空间人造目标观测的主要设备。它的轴系定位测量数据的精度是实现空间目标高精度定轨的根本保障。本文以光电望远镜设备的误差分析和补偿为目标，在地基式光电望远镜的测量原理基础上，详细分析了影响观测设备测量数据精度的各种误差；针对不同的误差性质采取了不同的修正措施，提出了内符合精度评价的方法，并应用于实际工程之中，取得了预期的效果。分析总结了影响测量精度的各种误差源。将误差源分为静态误差和动态误差两大类。静态误差主要有轴系误差、编码器误差、电视传感器本身存在的时间滞后误差、光学结构中可测量的失真以及大气折射误差等；动态误差主要有仪器运动带来的各环节的变动误差、时间采样不同步造成的脱靶量合成误差、视轴晃动误差、大气抖动以及其它误差等。提出了静态指向误差修正的两种模型，从原理上分析比较了两种模型的区别；提出恒星回扫的办法降低了低仰角蒙气差的影响；检测出了电视脱靶量滞后于编码器的时间，并在数据合成时进行了补偿；仿真比较了抛物线插值和自适应卡尔曼滤波方法在采样时间不同步误差修正中的优劣性；将光标投射器运用于检测光机轴系的误差中，检测出了未定系统误差。针对随机误差的影响，采用空间坐标变换的方法，建立了从空间坐标系到像面坐标系的随机误差的测量方程，详细给出了各项随机误差的分布情况，分析了随机误差对光测设备测量数据的影响趋势。利用多圈卫星轨道数据比较了最小二乘拟合法、Vondrak平滑法和单圈改进法，并认为单圈改进法是较好的一种评价光电望远镜动态测量数据内符合精度的方法。在精密观测望远镜上进行了一系列误差修正实验，利用单圈改进法统计动态测量精度表明：修正后的数据均方差优于5秒。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 光电望远镜简介  10-11
  1.2 测量精度的评定方法  11-12
  1.3 国内外空间目标光测技术的发展现状  12-14
  1.4 本论文研究的主要内容及其意义  14-16
第二章主要误差源分析及其对测量精度的影响  16-37
  2.1 静态误差  16-29
    2.1.1 轴系误差分析  16-23
    2.1.2 编码器误差  23-24
    2.1.3 电视脱靶量静态测量误差  24-25
    2.1.4 电视脱靶量纯滞后误差  25-26
    2.1.5 坐标不一致引起的误差  26-27
    2.1.6 光学系统几何畸变失真引起的误差  27-28
    2.1.7 蒙气差的影响  28-29
  2.2 动态误差  29-36
    2.2.1 仪器跟踪运动误差  29
    2.2.2 时间采样不同步误差  29-33
    2.2.3 光学系统的视轴晃动误差  33-35
    2.2.4 由噪声引起视频信号的抖动所产生的误差  35-36
    2.2.5 大气抖动引起的误差  36
    2.2.6 其他误差  36
  2.3 本章小结  36-37
第三章误差补偿技术  37-60
  3.1 静态指向误差的修正  37-47
    3.1.1 基本参数修正模型  37-38
    3.1.2 球函数修正模型  38-40
    3.1.3 望远镜静态指向修正模型的模拟计算比较  40-41
    3.1.4 望远镜静态指向修正模型的实测计算比较  41-44
    3.1.5 残差序列的正态性检验  44-45
    3.1.6 模型中参数之间的相关性  45-47
  3.2 蒙气差的修正  47-48
  3.3 脱靶量输出纯滞后的检测与补偿  48-50
  3.4 时间采样不同误差的校正  50-56
    3.4.1 抛物线插值校正  50-51
    3.4.2 自适应卡尔曼滤波校正  51-56
  3.5 未定系统误差的检测与修正  56-57
  3.6 数据处理中野值的剔除  57-59
    3.6.1 野值的定义与分类  57
    3.6.2 野值的模型描述  57-58
    3.6.3 野值的判别方法  58-59
  3.7 本章小结  59-60
第四章随机误差的总体分配及效果仿真  60-70
  4.1 光电望远镜的坐标系定义  60-61
  4.2 从站址坐标系到像面坐标系的转换矩阵  61-65
  4.3 光电望远镜的测量方程  65
  4.4 光电望远镜的各项误差仿真分析  65-69
    4.4.1 蒙特卡洛法概述  65-66
    4.4.2 基本数据的准备  66-68
    4.4.3 应用测量方程进行仿真分析计算  68-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章动态测量精度的分析及实验结果  70-80
  5.1 最小二乘拟合  70-71
  5.2 Vondrak平滑法  71-73
  5.3 单圈改进法  73-76
  5.4 动态精度估计方法的比较  76-78
  5.5 动态测量数据的实验结果  78-79
  5.6 本章小结  79-80
第六章结束语  80-82
  6.1 研究工作总结  80
  6.2 创新点  80-81
  6.3 问题与展望  81-82
参考文献  82-84
攻读博士学位期间论文发表情况  84-85
附录A 从恒星星表位置计算方位和高度  85-88
附录B IAU 1980章动理论  88-93
致谢  93-95

光电望远镜误差分析及补偿技术

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