王 濤，唐 杰

(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，吉林 長春130033)

1 引言

現(xiàn)代光電經緯儀具有實時測量、高精度、自動跟蹤監(jiān)控和易于圖像再現(xiàn)等優(yōu)點，廣泛地應用于航空、航天、武器試驗、大地測量等科研和軍事領域。隨著我國國防事業(yè)的發(fā)展，經緯儀在靶場上的應用也越來越多，主要完成試驗中目標外彈道、航跡、姿態(tài)及攔截脫靶量測量［1－2］。

為保證光電經緯儀的成像質量，主鏡的面型精度一般要求支撐后達到λ/20(rms)，其支撐方式一般選用柔性支撐;隨著經緯儀通光口徑的增大，其視軸的重量也成比例增大，由于重力、剛度等原因，必然導致視軸隨俯仰角變化時機械零部件存在一定的彈性變形。以上兩種主要原因導致經緯儀觀測不同俯仰角目標時，其指向精度存在一種誤差，這種誤差稱之為視軸晃動誤差［3］。

本文針對光電經緯儀的視軸晃動誤差，基于天文望遠鏡星體標校修正的原理及經驗，給出了一種光電經緯儀視軸晃動的室內標定及補償方法。通過試驗驗證，該方法可補償視軸晃動的系統(tǒng)誤差，補償后經緯儀指向精度可達到10″內。

2 星體標校修正方法

星體標校是利用恒星在天球上的準確視位置來標定光電經緯儀的精度，是光電經緯儀在外場進行精度檢測和單項誤差調整常用的方法之一，廣泛地應用于各種靶場的外場實時檢測中。

星體標校的過程是利用光電經緯儀對一組空間恒星進行測量，實時記錄星體的測量數(shù)據(jù)(測量時間、角度等)，根據(jù)測量時間、設備站址的天文經緯度、星體坐標(視赤經、視赤緯)等參數(shù)，用星歷表計算測量時刻星體的理論位置，將星體實測位置與理論位置進行比較［4－6］。星體標校原理示意圖如圖1所示。

圖1 星體標校原理圖Fig．1 principle of cytaster calibration

光電經緯儀星校方法適用于外場實時檢測，精度較高，但測試的相對條件要求也較高，如:準確的站址坐標，被測設備的探測性能(可探測星等、光譜范圍)以及準確詳細的星歷表數(shù)據(jù)等。

星體標校的主要誤差源:

(1)星體的時角計算

天文年歷所載的恒星數(shù)據(jù)是按一定表列時刻推算的，要求非表列時刻的其他時刻的數(shù)值則需內插;

(2)蒙氣差的修正

由于大氣折射，需要進行蒙氣差修正。

3 室內標定補償方法

根據(jù)星體標校的原理，設計了一套經緯儀室內標定補償?shù)姆椒?。該方法對測試條件要求不高，相對星體標校，無需站址坐標的標定、星歷表數(shù)據(jù)、光譜波段寬(適用可見、紅外)，同時沒有大氣折射影響。

室內標定方法:在被測設備主系統(tǒng)前剛性固定一個小口徑平行光管，平行光管成像于被測設備靶面上，被測設備從水平0°開始向天頂90°方向運動。由于平行光管與被測設備之間相對固定，沒有相對運動，所以靶面成像位置的偏移變化量即為被測設備的視軸晃動量。如圖2所示。

圖2 室內標定示意圖Fig．2 The laboratory calibration

光電經緯儀的光機結構決定其在天頂90°位置時受力狀態(tài)最好，取天頂位置的脫靶量為基準值，其余位置與該值做差，求出偏移量。

針對某設備進行測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。由于經緯儀使用狀態(tài)為0°～90°，故從水平位置至天頂位置，每10°測試一點，記錄脫靶量數(shù)據(jù)(以俯仰脫靶量為例)。取兩側正反測量數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)可以看出，隨機量較小，所以取均值進行系統(tǒng)誤差修正。

表1 某設備測試數(shù)據(jù)Tab．1 The test data of a certain

取差值分析，差值曲線如圖3所示。從圖中可以看出差值近似線性。取線性趨勢對曲線進行插值逼近，可以得出線性趨勢公式［7－9］。

針對不同俯仰角目標，可按線性趨勢公式進行修正補償。圖4為該設備針對室內檢測架中65°仰角目標進行多次測量后的結果。

圖3 差值曲線Fig．3 The difference curve

圖4 修正結果Fig．4 The correction result

從圖中可以看出，采用室內標定補償方法后，經緯儀的俯仰角測量誤差(均方)可以從25″左右修正到8″左右。

4 結論

為修正補償光電經緯儀的視軸晃動誤差，本文基于星體標校原理，設計了一套經緯儀視軸誤差的室內標定補償方法。該方法操作簡便、試驗條件要求較低，通過對某設備的試驗驗證，該方法可實現(xiàn)10″級精度的修正補償。

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