陳少杰，高玉平，時(shí)春霖，魏 飛，尹東山，鐘湘林

數(shù)字天頂測(cè)量匹配星表的選取

陳少杰1,2,3，高玉平1,3，時(shí)春霖4，魏 飛1,3，尹東山1，鐘湘林4

（1.中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家授時(shí)中心，西安 710600；2. 信息工程大學(xué)，鄭州 450000；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4. 61206部隊(duì)，北京 100042)

為了進(jìn)一步提升以數(shù)字天頂望遠(yuǎn)鏡為代表的天文定位定向精度，提出一種數(shù)字天頂測(cè)量匹配星表的選取方法：指出研究不同星表系統(tǒng)之間的差異及其對(duì)天文測(cè)量的影響對(duì)提升數(shù)字照相天頂望遠(yuǎn)鏡（DZT）的精度意義重大；并利用麗江站數(shù)字天頂望遠(yuǎn)鏡測(cè)量數(shù)據(jù)，以蓋亞（GAIA）DR2為基礎(chǔ)研究第谷2號(hào)（Tycho-2）星表的位置誤差及自行誤差、視差、視向速度及星點(diǎn)密度對(duì)天文大地測(cè)量的影響。結(jié)果表明，相較于位置誤差、自行誤差、視差及視向速度等因素，GAIA DR2星點(diǎn)密度的增加對(duì)測(cè)量精度的提升更為顯著，采用星點(diǎn)密度更高的GAIA DR2星表可以使得數(shù)字天頂測(cè)量的天文經(jīng)緯度精度提升約20%。研究結(jié)果可為提高天文坐標(biāo)測(cè)量、垂線偏差測(cè)量、世界時(shí)（universial time）UT1測(cè)量等的精度提供參考。

蓋亞（GAIA）DR2星表；星表誤差；天體測(cè)量；數(shù)字天頂測(cè)量；天文大地測(cè)量

0 引言

數(shù)字照相天頂望遠(yuǎn)鏡（digital photographic zenith telescope，DZT）是目前精度最高的光學(xué)天文大地測(cè)量?jī)x器之一，也是目前測(cè)站天文定位和垂線偏差的主要測(cè)量方式。DZT測(cè)量具有易于建設(shè)，后期設(shè)備維護(hù)及系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)維成本相對(duì)較低，抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；因此DZT測(cè)量可以為快速實(shí)時(shí)地獲取地球自轉(zhuǎn)參數(shù)（Earth rotation parameters，ERP）提供一種可靠便捷的解決方案，確保特殊情況下ERP數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

目前國(guó)際上比較具有代表性的DZT系統(tǒng)有漢諾威大學(xué)赫特（Hirt）教授等人研制的TZK2-D[1]型儀器和瑞士蘇黎世理工大學(xué)研制的數(shù)字天文垂線偏差測(cè)量系統(tǒng)（digital astronomical deflection measuring system，DIADEM）[2]，其中，TZK2-D精度達(dá)0.1～0.3 as。國(guó)內(nèi)具有代表性的主要有國(guó)家天文臺(tái)研制的DZT2，和西安航光儀器廠研制的數(shù)字天頂儀系統(tǒng)[3-6]。

恒星是數(shù)字照相天頂望遠(yuǎn)鏡的主要觀測(cè)目標(biāo)，通過特定觀測(cè)手段對(duì)恒星的位置、自行、視差等表征恒星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理組成及光譜信息等進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果歸算至某一觀測(cè)歷元，組成的恒星信息集合即為星表[7]。對(duì)于大地測(cè)量來(lái)說(shuō)，星表為我們提供了一個(gè)天球參考架，其精度水平直接影響地面及空間運(yùn)載體的導(dǎo)航定位精度[8]。目前數(shù)字天頂測(cè)量中采用的星表主要有依巴谷衛(wèi)星（high precision parallax collecting satellite，Hipparcos）星表、第谷2號(hào)（Tycho-2）星表及美國(guó)海軍天文臺(tái)（U. S. Naval Observatory，USNO）電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）照相星表（U.S. Naval Observatory CCD astrograph catalogue，UCAC）。其中Hipparcos和Tycho-2星表均是基于歐空局（European Space Agency，ESA）發(fā)射的Hipparcos衛(wèi)星所得的星表，Hipparcos星表恒星的位置精度達(dá)毫角秒量級(jí)[9-10]，對(duì)天體測(cè)量等領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用[11-12]。UCAC星表是美國(guó)海軍天文臺(tái)開展的繼Hipparcos計(jì)劃后又一個(gè)加密光學(xué)參考架的重要星表，UCAC2是USNO對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理后于2003年發(fā)布的一個(gè)重要版本，共包含約4800萬(wàn)顆星點(diǎn)，覆蓋至16等。為進(jìn)一步研究星系的形成及演化等特性，ESA發(fā)射了蓋亞（GAIA）天體測(cè)量衛(wèi)星[13-15]，并于2018年發(fā)布了GAIA DR2數(shù)據(jù)集[16]。

鑒于星表在天文大地測(cè)量中的重要作用，其數(shù)據(jù)精度對(duì)提高數(shù)字天頂測(cè)量精度有直接影響。西安航光儀器廠研制的樣機(jī)用Hipparcos星表作為數(shù)據(jù)解算星表，TZK2-D及DZT2等采用的為Tycho-2+UCAC星表作為數(shù)據(jù)解算星表。目前國(guó)家授時(shí)中心在麗江站架設(shè)的DZT2的觀測(cè)極限星等約為13.5等，Tycho-2星表屬于Hipparcos星表的擴(kuò)充星表，雖采用了Hipparcos巡天及地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，覆蓋全天，但完備星等約為11.5等，低于DZT的最低觀測(cè)星等。而UCAC2在8～16星等完備，且在星等暗于9等時(shí)的精度優(yōu)于Tycho-2，因此可以彌補(bǔ)Tycho-2星表的不足。但由于UCAC2星表僅覆蓋赤緯－90° ～ 40°范圍，因此目前麗江站測(cè)量中通常選取Tycho-2星表中星等≤9的亮星和UCAC2星表星等>9的暗星[12]作為DZT工作星表。相較于Hipparcos星表、Tycho-2星表及UCAC2星表，ESA發(fā)布的GAIA DR2星表系統(tǒng)共包含總數(shù)超過16.9億顆恒星的位置信息，其位置和視差精度在15等時(shí)達(dá)到0.02～0.04 mas，自行精度達(dá)0.07 mas/yr[15-18]。無(wú)論觀測(cè)精度還是恒星數(shù)量，GAIA DR2均超過以往任何一個(gè)星表系統(tǒng)，進(jìn)一步研究星表誤差對(duì)于提高DZT測(cè)量精度有重要意義。

基于以上事實(shí)和需要，本文首先介紹天文大地測(cè)量中幾種常用星表的數(shù)據(jù)及其差異，以Tycho-2星表、GAIA DR2及GAIA DR2與Tycho-2交叉識(shí)別星表TGAS為基礎(chǔ)，通過星表數(shù)據(jù)預(yù)處理，提取星表中數(shù)字天頂測(cè)量所需的恒星信息；其次利用DZT測(cè)量數(shù)據(jù)，通過TGAS星表分析Tycho-2星表的位置誤差和自行誤差及對(duì)數(shù)字天頂測(cè)量的精度影響，以GAIA DR2星表為基礎(chǔ)研究星表視差和視向速度及對(duì)數(shù)字天頂測(cè)量的精度影響；最后基于TGAS星表和GAIA DR2星表系統(tǒng)研究恒星數(shù)量等因素對(duì)DZT測(cè)量結(jié)果的影響。

1 星表預(yù)處理

以數(shù)字天頂儀、全站儀等為代表的天文大地測(cè)量中通常需要讀取高精度的工作星表，恒星赤經(jīng)、赤緯、赤經(jīng)自行、赤緯自行、視差、視向速度及星等是測(cè)量數(shù)據(jù)處理的重要數(shù)據(jù)。星表除上述參數(shù)外通常還包含恒星測(cè)光及顏色等信息，須根據(jù)所選儀器的觀測(cè)能力進(jìn)行預(yù)處理，以篩選符合條件的星點(diǎn)并生成天文測(cè)量工作星表。由于DZT中望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)站天頂方向，且視場(chǎng)通常僅1～2°；為了提高星點(diǎn)識(shí)別的計(jì)算效率，通常根據(jù)測(cè)站位置進(jìn)行篩選。本節(jié)通過對(duì)目前DZT測(cè)量常用的Tycho-2、UCAC2星表[19]及精度和數(shù)據(jù)豐富度更高的GAIA DR2數(shù)據(jù)預(yù)處理，一方面為研究星表誤差對(duì)數(shù)字天頂測(cè)量的影響提供基礎(chǔ)解算數(shù)據(jù)，另一方面在星表預(yù)處理的同時(shí)篩選處理我國(guó)范圍內(nèi)的適用星點(diǎn)并生成工作星表。幾個(gè)星表的主要數(shù)據(jù)特征如下：

1）1989年ESA發(fā)射Hipparcos衛(wèi)星，經(jīng)過多年觀測(cè)，1997年發(fā)布Tycho-1，即Hipparcos星表，星表歷元為J1991.25，包含118218顆恒星的位置、自行、星等、視差等信息，極限星等為12.4。2000年，ESA發(fā)布基于攝影星表（astrographic catalogue，AC）底片和Tycho-1的位置信息的擴(kuò)充星表Tycho-2。Tycho-2包含主星表和補(bǔ)充星表2個(gè)部分，其中主星表有2539913顆恒星，星表歷元為J2000.0，極限星等15等，完備星等11.5等，在赤緯±30°時(shí)星點(diǎn)密度約50顆/平方度。由于Tycho-2星表無(wú)恒星視差及視向速度，因此生成的星表文件中不含此2項(xiàng)。

2）2000年3月，USNO利用在智利臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布UCAC1星表，包含2700萬(wàn)顆恒星的數(shù)據(jù)。2003年，綜合USNO觀測(cè)結(jié)果發(fā)布了UCAC2星表，包含-90° ～ +40°范圍內(nèi)約4800萬(wàn)顆恒星數(shù)據(jù)，星表歷元為J2000.0，主要為8～16等星，星點(diǎn)密度約1360顆/平方度。

3）GAIA DR2是歐空局發(fā)布的GAIA衛(wèi)星的第二版數(shù)據(jù)集，其完備星表由61234個(gè)字符分隔值（comma-separated values，CSV）文件組成，星表歷元為J2015.5，共包含16.7億顆恒星信息，其中有約13億顆恒星的天體測(cè)量五參數(shù)及超過700萬(wàn)顆恒星的視向速度信息，但其亮星的完備性較差[15]。意大利航天局（Italian Space Agency，ASI）給出了GAIA DR2星表與Hipparcos星表、Tycho-2等外部星表的交叉認(rèn)證星表，其中TGAS即為Tycho-2與GAIA DR2星表交叉認(rèn)證的星表文件。

上述幾種星表的主要參數(shù)對(duì)比如表1所示，表中為星等。

表1 星表參數(shù)對(duì)比

2 星表位置及自行誤差

星表的位置誤差是表征星表精度的重要指標(biāo)；觀測(cè)時(shí)刻星表的位置精度是影響數(shù)字天頂測(cè)量精度的直接因素[20]。由于觀測(cè)時(shí)刻通常遠(yuǎn)離星表的初始?xì)v元，因此觀測(cè)時(shí)刻星表的位置精度主要由星表初始位置誤差和自行誤差共同決定。

為了研究星表的位置誤差對(duì)DZT的影響，本節(jié)以Tycho-2與GAIA DR2星表的交叉識(shí)別結(jié)果TGAS星表為基礎(chǔ)，提取其中的赤經(jīng)、赤緯、自行、視差與星等，首先計(jì)算Tycho-2星表的位置誤差、自行系統(tǒng)差；其次將提取的信息按觀測(cè)星等及緯度范圍篩選生成用于DZT觀測(cè)數(shù)據(jù)解算的工作星表，通過實(shí)驗(yàn)分析研究Tycho-2位置誤差和自行誤差對(duì)DZT測(cè)量結(jié)果的影響。

由于TGAS中GAIA DR2星表的歷元為J2015.0，而Tycho-2星表的初始?xì)v元為J2000.0，因此在計(jì)算前先進(jìn)行歷元轉(zhuǎn)換，將其歸算至統(tǒng)一參考?xì)v元下（本節(jié)中GAIA DR2和Tycho-2表示二者在TGAS星表中的數(shù)據(jù)）。由于GAIA DR2星表的總體精度較Tycho-2有較大提升，在歷元轉(zhuǎn)換時(shí)將GAIA DR2星表轉(zhuǎn)換至J2000.0，由此得到2個(gè)星表的位置差計(jì)算公式為：

將赤經(jīng)赤緯的位置差及二者的赤經(jīng)自行差與赤緯自行差繪制成散點(diǎn)圖，結(jié)果如圖1、圖2所示。圖中橫坐標(biāo)為星點(diǎn)序號(hào)，圖1、圖2縱坐標(biāo)分別為2個(gè)星表的位置差和自行差。

圖1 Tycho-2與GAIA DR2星表位置差

圖2 Tycho-2與GAIA DR2星報(bào)表自行差

由圖1、圖2可得：

1）相較于GAIA DR2星表，Tycho-2星表存在約4 mas的位置誤差。其中，Tycho-2星表的赤經(jīng)最大位置誤差為－4.3 as，平均誤差為4.39 mas，平均絕對(duì)誤差（mean absolute error，MAE）為0.079 as，約99.5%的星點(diǎn)位置誤差不大于0.4 as；對(duì)于赤緯，最大位置誤差為－3.2 as，平均誤差為4.07 mas，MAE為.064 as，約99.7%的星點(diǎn)位置誤差不大于0.3 as。

2）Tycho-2星表的赤經(jīng)自行最大誤差為214 mas/yr，平均誤差為0.05 mas/yr，赤經(jīng)自行MAE為2.92 mas/yr，約99.5%的星點(diǎn)赤經(jīng)自行誤差不大于13.5 mas/yr；對(duì)于赤緯，最大赤緯自行誤差為－213 mas/yr，平均誤差為0.17 mas，MAE為2.60 mas/yr，約99.7%的星點(diǎn)赤緯自行誤差不大于12 mas/yr。

為研究星表中位置誤差和自行誤差對(duì)DZT測(cè)量的影響，利用TGAS星表中對(duì)照星點(diǎn)分別在Tycho-2與GAIA DR2星表中的參數(shù)信息進(jìn)行DZT測(cè)量數(shù)據(jù)解算，分析二者得到的測(cè)站天文經(jīng)緯度的結(jié)果及精度。為了減小測(cè)量過程中的觀測(cè)噪聲及大氣折射等因素的影響，DZT測(cè)量中通常采取分組的測(cè)量模式，即取一定數(shù)量或時(shí)長(zhǎng)的星圖觀測(cè)文件作為一組，分別計(jì)算每組測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值。以麗江站2021-01-03觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，分別利用2種星表求得的每組測(cè)量結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)差變化如圖3所示（△為Tycho-2星表，○為GAIA DR2星表），其誤差統(tǒng)計(jì)值如表2所示。

表2 Tycho-2與GAIA DR2的DZT測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)值 as

由圖3、表2可得：

1）在DZT測(cè)量中，Tycho-2星表的位置誤差及自行誤差對(duì)天文定位結(jié)果影響較小。其中天文經(jīng)度的互差最大值約為0.1 as，天文緯度的互差不超過0.02 as。

2）利用Tycho-2與GAIA DR2對(duì)照星表進(jìn)行DZT測(cè)量數(shù)據(jù)解算，二者天文經(jīng)緯度值的范圍及標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，STD）無(wú)顯著差異，處于同一水平。其中天文經(jīng)緯度的標(biāo)準(zhǔn)差互差小于0.01 as。

3 星表視差和視向速度

除位置和自行外，視差和視向速度也是天文大地測(cè)量數(shù)據(jù)解算的重要參數(shù)之一。由于Tycho-2星表中無(wú)視差及視向速度，因此以GAIA DR2完備星表（下文GAIA DR2均指GAIA DR2完備星表）為基礎(chǔ)，研究視差及視向速度對(duì)DZT測(cè)量的影響，結(jié)合DZT觀測(cè)的極限星等選取GAIA DR2星表中13等以上亮星，分析視向速度和視差均取0時(shí)對(duì)DZT測(cè)量產(chǎn)生的影響。

測(cè)量結(jié)果及與二者的互差如圖4所示，誤差統(tǒng)計(jì)如表3所示，其中：星表1為原始GAIA DR2星表，用X標(biāo)記，表示自行、視差、視向速度均采用星表原始值；星表2為對(duì)照星表1，標(biāo)記為○，表示視差采用星表值，視向速度置0；星表3為對(duì)照星表2，標(biāo)記為△，表示視向速度、視差均置0。

表3 視差視向速度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響 as

由圖4、表3可得：

1）星表中恒星的視向速度和視差對(duì)DZT測(cè)量結(jié)果的影響較小。其中視向速度引起的最大誤差不超過4 mas，二者對(duì)測(cè)量結(jié)果的最大誤差約為6 mas。

2）對(duì)于3組解算結(jié)果的誤差統(tǒng)計(jì)值，視向速度和視差對(duì)天文經(jīng)緯度日均值的影響分別為0.6與0.5 mas，對(duì)天文經(jīng)緯度標(biāo)準(zhǔn)差的影響為0.3 mas，該量級(jí)的誤差對(duì)DZT測(cè)量誤差來(lái)說(shuō)處于較小水平。

值得說(shuō)明的是，位置、自行、視差及視向速度等引起的誤差對(duì)數(shù)字天頂測(cè)量結(jié)果的影響處于較小水平。對(duì)于天文大地測(cè)量中測(cè)站天文坐標(biāo)測(cè)量及垂線偏差測(cè)量等應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該誤差可以忽略；但對(duì)于世界時(shí)（universial time）UT1測(cè)量等對(duì)測(cè)量精度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域而言，則須使用高精度星表，以最大程度地削弱星表誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

4 星點(diǎn)密度

相較于Tycho-2星表及UCAC2星表，GAIA DR2擁有更好的星表完備性。為了研究星點(diǎn)密度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，分別利用以下4組星表進(jìn)行數(shù)據(jù)解算：Tycho-2星表13等星、TGAS中與Tycho-2對(duì)應(yīng)的星點(diǎn)信息、Tycho-2+UCAC2星表、GAIA DR2完備星表中13等星。

以某站2021-01-03數(shù)據(jù)為例，利用上述幾種星表進(jìn)行星圖識(shí)別，所得到的星點(diǎn)個(gè)數(shù)如圖5所示。

圖5 不同星表星點(diǎn)識(shí)別結(jié)果

由圖5可得：

1）Tycho-2星表的系統(tǒng)差對(duì)星點(diǎn)匹配的影響較小。其中，對(duì)于單幅星圖匹配結(jié)果，Tycho-2與TGAS成功匹配星點(diǎn)數(shù)無(wú)顯著差異；對(duì)每組 20 min匹配結(jié)果，每組星點(diǎn)平均值僅有1%的差異。

2）GAIA DR2星表的單幅星圖的星點(diǎn)匹配個(gè)數(shù)顯著多于其他幾組對(duì)照星表。對(duì)于單幅星圖而言，Tycho-2+UCAC2星表的單幅星圖的星點(diǎn)識(shí)別個(gè)數(shù)較Tycho-2星表增加約50%；GAIA DR2星表的識(shí)別星點(diǎn)個(gè)數(shù)較Tycho-2約增加1倍，較Tycho-2+UCAC2星表同樣顯著增加。

在目前麗江站的數(shù)據(jù)解算中，首先利用對(duì)經(jīng)觀測(cè)的每對(duì)星圖計(jì)算天文經(jīng)緯度；其次將20 min的觀測(cè)數(shù)據(jù)作為一組觀測(cè)，計(jì)算每組觀測(cè)量的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，每晚約20組左右；最后計(jì)算每組測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值，作為當(dāng)天解算的最終結(jié)果。利用不同星表計(jì)算得到的每組觀測(cè)中星點(diǎn)匹配個(gè)數(shù)的變化如圖6所示（△為Tycho-2星表，○為TGAS星表，X為GAIA DR2星表中13等恒星，□為Tycho-2+UCAC2星表），其統(tǒng)計(jì)值如表4所示，不同星表計(jì)算得到的測(cè)站天文經(jīng)緯度的統(tǒng)計(jì)值如表5所示。

由圖6、表4、表5可得：

1）對(duì)20 min每組觀測(cè)而言，TGAS星表中Tycho-2星表和GAIA DR2的星點(diǎn)匹配數(shù)無(wú)顯著差異，Tycho-2+UCAC2星表與GAIA DR2星表的匹配星點(diǎn)數(shù)顯著提升，其中Tycho-2+UCAC2星表較Tycho-2星表增加超過1倍，GAIA DR2較Tycho-2增加約2倍。

表4　不同星表匹配星點(diǎn)數(shù)

表5 GAIA DR2與Tycho-2+UCAC測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì) as

2）GAIA DR2完備星表由于具有更高的星點(diǎn)密度，得到的測(cè)站天文坐標(biāo)測(cè)量具有更高的精度。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①TGAS中GAIA DR2與Tycho-2星表之間的主要差異在星點(diǎn)誤差，二者的星點(diǎn)密度相同，計(jì)算所得天文經(jīng)緯度的差異僅約為0.01 as，遠(yuǎn)小于儀器測(cè)量精度。②雖然TGAS星表中GAIA DR2的精度優(yōu)于Tycho-2+UCAC2，但由Tycho-2+UCAC2建立的工作星表中星點(diǎn)總數(shù)顯著增加，觀測(cè)量的增加在一定程度上彌補(bǔ)了星表誤差的影響，從而使得測(cè)量精度較TGAS更高。③與Tycho-2+UCAC2相比，GAIA DR2星點(diǎn)密度和星表精度均優(yōu)于Tycho-2+UCAC2星表，因此得到結(jié)果的變化范圍及標(biāo)準(zhǔn)差均小于Tycho-2+UCAC2星表，且均顯著小于TGAS星表中Tycho-2和GAIA DR2所得結(jié)果，利用GAIA DR2所得天文經(jīng)緯度的標(biāo)準(zhǔn)差較Tycho-2均減小約20%。

5 結(jié)束語(yǔ)

星表作為數(shù)字天頂測(cè)量及天文大地測(cè)量中的主要數(shù)據(jù)之一，是影響天文測(cè)量精度的直接因素。本文首先介紹了天文大地測(cè)量中常用的幾種星表的數(shù)據(jù)特征及差異，完成GAIA DR2及TGAS、Tycho-2星表的數(shù)據(jù)預(yù)處理，提取星表中數(shù)字天頂測(cè)量所需的恒星信息，并生成相應(yīng)的DZT工作星表。其次利用麗江站測(cè)量數(shù)據(jù)，通過對(duì)Tycho-2、Tycho-2+ UCAC、GAIA DR2等不同星表的分析，研究了星表的位置誤差、自行誤差、視差及視向速度對(duì)數(shù)字天頂測(cè)量的精度影響。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：

1）Tycho-2星表的位置誤差、自行誤差，以及視向速度、視差的缺少對(duì)DZT測(cè)量影響較小。Tycho-2星表位置、自行、視差及視向速度等引起的誤差對(duì)數(shù)字天頂測(cè)量結(jié)果的影響處于較小水平，對(duì)于天文大地測(cè)量中測(cè)站天文坐標(biāo)測(cè)量及垂線偏差測(cè)量等應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該誤差可以忽略，而對(duì)于UT1測(cè)量等對(duì)測(cè)量精度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域而言，則須使用高精度星表，最大程度地削弱星表誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2）通過不同星表的分析表明，星點(diǎn)密度的增加使得星圖匹配得到的星點(diǎn)個(gè)數(shù)得到極大的提升，是提高測(cè)量結(jié)果精度的主要因素。星點(diǎn)密度的增加可以通過增加冗余觀測(cè)量的方式在一定程度上減小星表系統(tǒng)誤差的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Tycho-2+UCAC2星表較TGAS星表可以使測(cè)站天文經(jīng)緯度的測(cè)量精度提升約10%，GAIA DR2提升約20%。因此在數(shù)據(jù)解算中應(yīng)以GAIA DR2完備星表中亮于13等的恒星為基礎(chǔ)編制工作星表，進(jìn)行測(cè)站天文經(jīng)緯度、垂線偏差及UT1等計(jì)算。

通過上述分析，對(duì)于傳統(tǒng)一等天文測(cè)量等應(yīng)用而言，Tycho-2、Tycho-2+UCAC2及TGAS星表均能滿足應(yīng)用的需求；但對(duì)于高精度UT1及ERP測(cè)量等對(duì)測(cè)量精度有較高需求的用戶而言，相較于位置誤差和自行誤差、視差及視向速度等因素，雖然GAIA DR2完備星表中有較多星點(diǎn)的視向速度依然未能給出，但GAIA DR2星點(diǎn)密度的增加對(duì)測(cè)量精度的提升更為顯著：因此實(shí)際使用中應(yīng)采用GAIA DR2完備星表為基礎(chǔ)進(jìn)行工作星表的編制，這對(duì)提高以數(shù)字天頂望遠(yuǎn)鏡為代表的天文大地測(cè)量及垂線偏差測(cè)量精度均具有重要意義。

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Selection of matching star catalogue in measurement based on digital zenith telescope

CHEN Shaojie1,2,3, GAO Yuping1,3, SHI Chunlin4, WEI Fei1,3, YIN Dongshan1, ZHONG Xianglin4

（1. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;2. Information Engineering University, Zhengzhou 450000, China;3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4. Troops 61206, Beijing 100042, China）

In order to further improve the accuracy of astronomical positioning represented by digital zenith telescopes, the paper proposed a selection method of matching star catalogue in measurement based on digital zenith telescope: it was pointed out that it is of great significance to study the difference between different catalogue systems and their effects on astronomical measurements to improve the accuracy of digital photographic zenith telescope (DZT); moreover, based on GAIA DR2, the effects of position error, proper motion error, parallax, radial velocity and star density of Tycho-2 catalogue on astrometric results were studied by using the data of digital zenith telescope in Lijiang station. Results showed that compared with the errors of position and proper motion and the loss of parallax and radial velocity, the increase of star point density would have a more significant effect on the improvement of measurement accuracy, and using the GAIA DR2 catalog with higher star point density could improve the accuracy of astronomical longitude and latitude of digital zenith measurement by about 20%. The research results could provide a reference for improving the precision of astronomical coordinate measurement, vertical deviation measurement, universial time UT1 measurement, etc.

GAIA DR2 star catalogue; catalog error; astrometry; digital zenith survey; astronomical geodesy

陳少杰, 高玉平, 時(shí)春霖, 等. 數(shù)字天頂測(cè)量匹配星表的選取[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報(bào), 2023, 11(4): 130-137.（CHEN Shaojie, GAO Yuping, SHI Chunlin, et al. Selection of matching star catalogue in measurement based on digital zenith telescope[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2023, 11(4): 130-137.）DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.20230418.

P228

A

2095-4999(2023)04-0130-08

2022-12-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11973046，41804034)

陳少杰（1991—），男，河南三門峽人，博士，研究方向?yàn)樘煳臏y(cè)量與導(dǎo)航、地球自轉(zhuǎn)。

時(shí)春霖（1990—），男，北京人，工程師，研究方向?yàn)樘煳拇蟮販y(cè)量。