光电经纬仪视轴晃动的标定补偿

王 涛，唐 杰

(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033)

1 引言

现代光电经纬仪具有实时测量、高精度、自动跟踪监控和易于图像再现等优点，广泛地应用于航空、航天、武器试验、大地测量等科研和军事领域。随着我国国防事业的发展，经纬仪在靶场上的应用也越来越多，主要完成试验中目标外弹道、航迹、姿态及拦截脱靶量测量［1－2］。

为保证光电经纬仪的成像质量，主镜的面型精度一般要求支撑后达到λ/20(rms)，其支撑方式一般选用柔性支撑;随着经纬仪通光口径的增大，其视轴的重量也成比例增大，由于重力、刚度等原因，必然导致视轴随俯仰角变化时机械零部件存在一定的弹性变形。以上两种主要原因导致经纬仪观测不同俯仰角目标时，其指向精度存在一种误差，这种误差称之为视轴晃动误差［3］。

本文针对光电经纬仪的视轴晃动误差，基于天文望远镜星体标校修正的原理及经验，给出了一种光电经纬仪视轴晃动的室内标定及补偿方法。通过试验验证，该方法可补偿视轴晃动的系统误差，补偿后经纬仪指向精度可达到10″内。

2 星体标校修正方法

星体标校是利用恒星在天球上的准确视位置来标定光电经纬仪的精度，是光电经纬仪在外场进行精度检测和单项误差调整常用的方法之一，广泛地应用于各种靶场的外场实时检测中。

星体标校的过程是利用光电经纬仪对一组空间恒星进行测量，实时记录星体的测量数据(测量时间、角度等)，根据测量时间、设备站址的天文经纬度、星体坐标(视赤经、视赤纬)等参数，用星历表计算测量时刻星体的理论位置，将星体实测位置与理论位置进行比较［4－6］。星体标校原理示意图如图1所示。

图1 星体标校原理图Fig．1 principle of cytaster calibration

光电经纬仪星校方法适用于外场实时检测，精度较高，但测试的相对条件要求也较高，如:准确的站址坐标，被测设备的探测性能(可探测星等、光谱范围)以及准确详细的星历表数据等。

星体标校的主要误差源:

(1)星体的时角计算

天文年历所载的恒星数据是按一定表列时刻推算的，要求非表列时刻的其他时刻的数值则需内插;

(2)蒙气差的修正

由于大气折射，需要进行蒙气差修正。

3 室内标定补偿方法

根据星体标校的原理，设计了一套经纬仪室内标定补偿的方法。该方法对测试条件要求不高，相对星体标校，无需站址坐标的标定、星历表数据、光谱波段宽(适用可见、红外)，同时没有大气折射影响。

室内标定方法:在被测设备主系统前刚性固定一个小口径平行光管，平行光管成像于被测设备靶面上，被测设备从水平0°开始向天顶90°方向运动。由于平行光管与被测设备之间相对固定，没有相对运动，所以靶面成像位置的偏移变化量即为被测设备的视轴晃动量。如图2所示。

图2 室内标定示意图Fig．2 The laboratory calibration

光电经纬仪的光机结构决定其在天顶90°位置时受力状态最好，取天顶位置的脱靶量为基准值，其余位置与该值做差，求出偏移量。

针对某设备进行测试，测试数据如表1所示。由于经纬仪使用状态为0°～90°，故从水平位置至天顶位置，每10°测试一点，记录脱靶量数据(以俯仰脱靶量为例)。取两侧正反测量数据，从数据可以看出，随机量较小，所以取均值进行系统误差修正。

表1 某设备测试数据Tab．1 The test data of a certain

取差值分析，差值曲线如图3所示。从图中可以看出差值近似线性。取线性趋势对曲线进行插值逼近，可以得出线性趋势公式［7－9］。

针对不同俯仰角目标，可按线性趋势公式进行修正补偿。图4为该设备针对室内检测架中65°仰角目标进行多次测量后的结果。

图3 差值曲线Fig．3 The difference curve

图4 修正结果Fig．4 The correction result

从图中可以看出，采用室内标定补偿方法后，经纬仪的俯仰角测量误差(均方)可以从25″左右修正到8″左右。

4 结论

为修正补偿光电经纬仪的视轴晃动误差，本文基于星体标校原理，设计了一套经纬仪视轴误差的室内标定补偿方法。该方法操作简便、试验条件要求较低，通过对某设备的试验验证，该方法可实现10″级精度的修正补偿。

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