[发明专利]一种对存在天顶盲区的两轴旋转系统指向误差的修正方法

说明书

本发明公开了一种对存在天顶盲区的两轴旋转系统指向误差的修正方法，包括：步骤1，确定两轴旋转系统指向范围；步骤2，误差采集：获得误差在球环上的分布；步骤3，模型拟合：将误差采集中得到的指向范围内均匀分布的误差数据，通过球环函数使用最小二乘法进行拟合，得到拟合系数；步骤4，指向误差补偿：将球环函数模型和相关的拟合系数，放入指向控制系统，进行补偿。本发明的方法，适用于存在天顶盲区的各种两轴旋转系统的指向误差修正，修正精度高；且该模型稳定性强，对噪声不敏感。

技术领域

本发明属于精密定位和指向领域，具体涉及一种对存在天顶盲区的两轴旋转系统指向误差的修正方法，包括确定指向范围、误差采集、使用球环函数对误差进行拟合和修正。

背景技术

两轴旋转系统具有结构紧凑、可靠性高、配置灵活等优点，在许多领域有着广泛的应用，比如光学和射电望远镜、机载光电平台、光电经纬仪和激光通信等领域。由于加工精度、装配误差等原因，两轴旋转系统的指向读数与理想位置之间总会存在一定的差异，这就是指向误差。两轴旋转系统的指向误差会将限制光学望远镜对目标的观测和跟踪能力，降低射电望远镜获取的信号强度，影响经纬仪测角和测距的精度。两轴旋转系统指向误差的校正，可以通过建立指向误差模型的方式来实现。选取一定数量能够反映误差分布的样本目标，得到目标位置和实际的指向位置，然后建立一个能够反映指向误差与目标位置关系的数学模型，求解模型系数，得到指向误差模型。

实际工程中，两轴旋转系统的方位轴和高度轴的速度是有限的，当跟踪目标接近天顶位置时，方位轴角速度和加速度逐渐增大，远超过最高速度，因此两轴旋转系统不可避免地产生了指向跟踪的天顶盲区。大型射电望远镜的天顶盲区可达10度。目前的指向模型都未对天顶盲区进行处理，存在困难：

(1)球谐函数模型：球谐函数是球面上的完备正交函数集，但两轴旋转系统的指向范围不是完整的球面。指向范围外数据的缺失导致计算不稳定，拟合的结果对测量噪声极为敏感，使用效果不佳。

(2)球冠函数模型：球冠函数模型一定程度上改善了上述问题，但仍然没有解决天顶盲区内误差数据的缺失，因此计算不稳定的问题仍然存在。

(3)基本参数模型：基本参数模型需要根据具体的两轴旋转系统的误差来源建立相应的指向误差修正模型，修正模型的建立依靠工程师的经验，指向修正的精度有限制，也没有对天顶盲区进行妥当的处理。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种对存在天顶盲区的两轴旋转系统指向误差的修正方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种对存在天顶盲区的两轴旋转系统指向误差的修正方法，包括：

步骤1，确定两轴旋转系统指向范围：根据两轴旋转系统的盲区范围得到指向范围的最小的天顶角θ_min；根据两轴旋转系统观测范围，得到最大的天顶角θ_max，确定指向的球环区域；

步骤2，误差采集：对于天文观测类双轴旋转系统，首先在星表中选取均匀分布的恒星或射电源进行跟踪观测，得到恒星的理论位置和测量位置，将测量位置和理论位置相减，得到误差分布；对于机载光电平台等小型双轴旋转系统，用激光跟踪仪测量，求得误差在球环上的分布；

步骤3，模型拟合：将误差采集中得到的指向范围内均匀分布的误差数据，通过球环函数使用最小二乘法进行拟合，得到拟合系数；

步骤4，指向误差补偿：将球环函数模型和相关的拟合系数，放入指向控制系统，进行补偿。

更进一步的，所述步骤1具体包括：

步骤1-1：根据两轴旋转系统的盲区范围得到指向范围的最小的天顶角θ_min；

步骤1-2：根据两轴旋转系统实际运行情况，得到指向范围的最大天顶角θ_max；