FY-4卫星高光谱大气探测驻留控制与定位精度分析

静止轨道干涉式大气垂直探测仪装载在中国新一代静止轨道气象卫星风云四号上,是世界上第一个运行在静止轨道上的高光谱垂直探测仪器。在高光谱探测过程中,使“驻留”观测的目标保持高精度稳定是静止轨道高光谱红外大气探测的关键。风云四号卫星是我国高轨气象卫星首次采用三轴稳定姿态控制平台的卫星,这给探测仪的高精度定位带来很大挑战。高精度的观测计划稳定性需要卫星平台、姿态控制、有效载荷和地面系统共同完成,过程非常复杂。本文在介绍探测仪的探测原理和工作模式设计的基础上,对探测仪星地一体化定位的关键技术进行研究,并利用仪器在轨获得的实测数据对驻留控制精度与定位精度开展检验及分析。结果表明,探测仪达到了1/10像元的驻留控制精度与1像元的定位精度。

GPS信号斜路径方向水汽含量的计算方法

利用GPS信号斜路径方向的水汽含量(SWV)探测水汽的三维分布,是目前国际上地基GPS气象学研究的前沿课题.基于此提出了一种利用无电离层影响的GPSLC非差观测组合直接计算斜路径方向水汽含量的方法.该方法每30秒钟计算一次斜路径方向的水汽含量.计算结果与水汽辐射计(WVR)的观测值比较表明,利用该方法计算斜路径方向的水汽含量可以达到毫米级的精度.把5分钟内的斜路径水汽投影到天顶方向取平均,与以5分钟间隔估计的可降水量(PWV)进行比较,结果表明二者之间的差别小于2mm.用该方法计算的GPS信号斜路径方向上的水汽含量,可以用于层析水汽的三维分布,优化数值天气预报的初始场,也可以改正GPS大地测量和雷达影像的误差.

白天CCD观星可探测极限星等值分析

介绍了白天天空背景下,在大气层内用CCD探测恒星可探测极限星等值的计算方法。根据恒星和白天大气背景辐射的对比度,计算和分析了3°×3°视场下,可探测星等极限值随观测高度、太阳天顶角、波段和恒星光谱类型的变化情况。结果表明:可探测星等极限值随观测高度和太阳天顶角的增加接近线性增加;对K和M类恒星,长波波段可探测星等极限值高。在25 km高度、3°×3°视场、太阳视线20°以外,可探测星等极限值可达到6.3等。

基于SLR精密轨道的天文定位精度分析

利用全球卫星激光测距服务系统(ILRS,International Laser Ranging Service)标准点资料对Ajisai卫星进行精密定轨,残差均方根(RMS)优于3 cm,得到该星的精密轨道.进而对长春站40 cm空间碎片光电望远镜获得的Ajisai卫星的天文定位资料进行精度分析,外符合精度约3″左右.单独利用天文定位数据进行轨道改进,内符合精度优于3″.改进轨道的x、y、z坐标3分量在观测数据覆盖范围内的精度在100 m之内.同样地对Jason-1卫星作数据分析,结果和Ajisai卫星精度相当.分析各个弧段的精度变化,发现定标星个数减少,会导致天文定位精度下降.据此提出可以把最少定标星比例作为评定数据质量的参考指标之一.

CCD图像数字定心算法的比较

从CCD采集的数字图像中提取天体的位置和光度信息对于天文研究具有基础意义。其中,恒星星像中心像素位置的精确测量对于天体测量至关重要。针对国际上常用的三种位置测量算法:修正矩方法、Gauss拟合法和中值法,利用实测的CCD图像进行了试验研究。具体地,采用云南天文台1m望远镜观测的CCD图像同时使用这些算法进行了实际测量,根据每幅图像中测得的像素位置,对这三类定心算法进行了比较和精度分析。可视化方法被用于不同阈值的选取和设定比较。实验数据表明,无阈值的二维Gauss拟合方法是一种精度相对较高的定心算法。

数字天顶摄像仪中CCD星像亚像素定位的改进二维矩方法

在利用数字天顶摄像仪通过天文测量确定天文垂线偏差的工作中,要求对CCD数字图像中星像中心进行亚像素定位。利用MATLAB实现对FITS格式CCD天文图像的正确读取,利用矩形模板实现不同亮度星像的自动搜索。在已有亚像素定位的修正矩方法基础上,提出利用迭代法寻求合适门限对二维修正矩方法进行改进。利用MATLAB实现对实测CCD星像数据的处理与分析,探讨门限的取值对不同星等恒星定位精度的影响,给出门限的最佳取值。通过与已有修正矩算法处理结果比较分析,在修正矩方法计算基础上改进计算区域后再用迭代法计算,暗星定位精度可达0.1～0.15像素。

利用数学形态学算子方法处理无快门相机的拖尾图像

使用全帧转移CCD相机观测空间目标往往拆除快门,从而产生拖尾,严重影响了目标的探测和定位.基于星像与拖尾几何形态的不同,使用数学形态学方法处理拖尾图像.通过比较拖尾处理前后图像中恒星的定位精度和空间目标的定位精度,验证形态学方法可以有效消除天文图像中的拖尾,显著提高拖尾图像中恒星与动目标的探测率及定位精度.结果表明数学形态学方法是一种有效的去除拖尾的方法.

天文底片保存和我国天文底片数字化的建议

阐述了国际上天文照相底片数字化工作的进展:底片的保存、底片数字化的意义和相关技术。扼要地介绍了国际虚拟天文台的情况及其与底片数字化的关系。分析了我国天文底片资料的保存现状,并提出了底片数字化建议:成立由各天文台专家组成的全国底片数字化协调小组,建立各单位保存底片的信息库、改进底片的保存条件、有步骤地对有价值底片上的全部目标进行扫描,以便将其与现代高精度的观测资料相结合,开展有意义的课题研究。

GPS定轨中的太阳辐射压模型

对于GPS这样的高轨卫星轨道的确定,最大的误差源为太阳辐射压摄动．近年来IGS各个数据处理中心提供的GPS星历精度越来越高,其中很重要的一个因素就是太阳辐射压摄动模型的不断完善．详细阐述了目前主要的7种太阳辐射压摄动模型后,给出了各种光压摄动模型的计算模型,并利用不同的摄动模型积分卫星轨道,得到不同模型在GPS卫星轨道积分中的精度．结果表明,Bern大学提供的3种模型对太阳辐射压的模拟较为准确,相对于其他4种模型,由其得到的GPS轨道精度有将近一个量级的提高．

CCD图像的二维修正矩定心方法

对于天体测量而言，ＣＣＤ图像的数字星像处理方法是十分重要的．本文根据ＣＣＤ器件的特性，从理论上推导了二维修正矩算法的最佳门限取值方法．通过处理模拟和实测数据，与传统的二维高斯拟合法比较，在保持矩方法简便特性的同时，在精度上亦有所提高，对于暗星效果更为明显．

星地无线电双向时间比对模型及试验分析

星地时间同步是卫星导航系统的一个关键技术,是实现卫星导航定位的基础.针对星地时间同步问题,讨论了一种星地无线电双向时间比对方法,详细推导了该方法中星地上下行伪距的归算模型,给出了星地钟差的实用计算模型.该方法通过上下行伪距求差,消除了对流层延迟、卫星星历误差和地面站站址坐标误差等共有误差影响,与信号频率有关的电离层延迟也被很大程度地削弱,从而大大提高了时间比对精度.最后,利用实测数据进行了试验分析,结果表明:星地无线电双向时间比对精度能够达到约0.34ns,验证了理论方法和模型的正确性.

粒子滤波在空间光电小目标跟踪中的应用

空间光电小目标信号能量弱,若目标运动参数和亮度信息不足,在低信噪比的条件下,将难以实现对小目标的检测与跟踪。本文主要利用粒子滤波在信号处理上的特点,对其在小目标跟踪中的应用展开研究。首先分析了粒子滤波在光电小目标跟踪中的基本理论,并针对目标亮度未知的情况,给出一种通过点扩展函数来构造目标函数的方法,对粒子权重进行更新。同时以圆形运行轨道为模型,估计空间目标在像感器上的移动速度范围,以此优化粒子生成的初始化条件。最后,通过小目标跟踪仿真实验,与原有方法相比,本文方法有效减少了跟踪目标所需的粒子数。

基于先验信息的空间碎片探测方法

提出了一种基于先验信息的空间碎片图像探测方法.该方法通过先验信息,在图像中碎片星像的邻域设置波门,计算波门内的局部背景阈值,辅以相关的判据识别目标.随后使用矩方法计算碎片质心相对波门中心的偏离值,通过线性平移计算碎片质心在整幅图像中的位置.实验表明:该方法复杂度低、便于实现、实时性好,可以高效、准确地探测空间碎片,比较精确地确定碎片的质心位置.

上海天文馆双焦点可切换一米望远镜主焦点的天体测量精度评估

上海天文馆望舒天文台的双焦点可切换一米望远镜是目前国内建成的最大口径的科普天文望远镜。该望远镜采用人工切换主焦点和耐式焦点的双焦点设计方案,耐式焦点主要应用于大众科普的目视观测,主焦点配备了大靶面科学级CMOS终端,视场达到1.5°×1.1°。较大的观测视场除了适合开展重要的天象直播活动以外,还可以充分应用于新星和超新星巡天搜索、太阳系小天体和人造天体监测等科研课题的研究。基于实测资料,对该望远镜主焦点的天体测量精度进行分析评估,结果表明:对于信噪比大于5的星象,星象位置的重复测量精度优于0.1 pixel;当信噪比为30时,重复测量精度优于0.05 pixel。以高精度的Gaia DR3星表作为参考星表,分析得出该望远镜主焦点CMOS观测图像的非线性特征明显,归算时需要用到3阶(20参数)模型。对于测试观测资料,亮于15 mag的恒星观测精度约为0.05′′;观测精度随着星等变暗逐渐下降,17.5 mag的恒星观测精度约为0.1′′。

CLEAN算法在天文图像空域重建中的应用

将CLEAN算法用于天文图像空域重建方法 :迭代位移叠加法中的消卷积过程 ,由于它同样是在空间域中进行的迭代减法过程 ,避免了必须把图像变换到傅里叶空间频率域中 ,然后用除法消卷积的传统做法 ,因而满足了仅在空间域中重建目标像的需要 ,使迭代位移叠加法更加简捷。用该方法对天文目标进行的观测实验得到了很好的像复原结果。

基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

运动学定轨是星载GPS特有的定轨方法,该方法不依赖于任何力学模型(地球重力场、大气阻力及太阳辐射压等),尤其适用于受大气阻力影响严重的低轨卫星定轨.基于双频星载GPS数据,研究了运动学定轨原理,讨论了数据预处理方法,建立了一套非差运动学定轨算法.并以GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)-A、B卫星2008年2月实测数据作为试算验证了本研究方法的有效性和可靠性.GRACE卫星实测数据计算结果表明:运动学定轨能达到5cm精度(相对于SLR(Satellite LaserRanging)),与动力学和简化动力学定轨精度相当.

FITS、BMP和SCR图象格式及相互转换

本文详细介绍图象的ＦＩＴＳ格式、ＢＭＰ格式和ＳＣＲ格式。ＦＩＴＳ格式已经是天文界的通用格式，几乎所有的天文软件包都支持这一格式，而ＢＭＰ格式在ＰＣ计算机上有广泛的运用，有大量ＰＣ软件支持ＢＭＰ图象的显示，处理和打印。云南天文台的ＳＣＲ格式是ＰＣ机采集ＣＣＤ图象所使用的格式。实现这三种格式的相互转换，就可以自由的将ＣＣＤ图象在ＰＣ机和工作站上进行各种处理。转换的包括图象头和图象数据的转换，其关键在于交换数据的高低字节。

用面阵CCD模拟测定星光漂移的方案研究

在LAMOST焦面光纤定位系统预研中 ,在焦面板上采用面阵CCD跟踪测量亮星的位置及其漂移 ,以对焦面板进行定位。在实验室条件下 ,用光纤出射光斑代替星光 ,即在光纤一端耦合进光 ,并在另一端用面阵CCD接收光斑 ,以模拟实际中接收星光情况。并利用重心法和图像迭加技术对采集的光斑信号进行处理。结果表明 :用面阵CCD测量星光位置及其漂移具有重复精度高 ,稳定性好的特点 ,且通过图像迭加处理 ,可提高星光信号的信噪比。

GIM在LEO卫星单频GPS定轨中的应用

电离层延迟误差是单频GPS(Global Positioning System)数据最主要的误差源,为提高基于单频GPS数据的LEO(Low Earth Orbiting)卫星定轨精度,必须消除/减弱GPS观测数据中电离层延迟影响.研究了全球电离层模型GIM(Global IonosphericMaps)在基于单频GPS伪距数据的低轨卫星运动学和动力学定轨中的应用,并通过估算电离层尺度因子的方法消除C/A码伪距观测量中电离层延迟影响.由于LEO卫星星载GPS信号受电离层延迟影响与卫星轨道高度相关,选取了轨道高度在300～800 km的CHAMP(CHAllenging Mini-satellite Payload)、GRACE(Gravity Recovery AndClimate Experiment)、TerraSAR-X及SAC-C等LEO卫星C/A码伪距观测量作为试算数据.CHAMP等卫星实测数据计算结果表明:以JPL(Jet Propulsion Laboratory)发布的GIM模型作为背景模型,通过电离层比例因子法能很好地消除C/A码伪距观测量中电离层延迟影响,提高LEO卫星运动学和动力学定轨精度,其中,CHAMP卫星轨道最低,受电离层延迟影响最严重,定轨精度提高最显著,分别为55.6%和47.6%;SAC-C卫星轨道高度最高,受电离层延迟影响最小,相应的定轨精度提高幅度也最低,分别为47.8%和38.2%.

用中国卫星激光测距资料解算地球定向参数

利用我国SLR网卫星Lageosl的激光测距资料独立测定地球定向参数EOP的可能性和可达到的精度,选取了2001年4月19日—5月30日,2001年9月1日—10月30日这两时段国内SLR网对Lageosl卫星激光测距资料,用SHORDE软件估算地球定向参数,并在同样的时间段内用全球的Lageosl卫星的激光测距资料也测定地球定向参数,分别将两序列的地球定向参数与IERS的EOPc04序列进行比较,其外符精度分别为：X_p、Y_p4—5mas、D_r-0．32ms(用目内资料解算的),X_p、Y_p1—0．35mas、D_(r1)-0．03ms(用全球的激光资料解算的)．