CCD漂移扫描系统的建立及在同步卫星观测中的应用

发布时间：2020-05-25 17:09

【摘要】： 研制成功基于S1C077相机的外部同步触发装置，使S1C077相机具有适用于天文观测的CCD漂移扫描(drift scan)功能。为解决通常利用满帧(Full Frame)CCD漂移扫描模式观测带来的诸多问题，通过程序实现了短帧(Part Frame)CCD漂移扫描模式。利用短帧CCD漂移扫描模式和凝视模式交替观测恒星和地球同步卫星，获得参考恒星和地球同步卫星良好的圆星像。讨论了利用此设备观测地球同步卫星观测方案的制定和实施。 针对该设备获得的地球同步卫星的观测资料，独立编制了数据处理软件的初级版本，该软件主要包括以下功能：漂移扫描恒星FTS图像中星像的自动化检测、参考星的匹配与证认、CCD成像模型参数的归算、星等模型参数归算以及最终得到地球同步卫星的光学位置(站心平位置)和视星等。该软件选用UCAC2为参考星表。 利用上海天文台的20cm马克苏托夫望远镜和25cm牛顿—卡塞格林望远镜已经对几十颗地球同步卫星进行了观测。基于该软件对一些实测资料进行了处理，得到了目标的光学位置和视星等。光学定位结果的内部精度约为0.5角秒。详细分析了主要的误差来源，分别是由参考星决定的局部参考架的误差约0.15角秒，目标量度坐标误差约为0.45角秒。当台站观测条件好、望远镜光学性能佳时，地球同步卫星的光学定位精度将会大大提高，理论上可以与该望远镜的恒星定位精度相当。 根据对小天区地球同步卫星搜索的试验性研究，通过对搜索过程和比对结果的分析，提出了新的搜索方案。新搜索方案的出发点是“具有“8”字运动的有倾角的地球同步卫星总是会在24小时内两次穿过赤道”。对新搜索方案的搜索效率和实施优点做了详细的分析和讨论。 通常观测地球同步卫星时采用跟踪卫星的凝视模式观测，针对观测资料中出现的拖长恒星星像的特点，利用平均几何中心法定恒星星像的中心。通过与重心法定拖长星像中心结果的比较，，认为确定拖长星像的重心，平均几何中心法要远优于重心法。另外在确定曝光过度星像中心时，平均几何中心法也能够获得精度很高的结果。
【图文】：

延长曝光时间又会使视场内非跟踪天体的星像拖长情况更加严重。图1.1为利用上海天文台25cm望远镜10秒曝光观测鑫诺一号(同视场为北斗1C)，跟踪恒星时的FTS图像，图中卫星星像明显拖长。图1.2为5秒曝光跟踪卫星时的FTS图像，图中恒星星像明显拖长。因此，对于地球同步卫星，无论是通常所采用的光电望远镜观测，还是大口径天文望远镜的常规模式观测，均难以获得高精度的观测资料。.2.2定位软件方面一般在观测人造卫星时，根据望远镜指向读数可确定卫星的位置。由于各种仪器误差的存在以及自然环境的变化，这种方法得到的卫星光学位置精度较低，严重限制了卫星精密定轨的精度。利用视场中的恒星作为参考星对人造卫星进行相对定位，由于仪器误差对卫星和背景恒星的影响相同，因此这种相对定位的手段可显著降低仪器误差对结果的影响，可将卫星定位精度提高到几个角秒的水平。然而由于现有观测手段无法同时准确定出卫星与恒星的星象中心

延长曝光时间又会使视场内非跟踪天体的星像拖长情况更加严重。图1.1为利用上海天文台25cm望远镜10秒曝光观测鑫诺一号(同视场为北斗1C)，跟踪恒星时的FTS图像，图中卫星星像明显拖长。图1.2为5秒曝光跟踪卫星时的FTS图像，图中恒星星像明显拖长。因此，对于地球同步卫星，无论是通常所采用的光电望远镜观测，还是大口径天文望远镜的常规模式观测，均难以获得高精度的观测资料。.2.2定位软件方面一般在观测人造卫星时，根据望远镜指向读数可确定卫星的位置。由于各种仪器误差的存在以及自然环境的变化，这种方法得到的卫星光学位置精度较低，严重限制了卫星精密定轨的精度。利用视场中的恒星作为参考星对人造卫星进行相对定位，由于仪器误差对卫星和背景恒星的影响相同，因此这种相对定位的手段可显著降低仪器误差对结果的影响，可将卫星定位精度提高到几个角秒的水平。然而由于现有观测手段无法同时准确定出卫星与恒星的星象中心
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海天文台）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P123

【引证文献】

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1 张会彦;漂移扫描技术在CAPS定轨中的应用研究[D];中国科学院研究生院（国家授时中心）;2011年

本文编号：2680472