用于天文测量中红外CMOS经纬仪光学系统的校准方法

《Scientific Reports》：Calibration method for the optical system of infrared CMOS-theodolite in astronomical measurement

　　

摘要

这种全天候天文测量系统将经纬仪与红外传感器集成在一起，在小型化、自动化、速度、测量精度和效率方面具有显著优势，能够实现全面的天文观测。高精度的仪器校准是获得准确天文测量结果的核心前提，这直接决定了系统观测数据的可靠性和有效性。然而，该系统缺少目镜，且光学视场较小；此外，其使用的互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器像素分辨率较低，导致现有的传统校准方法无法与之兼容，也无法满足高精度校准的要求。本研究以自主研发的天文测量系统为平台，充分利用经纬仪的角度测量数据，提出了一种新的校准方法。该方法首先通过双面测量确定目标点的方向值和部分相机参数，这些参数随后作为已知信息，用于利用面I/II数据计算主点像素坐标。为了验证所提方法的有效性和可靠性，首先进行了校准实验，以获得一组精度较高的校准参数。在此基础上，在白天和夜晚两种典型的观测环境中进行了天文定位实验。初步实验结果表明，所提出的校准方法能够稳定可靠地获取光学系统的高精度校准参数，为后续的天文观测提供了坚实的技术支持。与已建立的天文参考点相比，白天的天文经度和纬度测量的均方根误差（RMSE）分别为0.33″和0.34″，而夜间的测量结果分别为0.26″和0.29″。这些发现表明，该方法有助于提高天文测量的精度、稳定性和实际应用性，推动了现代天文观测技术的发展。