автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Применение цифровой обработки сигнала для совершенствования метода фотоэлектрических наблюдений в геодезической астрономии

московски! государственный университет

г п геодезии и картографии I I и Ъ ,1

'I о ит иаз

На правах рукописи

красовскии антон петрович

удк 528.28

применение цифровой обработки сигнала [(ля совершенствования метода фотоэлектрических наблюдении в геодезической астрономии

05.24.01 - Геодезия

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии, на кафедре Астрономии и Космической Геодезии.

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент В.Н. Баранов.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук, профессор Н.С.Блинов; кандидат технических наук В.Г.Львов.

Ведущая организация - в/ч 21109.

Защита диссертации состоится 23. Ю. года в часов на заседании специализированного совета К-063.0Т.01 в Московском Государственном Универститете Геодезии и Картографии по адресу: 103064, Москва, К-64, Гороховский пер., 4, МШГАиК (ауд.32Г).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИГАиК.

Автореферат разослан 2.3>_ 9 Ъ года.

. Ученый секретать специализированного совета

В.А.Монахов.

АКТУАЛЬН'ОСТЬ' ТЕМЫ /

Для создания высокоточных опорных геодезических сетей, изучения Земли как планеты, геодинамических исследований, обеспечения функционирования навигационных систем, решения задач по эталонированию измерительной аппаратуры и других целей требуется выполнение астрономических определений широт с погрешностью 0,10...0,15", долгот 0,005.. .0,007*еео<р и азимутов 0,1...0,2я.

Выполнение астрономических определений с такой точностью возможно с применением новых совершенных методов наблюдений, позво-' пятацих максимально автоматизировать процесс наблюдений и использовать средства вычислительной техники для хранения и обработки имерительной информации.

В последние десятилетия специалистами АН СССР, ВУЗовской и )траслевой науки разработан и доведен до практического применения ютод фотоэлектрических наблюдений, использующий различные принци-н обработки фотоэлектрического сигнала и способы его регистрации.

Разработка аппаратуры для фотоэлектрических наблюдений в олевых условиях в нашей стране велась специалистами ЦНИИГАиК.

В 60-е годы Н.А.Беляевым было создано несколько модификаций олевой Фотоэлектрической Установки (ПФУ), с использованием кото-эй с инструментом АУ-2/10 можно регистрировать моменты прохожде-яй звезд и измерять направления на неподвижные световые цели. Эта зтановка показала перспективность фотоэлектрического метода, но э ряду причин не нашла широкого практического применения.

В 80-е года при создании комплекса астрономического теодолита МЯ разработана установка СФУ-ТА, выпускаемая в настоящее время |рийно. К сожалению, при ее разработке не предусматривалась 13МожносТь определения направлений на неподвижные светящиеся зирные цели, что не позволяет осуществлять определения азимутов ограничивает область ее использования.

В середше 80-х годов в МИИГАиК была разработана фотоэлектрическая установка, позволяющая в полевых условиях регистрировать моменты прохождения звезд и измерять направления на неподвижные источники света. С применением этой установки стало возможно выполнять все виды астрономических определений фотоэлектрическим методом.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в последние годы, показали, что точностные характеристики этой установки могут быть значительно улучшены в случае включения ЭВМ в ее контур управления, а такие использования ЭВМ для сбора, хранения и обработки наблюдательной информации. Это позволяет расширить автоматизацию процесса наблюдений, обеспечить соблюдение оптимальных режимов их выполнения, организовать запись и цифровую обработку измерительной информации принцийиально новыми, более эффективными, методами.

В предлагаемой работе.исследуются возможности, появляющиеся в результате сопряжения фотоэлектрической установки МИИГАиК с ЭВМ, предлагаются и исследуются способы цифровой обработки информации и анализируется достигаемый при этом положительный эффект. Проделанные исследования, в конечном счете, позволяют повысить точность астроопределений, что является весьма актуальной задачей.

Цель работы - теоретические и экспериментальные исследования по применению цифровых методов записи и хранения измерительно!! астроме-трической информации, р также, по разработке цифровых способов ее обработки для определения моментов прохождений звезд к измерения направлений.

Для достижения данной цели в работе решены.следующие задачи.

1. На основе теоретического анализа работы известных конструкщй фотоэлектрических установок обоснован выбор типа установки способной дать наибольший положительный эффект при сопряжении с ЭВМ.

2. Показана.необходимость и возможность определения дополнитель-

-ь-

ных параметров фотоэлектрического сигнала, ранее не определявшихся, позволяющих выполнять строгий учет систематических и минимизировать случайные ошибки регистрации моментов прохождений звезд.

3. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования новых цифровых способов обработки фотоэлектрического сигнала, составлены и отлажены алгоритмы и реализующие их программы.

4. Для макета, сопряженной с ЭВМ фотоэлектрической установки с телескопической линзой отработаны различные методики выполнения толевых.наблюдений и калибровочных лабораторных испытаний.

5. Проведены лабораторные испытания и калибровочные наблюдения с [елью подтверждения правильности- результатов теоретических иссле-

> I

(ований и определения оптимальных режимов выполнения наблюдений.

6. Выполнены экспериментальные астрономические определения, в :оде которых подтверждены точностные возможности предлагаемой 1бтодики фотоэлектрических наблюдений.

Научная новизна исследований заключается в следующем.

1. Теоретически доказаны преимущества фильтрации сигнала по равнению с аналоговой и последующей цифровой обработки наблюда-ельной информации, а также показаны новые возможности, открывакь иеся при этом.

2. С учетом целей выполнения наблюдений, определены условия [»образования аналогового фотоэлектрического сигнала в цифровой.

3. Предложены и разработаны цифровые способы определения пара-этров схемы фотоэлектрической установки и фотоэлектрического ягнала, позволяющие практически полностью исключить систематичес-те и минимизировать случайные погрешности регистрации. Выполнены »еретические исследования новых способов получения моментов юховдений звезд и измерения направлений.

4. Разработаны алгоритмы реализации новых способов определения >ментов прохождений звезд и измерения направления, детально (вдованы результаты наблюдений, получаемые при этом.

-6- -6-

5. Об&шойзгаздошдалсиреда^еннфжзошр^^ с aBT0M£a№açs®K^p^aHS0H09Ji|®sçs0Eici^!!ie снимрометдрмде тррвд лизравдвзупдая оптшажшш^шижи^шамгнншлагьшймдаазй&оденвй.

6. ВШюжгшюлншшершааешршаЕвадкнцюдезштадаланифашапрзшоов .часов,

резульршзуш.татов.

но в

Струквудагнгурбъш

пяти сш, лзигарч8шжчанЕШ}®ас1шгв^апзг^вра!ф5&тФабсщ^лШде|Ш1т 171

Во BBBfleMEfleeBBHQaSKajoaHB^ajEastgBafcHmeaai, тенредвжрэдецени цели рас^тцзасквдшишудасизпдавзягавния.

' В ПбрЗЬЙ1Я£ИЗЙЗ И^^В1Ж0р№ИС1131ВИВВНВ88НСШф@Н1ЦВ|1рмЩе1^^ПаВМН9- с помогаю мацврошв5рш(!®^вощшдмжра{^е&1ШасВошретоа5|вмя вревяьнревлыш югрешяршши^десящшделшртт [шоршлгашшетгаВчЕййА.. .0 , ДОТЛговдолгот

О.ОЗОЛгШОЛХО.О^ашутаапйвов .Е,ОГ..2,5".

Прове^вввй51Щ) ФОщвртщрцЕврощготявретФр)®® фшталЁасшуазгасгркчвс-ких ускишсфюкзвдмю^ никнв ста-

цвдбюшвд'вншяшшмшност!

ИХ мпдиЗшс^здяр^^^

сигналягагвдашгпщаа ушгаш^швдявжш ус§;ьна шрлшнянржаиорсасвполо е ныв

резко рзчшэтаджаийздр вай^тшш<тм^я|щ11ц|дш1ящ1швлжтнала ;

-7- -7-

При шЗ^дадоваяи^рф&вдкрвщжмш в ка-

че с твечезлайвайвику тр с

для рбада^^шцшгрвщштавдяротгорнийадш!^ Евивдвфотиврш^ишж^йвлениЯ

Во Ег®Еешетголн№зе(г^вннвЛт(Жв®отвганзж)гоиЕ{'-я циф-

ровых в

[от о э -1 ¡у^рглеоуитж1о й533!.

шшштудашдадоогдаувшвдмшталашаэ шхвдеву^гвд'гр^и.ай'Хйш )А к( комп-

лййн^лшгнала

. .. «(^шш- «>

де ы рдупловаугланаянчнсйли в йниазшшэздаЕв^ЕгрэЗ форме

Н(1и) В($ЯХаЦ|МЭДда*!Ж<Р(ш)"). (2) (2)

ф(«) } • (3) (3)

скотче

нбщий й вид

0} со

Н(£ш) В(1®С=ез®(&ьедЫоЯс) , (4) (4)

= к = -оо

1 с^дюа^гаквояншфСмргай!^^ о&яы;- («к -

кон-

• оо

Не(Н(1у)) ,= 0о+ 2 £ СкообЮо ,

1т(Н((«)) = О . •

Равенство нулю мнимой части передаточной функции означает отсутствие явления сдвига фазы фильтруемого сигнала, следствием чего является отсутствие запаздывания данной частотной составляющей сигнала.

Сравнение характеристик аналоговых и цифровых фильтров позволяет отметить важные преимущества цифровой фильтрации перед аналоговой. При цифровой фильтрации отсутствует запаздывание моментоЕ регистрации, являющееся в случае использования аналоговой фильтрации существенной помехой при учете систематических погрешносте} регистрации. Как показали исследования, амплитудо-частотные характеристики цифровых фильтров имеют вид более близкий к кривой идеального "фильтра. Степень этого приближения оценивается соответствующими критериями и может регулироваться, исходя из конкретны: потребностей. Увеличение числа коэффициентов фильтра или применение специальной методики их вычисления позволяют варьировать сте пень приближения. Частота среза цифрового фильтра может произволь

г

но меняться в. соответствии с изменением спектра частот. обрабаты ваемого сигнала. . ' "

В работе выполнен анализ двух главных операций преобразовали аналогового фотоэлектрического сигнала к цифровому виду - эремер ной дискретизации и квантования.

На основе изучения параметров полезной составляющей фотоэлеь . трического сигнала с использованием теоремы В.А.Котельникова опрс делена минимальная частота дискретизации, обеспечивающая сохраш ние.всей полезной измерительной информации, содержащейся в исхо; нем сигнале. Из приведенных расчетов следует, что при наивно» частоте полезной составляющей сигнала 1,5 Гц,- свойственной набл: дениям экваториальных звезд при диаметрах их изображений 5", име:

ших место при проведении исследований, частота дискретизации составит 3 Гц.

В фотоэлектрическом сигнале наряду с полезной неизбежно присутствует еще и шумовая составляющая, параметры которой, как отмечено в работе, также представляют интерес. Как показали проведенные автором исследования, более 80% спектральной мощности фотоэлектрического сигнала, сосредоточено в полосе частот от ноля до 20 Гц, тогда в соответствии с теорией оптимальной фильтрации частота дискретизации должна быть не менее 40 Гц..

Операция квантования рассмотрена как фактор внесения дополнительной погрешности представления амплитуд выборок сигнала, обуславливающей ошибки регистрации. Для их анализа в работе вййолне-~т детерминированная и вероятностная оценки влияния этих погрешностей.

Детерминированая оценка позволяет определить абсолютные .границы истинной погрешности квантования. Для 8-разрядного АЦП она не превзойдет I/5I2 часть максимальной амплитуды сигнала. Вероятностная оценка позволяет определить математическое ожидание и дисперсию погрешностей квантования.

При представлении чисел в прямом коде, применяемом в используемом оборудовании и указанной разрядности АЦП, математическое ожидание погрешностей квантования равно нулю, а их дисперсия составит I/6I44 часть амплитуды квантуемого сигнала.

Равенство нулю' математического ожидания свидетельствучт об отсутствии систематических погрешностей, вносимых данной операцией. Подсчитано, что влияние погрешностей квантования вызовет среднеквадратическую погрешность определения моментов проховдений звезд не .более 0,33 мс, а погрешность измерения направлений 0,005". Полученные оценки погрешностей регистрации на порядок выше точностей измерения соответствующих величин, что позволяет их не рассматривать.

- чо-

В третьей главе исследованы новые, предложенные в [2], интегральный и корреляционный, способы определения моментов прохождений звезд и измерения направлений на неподвижные источники света. Теоретитчески показано, что по сравнению с применяемым на практике в настоящее время уровенным способом регистрации они обеспечивают уменьшение случайных погрешностей регистрации в среднем на 50? и полностью устраняют систематическую погрешность, вызываемую присутствием в сигнале шумовой составляющей [2].

Идея интегрального способа состоит в том, что период фотоэлектрического сигнала записанного в ОЗУ ЭВМ, разбивают на две части продолжительностью каждая (рис.1). Цри этом момент 1;* соответствует некоторому моменту, принимаемому в качестве приближенно известного. Далее производится измерение площадей (вли Бп) каждой из двух фигур, ограниченных кривой сигнала и(-Ь) и осью абсцисс. Так как величины этих площадей вследствие погрешности выбора приближенного момента регистрации и осложнения сигнала случайными ' шумами не равны, то соблюдая условие неизменности интервалов интегрирования 61, площади и Бп выравнивают путем смещения момента ^ на оси времени в сторону фигуры с большей площадью. Момент регистрации 1;и уетанавливается при достижении равенства площадей обеих фигур.

Корреляционный способ регистрации основан на анализе положения максимума функции взаимной корреляции сигналов ¡Цт), записанных при прохоадении звезда во щелям фотоэлектрической решетки для двух положений вертикального круга астрономического инструмента.

Функция взаимной корреляции сигналов определена в вида

гцт) = | иша^-т) ¡и, (6)

1

где 1 - временной интервал, соответствующий относительному сдвигу сигналов. Некоторому (тх) соответствует максимум н(тк). Интервал 1к определяют -по специально■разработанной и предлагаемой в работе

Рис.1. К пояснению принципа интегрального способа регистрации.

Рис.г. К пояснению реализации корреляционного способа регистрации.

методике.

На одной из ветвей главного максимума графика функции R(tk), например, на левой (см.рис.2), на расстоянии д от точки тл, выбирается пара точек с абсциссами т1=тл-д и 1г=1г+ь. Точка хл выбирается вблизи значения аргумента, . соответствующего максимальному значению производной R(t). В соответствии со свойствами сигнала, изменение корреляционной функции вблизи тл можно считать линейным, при этом поправка К известному приближенно положению максимума функции R(t) определится выражением

на основании чего вычисляется поправка к моменту М= ^ .

В работе рассмотрены особенности учета изменения запаздывания при интегральном и корреляционном способах регистрации.

Поскольку интегральный способ можно рассматривать как частный случай корреляционного способа, то отмечается качественное совпадение закономерностей изменения запаздывания. На основании • полученных в [2] аналитических выражений для вычисления запаздывания найдена зависимость его' величины от момента t начала интегрирования (рис.1). На рис.3 представлена йта зависимость, где вдоль оси абсцисс отложен момент начала интегрирования 1;, выраженный в долях продолжительности периода (Т) сигнала. Очевидно, что запаздывание стабильно при значениях t близки* к нулю и резко возрастает с уменьшением интервала- интегрирования, причем, с увеличением постоянной времени ФНЧ стабильность запаздывания уменьшается.

В работе предлагается новая оригинальная методика определения постоянной времени (х) ФНЧ - важнейшего параметра фотоэлектрической установки, основаннвя на анализе цифровой записи переходной характеристики электрической схемы обработки сигнала. Предлагаемая методика не требует приостановки на длительное время процесса

1

Т

(7)

Рио.З. Запаздывание при интегральном способе регистрации для различных'моментов начала интегрирования 1Н при различных постоянных времени (с) ФНЧ.

Рис.4. Дисперсии результатов регистрации моментов прохождений звезд уровеншш интегральным (б'ир) и корреляционным способами по наблюдениям на к щелях фотоэлектрической решётки..

наблюдений и привлечения дополнительной аппаратуры. Это позволяет контролировать значение т в ходе выполнения астроопределений. Средняя квадратичесдая погрешность определения величины постоянной времени, полученная по внутренней сходимости результатов ее многократного определения, не превосходит I. мс.

Необходимость определения диаметра изображения каждой наблюдаемой звезды потребовала разработки соответствующей методики. Предлагаемая методика основана на анализе цифровой записи кривой фотоэлектрического сигнала. Получены выражения для определения диаметров изображений (3). В простейшем случав формула для определения й имеет вид

008(1/3)

К ---. (8)

<3 /1 + (т/а)1"

где К - величина максимума производной сигнала, т - постоянная времени ФНЧ. Среднеквадратическая погршеность определения диаметра изображения указанным способом составляет 0,45", что удовлетворяет требованиям необходимой точности.

В связи с тем, что изменения диаметров изображений звезд приводят к изменениям запаздывания, которые трудно поддаются учету при традиционном способе регистрации, в работе рассмотрена возможность стабилизации запаздывания. Для реализации метода стабилизации выполнен анализ выражения запаздывания как сложной функции частоты сигнала ш, зависящей от скорости движения 7 изображения звезды и его диаметра <3: Ь-/,<Л)).

Полный дифференциал запаздывания имеет вид

<П = ( «¿ОТ + ш^сКЗ') , (9)

где и - производные частоты сигнала соответственно по аргументам скорости и диаметру изображения. В соответствии с (9) име-

ш• <кг

ется возможность' рассчитать дополнительную скорость йУ-—^—,

сооОщив которую изображению звезда, можно добиться стабильнсти величины запаздывания.

Этот прием: позволяет поддерживать постоянство запаздывания сигнала в схеме установки. Так, при постоянных времени ФКЧ 150...250 мс стабильность запаздывания гарантируется в пределах 3...6 мс для диаметров изображений звезд от € до 10". Остаточные изменения запаздывания можно учитывать по упрощенной методике, используя результаты определения фактических диаметра и скоростей движения изображения звезды. Для постоянных времени 150...250 мс Неучтенная погрешность запаздывания не превышает 1,5...2,0 мс. Сообщить дополнительную, строго фиксированную, скорость движения изображения позволяет применение фотоэлектрического микрометра с телескопической линзой, путем сообщения дополнительного движения телескопической линзе.

В работе проделан теоретический анализ дисперсии результатов для традиционно применяемого уровенного и вновь предлагаемых способов регистрации, который показал, что она пропорциональна дисперсии шума, присутствующего в фотоэлектрическом сигнале. На рис.4 приведены кривые, характеризующее величину дисперсии и ее зависимость от числа щелей фотоэлектрической решетки. Теоретический анализ показал, что применение новых способов регистрации обеспечивает существеное уменьшение случайной погрешности результатов наблйдений.

В работе обосновано применение способа минимизации случайных погрешностей регистрации, основанного на 'управлении величиной дисперсии шумовой составляющей сигнала В^(о) посредством предварительной цифровой, фильтранли сигнала. При этом, как показано ранее, не вносится дополнительных фазовых, искажений в обрабатываемый сигнал, и, следовательно, не возникает явления аналогичного запаздыванию, благодаря чему такой способ борьбы с шумами предпочтительнее применения аналоговых фильтров -д ограниченной полосой

пропуекания.

Для уменьшения дисперсии случайного процесса предложено применять нерекурсивный фильтр помех с соответствующим образом выбранными частотой срезр. Дисперсия В^(о) на выходе ФНЧ имеет вид

в^(о) = | |Н1({ы)|*Е(ш) аи , (10),

±00

где Е(и) - энергетический спектр шума на входе фильтра, Н(£ш) -передаточная функция.

Для определения частоты среза ФНЧ необходимо знать энергетический спектр шумового сигнала. Исследования по определению характера энергетического спектра сигнала. выполнены и представлены в экспериментальной части работы.

Для определения дисперсии шумовой составляющей сигнала предложен способ, основанный на измерении уклонений результирующей "полезный сигнал плюс шум" от кривой, аппроксимирующей полезную составляющую сигнала. Выполненные расчеты показывают, что для оценки дисперсии шума можно ограничиться участком полезной составляющей сигнала, которому соответствует изменение фазы Тогда выражение для вычисления дисперсиии шумовой составляющей запишется в виде '

= -¡- { " к^'З2«' . (1Г>

t

где ид(Ъ) и К(1;) - уравнения кривой сигнала и прямой, касательной к ней в точке V; Д '- интервал времени, на котором осуществляются вычисления.

В четвертой главе представлены результаты лабораторных исследований, выполненные на макете для исследования фотоэлектрического микрометра установки. В ходе исследований отработаны алгоритмы, методики и программы для реализации методов цифровой фильтрации

сигнала, для известного и новых -способов регистрации моментов и определения параметров сигнала и электронной схемы фотоэлектрической установки. В ходе наблюдений детально исследованы систематические и случайные погрешности вновь предложенных интегрального и корреляционного способов регистрации; отработаны методики их учета и выполнен сравнительный анализ точностей различных способов определения моментов прохождений звезд и измерения направлений на неподвижные точечные источники света.

Макет содержит коллиматор 160/1600 с оптическим комго автором сдвига изображения в виде пары, оптических ахроматизированных клиньев; пассажный инструмент "Aekania-Werke 90/900" JS 100304, оснащенный фотоэлектрическим микрометром; устройство сопряжения микрометра с ЭВМ; электронно-вычислительную машину "Искра 1256" и кварцевые чйсы "Tesla".

Отработка методик наблюдений и исследования точности регистрации проводились путем моделирования на макете различных условий выполнения наблюдений. При этом детально исследовались зависимости случайных и систематических погрешностей регистрации от яркостей наблюдаемых звезд, величин'постоянной времени. ФШ, амплитуды сигнала, степени его зашумленности, диаметра и скорости движения изображения точечного объекта наблюдений.

В работе■ показано, что в целом можно отметить качественное совпадение результатов лабораторных исследований с результатами теоретических расчетов. Это позволяет сделать вывод о правомерности применения теоретически обоснованных и предлагаемых ь работе способов определения параметров сигнала и алгоритмов определения регистрируемых величин, а также о работоспособности реализующих их программ.

Исследование систематических погрешностей регистрации в основном сводилось к изучению влияния запаздывания. Результаты срав-. нения значений запаздывания, измеренных экспериментально и ьычис-

-18—18—

ленныхл'твсре ттврш^чтвщр теящоявутс шукзи р чязмдрвдлшрвднвганине ело собы обвСшеяйвнкпч щшвпщлуаишщю сжыуявта зжлгематжавексй^жшвЗкюшибк запаздыввывдвашн даракт&рршувщ^дашшмк^шфиведе^шшдешщмйж 1табл. I Средавгрвдралз1адретй-!ШПГЕВ111нафыьучета уаапвздашиди^ваиднучешнщрввнног из рваль1рхг)лга1шршш4ф|дайурЕ)Бещршэщшииба1>х)ш5^взшшгайф6^т jftyß, дх. интвгрильнераийчйуз öl дал корре лягдоннодоэФ^мс!, 4 мс.-

1 • 1 ТаблшЩзОлица I

<г 3 а П а В |Д Ы ® .В Н 34 8 Н (Л TS = I О S Ь © Q M с )

с п о œ н <ß с <р © гржпуацриции

Уро îeiffipfeeî чкЖнт >г£йльннйш ьпгХоргаЛйцдривнфкн ный

Изм Выя Зыч И ¡м Вл .1 ыч -Изм Выч Вы*

6 8 10 в 95 8 97 10 99 9В 99 IDO S3 99 100 7G ТВ 7в та 79 . "8В 78 • 08 ■ ICE IOt 79 ID3 IDS I0¿ 80 1р8 1Ш 10"!

В пят ей TfTjmab х^риввдэ^ыу.'рвзуиштнз^вюспвргошаттшьныхажя^ювдзтрош мическиг^б<шрад93щи0<леннйдлнаины1нв(ЕЖШ<ш;зованивюа1федлаарщщвас'ае№ спосо баю coßpaöqtijii 'сигна ла пнб ус ви

ста цианврдыхн жаб люДвний; д'НаОшод^нйя э,бш!И i выпсшнашхв^двданивэ^Ше 19' года наздйаат абсервв(1ор!июШшкой0кай)1СлуЖ ного АотронОм^вскс^Мнсггит^ггагинени IkKsEMSfififläpjpiöepra.

ИсслеДОвания^вшошкялшжв^лр® этдпа-.эФ^тгюсйфавкафовкпзленйссл Д0ванда£фатаэфктр1ган<яайлва1ш^атурь5'шу|шструш

менталшовашрвделвнвдз лптималышха.рекимерэ /внпшяэдшя-швйяюдагй&зде ки 3) не rfô íр&дотвевдог ватрономия&скивч определении; ж: л .

I. Прк ncfjjTOTOBKB) юмаблюденйэд^отрвбатываЗмск^гйгадж^^ оптималькой:.-фокзГкфсшди,!¿арщрвльнойздгруШ щв&шяг&;й1нвтр}шащ[мент опрбдешвнияглараматзрв/фэтаэлфктрияасго^ далащ&едошя у

ловогал датяю®ч тхрот.тразя! уда та вменений;пшюквалюьиаг.рныгз1ерзюЯ о (колли(1ацшншв;т ошбЮ1>::ийструмвнтд,:;в) жфоцэсоезваблподекййздениЯ.

- 19— 19-

В кач®т№1етташаз1гги«алыюйищ>шшмфга<^ ая Щ5^алвдавалшшо13швднияэ19^ег1£^ж

везд зтзйзг лпЗот рсшязрт льтшхскла^^ трубы

зссакз&гта/гашто^жслрудантатцкзж^

зризуиршуэонщаз5зависивдст1в1|?1шазро^шэ(Я^хени^ звезяхоспихг-спект-ьльш5влшшпоы}ассов;к:ю таетезшос13ав5кимш:тнолж:от[шзтаню1<ашжкости шлизш&йЯза [4]. - -

В ход®

езд аиевдрвд^риди^да.Ё^щакв^^ рвдеспзрдахЕ^тадариада^швякжнязгггй^®^ .0,22".

Для оДладеопределевия денакдал^нмБсуг/юйогауудатчикгюьмизсромвтра юлшдрсгдагшгордрайзподашя звазд'Щ1ШртдЕ?вв s Яри [атомсижгизобрвжениям домсщшэмфвдаазгаюлвшашйеснэйы лшнзй;-'ссюг5щала0£1"га?згюяци'Гелвная сколь .гквздрапмвся^» шагрщшопткотгреде ления /ценшдаления ювсридеитада'Ешвдпи^даднорда

В ход® аодгдпетецта^ш^яссдвдав?!^^ ; сязгезйзлучайная

решзагршвджггЕ^рвгщн^ацшж зввзд/прИ),щнйщдвниях

ч зтснэдавер'ЩкгиЗ вргЕуб 1разараш1вз1гавданиш<шадпшнани6иодааС06одений паям явм^&хш^козшмйХ^ i примендндахпрвзшЖкзннпй 1'шше ме-

сжгодеиашзшаСзтзацииздаш^ кордйуетрэйуется

!внясо<3®шшЯ:'<утаый гугат ьсистемзтяч seeied сштрайнеотей; трвг^тстрации •

нымриЕЮгржецтрв фгуишфйшрттлр1гю<отл?ш

юдеаШдарйодгрошдйлисцелм ц&ЯввпвзЗеЕШченйяргвыбарамашхтявльных ^отзршеэрввтрэуштртфюскойн. с £ешж5гстанавк$!ф{5о щи^ро$аготр}фгь тра, í сдеа&п дга&»узот; ; terasnsraatpsb ХшЗМ ajfcroü шпздшипсти третиетрации. йсслэ,!$<игявдеввяия>1Щ»:ввд1га^ ранее- дато-

цйфровЩрф80йтр!ЕШ1тра11ртшеШр1^

Рис.5. Нормированные спектры шумовой составляющей

сигнала для различных зенитных расстояний (%) наблюдаемых звезд при различных постоянных времени (г) {НЧ.

Рис.6. Зависимость частоты среза ($гр) цифрового 1НЧ от зенитных расстояний наблюдаемых звёзд при различных постоянных времени СТ) 1НЧ.

но расширяет возможности аппаратуры для наблюдений и выводит ее на уровень точнейших контрольно-измерительных приборов для измерения параметров регистрируемого сигнала. Так, например, цифровая обра-' ботка сигнала фильтрами переменной частотой' среза / позволила оценить энергию шума, сосредоточенную в полосе частот от 0 до / .

Нормированные спектры шума, полученные в результате подобной обработки, приведены на рис.5. Анализ данных позволяет установить эмпирические зависимости (рис.6), характеризующие изменение требуемой величины частоты среза цифрового ФНЧ от различчных факторов, например, зенитных расстояний наблюдаемых звезд.

3. Астрономические определения поправок часов и азимута направления для оценки качества и возможностей предлагаемых новых способов регистрации и обработки сигнала производились на установленном в меридиане пассажном инструменте "АШ-1 100/1000" й 510001. Регистрация моментов прохождений каждой звезды- осуществлялась тремя способами: уровенным, интегральным и корреляционным, что позволяло производить сравнительную оценку их точностей.

В табл.2 приведены сраднеквадратические погрешности определения единицы веса и поправки ч&сов гаи по результатам наблюдений 263 звезд, объединенных в серии для получения 26 поправок. Из таблицы видно, что фактическое экспериментально подтвержденное повышение точности определения поправок часов при применений интег-

Таблица 2

Способ регистрации Погрешности определения

Поправки часов (мс) Азимута (")

и т ■'и и ц. т ■а а

уровенный 26.52 9.38- ' 0,33 0,17

интегральный 21.28 7.52 . 0,28 0,14

корреляционный 21.45 7.58 0,23 0,14

ральных способов регистрации составляет 20Ж, в то время, как повышение точности определения моментов прохождений звезд по результатам теоретических расчетов и лабораторных исследований составляет 50?. Данное обстоятельство может быть объяснено влиянием на точность определения поправок часов дополнительных ошибок, в том числе и инструментальных, влияние которых в лабораторных условияхх отсутствовало.

Случайная погрешность долготы пункта, определенной из одной поправки часов по внутренней сходимости долгот, полученных в течение сезона наблюдений составила 25 мс.

В ходе определения азимута направления было выполнено'5 программ наблюдений. Закрепление измеряемого направления было осуществлено полевым коллиматором 100/1000, размещенным на отдельном столбе. Величины среднеквадратичвских погрешностей определения единицы веса азимута и азимута та, полученного из одной программы наблюдений для различных способов регистрации, приведены в табл.2.

Таким образом, результаты экспериментальных наблюдений позволяют сделать вывод о том, что предлагаемые методы обработки и аппаратурные средства способны обеспечить требуемые современной наукой и практикой точности определения долгот лунктов (т^=0,005...0,007е'ео<р) из наблюдения 4..'.5 программ определения поправок часов (при <р=56*) и точность определения азимута (п£=0,1...0,2) из 1...3 программ определений азимута.

ЗАКЛСЧЕНИЕ

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Показано, что для дальнейшего повышения точности метода фотоэлектрических наблюдений в геодезической астрономии сопряжение ЭВМ с фотоэлектрической установкой обязательно.

2. Доказано, что применение цифровой обработки сигнала в сравнении с применяемой до настоящего времени аналоговой позволяет с минимальными затратами выполнить весь комплекс мероприятий, связанный с учетом запаздывания фотоэлектрической установки.

3. Разработаны алгоритмы цифровой обработки сигналов для определения моментов прохождений звезд и измерения направлений на неподвижные точечные источники света.

4. Разработано программное обеспечение действущего макета фотоэлектрической установки.

5. Выполнены лабораторные исследования, в ходе которых определе- . ны оптимальные режимы выполнения наблюдений; покарано, что применение новых цифровых способов регистрации позволит на БОЖ снизить случайную погрешность регистрации моментов прохождений звезд и уменьшить неучитываемые изменения запаздывания до 1,5...2,0 мс.

6. Проведены экспериментальные астрономические определения, с применением макета установки, количественный анализ результатов которых позволяет сделать вывод о возможности создания аппаратурных средств, способных обеспечить точность определения долготы и азимута, необходимую для йужд современных науки и техники.

7.Проделанные исследования позволяют воспользоваться полным объемом измерительной информации, получить в реальном времени его количественную и качественную оценки, полностью устранить неопределенность, возникапцую при учете систематических погрешностей регистрации и пользоваться в случае необходимости различными метопами обработки и анализа сигнала, выбирая в кавдом конкретном

случае оптимальный вариант. Работа автора является частью более широкого комплекса исследований, выполненных на кафедре Астрономии и Космичечской Геодезии МИИГАиК по совершенствованию метода фотоэлектрических наблюдений в Геодезической Астрономии. В результате чего стало возможным обеспечить с применением пассажного инструмента АШ-1 определение азимута направления с погрешность!)

0.10...0.15. и долготы полевого пункта с погрешностью 0,10 с.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. Баранов В.Н., Красовский А.П., Медведев В.Г. и др. Анализ высокоточных определений азимута пассажным инструментом. М., Геоде-. зия и Картография, 1990, * 4, с. 16...20.

2. Баранов В.Н., Красовский А.П. Теоретический анализ точности определения моментов прохождений звезд. М., Изв. ВУЗов, Геодезия и Аэросъемка, 1990, J» 5, с. 38...49.

3. Баранов В.Н., Красовский А.П. Возможности цифровой обработки сигнала при фотоэлектрических наблюдениях в геодезической астрономии. М., Изв. ВУЗов, Геодезия и Аэросъемка, 1991, * 6, с. 72...84.

4. Плотников B.C., Баранов В.Н., Красовский А.П. Исследования макетного образца устройства сопряжения фотоэлектрического микрометра и ЭВМ. М., Изв. ВУЗов, Геодезия и Аэросъемка, Jt 3, 1991, с. 123...137.

_ ^У

Подписано в печать 1.5.0ß.$3m зак. *204&, тир. 100.

УПП "Репрография"