СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕСКОПОВ Российский патент 1998 года по МПК G09B9/06 G01C21/24 G01S5/00 

Изобретение относится к способу определения геометрических параметров опорно-поворотных устройств (ОПУ) телескопов различных типов монтировок с различным количеством исполнительных осей (осей вращения). Под геометрическими параметрами ОПУ понимается положение и ориентировка в пространстве его исполнительных осей, а также положение в пространстве некоторого условного геометрического центра ОПУ, характеризующего положение всех осей ОПУ в совокупности.

Преимущественная область использования разработанного способа - юстировка и периодический контроль параметров ОПУ, высокоточные определения геодезических параметров пространственных расстояний и положений векторов баз между телескопами.

Особенно актуален способ в случаях, когда возможность непосредственного доступа к исполнительным осям ОПУ телескопов ограничена или полностью исключена.

Аналоги разработанного способа в настоящее время по результатам проведенного поиска отсутствуют.

За прототип выбран комплекс традиционных геодезических измерений, необходимых для получения геометрических параметров ОПУ больших радиотелескопов (РТ) с двухосными азимутальными монтировками. Комплекс этих измерений включает в себя;
астроопределения исходного азимута;
передачу исходного азимута на исполнительные оси ОПУ телескопов;
высокоточное центрирование геодезических средств измерений (СИ);
высокоточные линейные измерения;
высокоточные угловые измерения;
высокоточное нивелирование;
проведение сертификации применяемых СИ;
проведение регламентных и рабочих поверок геодезических СИ.

Для выполнения перечисленных измерений используются высокоточные СИ, к которым относятся; универсальный высокоточный комплекс УВК, светодальномеры СП-2, ДК-001, Мекометр-5000, теодолиты ОТ-02, ДКМ 3-А, центрировочное приспособление ПВП, нивелиры H-05, Ni-007, инварные рейки и рулетки.

К существенным недостаткам прототипа следует отнести;
высокую трудоемкость технологических процессов высокоточных линейно-угловых, нивелирных и центрировочных измерений;
многозвенность процессов измерений;
существенную зависимость измерений от состояния внешних условий;
большую протяженность геодезических измерений по времени;
неизбежное присутствие в конечных результатах определений искомых параметров ОПУ влияний погрешностей субъективного характера и погрешностей самих конструкций ОПУ как объектов измерений.

Сущность разработанного способа как объекта изобретения заключается в том, что для определений геометрических параметров ОПУ телескопов в качестве СИ используют приемники глобальных спутниковых систем ГЛОНАСС или GPS, антенны которых закрепляют непосредственно на подвижных частях ОПУ на специальных маятниковых подвесках. При поворотах телескопа вокруг исполнительных (геометрических) осей ОПУ применяют дискретно-траекторный режим относительных измерений, в результате чего определяют дискретные положения точек траектории закрепленного на телескопе СИ относительно СИ, установленного неподвижно на поверхности Земли. "Обратными пространствами засечками" по полученным точкам положений траектории СИ определяются пространственные положения и направления исполнительных осей ОПУ телескопа в любой выбранной системе координат.

Под "обратными пространственными засечками" здесь понимается определение положения и ориентировки исполнительной оси ОПУ в реальном пространстве из сопоставления реальных пространственных положений точек траектории СИ на ОПУ, и положений этих же точек, задаваемых математической моделью ОПУ, в которой задано и модельное положение исполнительных осей.

При этом исходными являются два предположения: положение плоскости вращения СИ, содержащей траекторию подвижной СИ, задает направление нормальной к ней оси вращения (исполнительной оси) ОПУ; центр симметрии траектории задает положение оси вращения в пространстве как точку пересечения геометрической оси ОПУ с плоскостью вращения СИ.

К существенным признакам способа следует отнести:
использование в качестве СИ аппаратуры пользователей глобальных навигационных спутниковых систем типа ГЛОНАСС или GPS;
применение дискретно-траекторного режима относительных определений положений СИ;
установка датчика СИ (антенны спутникового приемника) на телескопе в специальном маятниковом подвесе, обеспечивающем неизменность положения антенны СИ относительно отвесной линии при вращении телескопа и не экранирующем антенну СИ со стороны верхней полусферы;
возможность контроля стабильности показаний датчиков ориентации телескопа относительно осей ОПУ при периодическом выполнении измерений;
определение абсолютной ориентировки горизонтальной исполнительной оси телескопа по азимуту.

Практическое применение способа как объекта изобретения было реализовано в 1994-95 гг. при определении геодезических параметров вектора базы длиной D=150 км между условными геометрическими центрами ОПУ двух больших радиотелескопов ТНА-1500 и ТНА-1500Ц с диаметром зеркал 64 м, расположенных на пунктах космической связи ОКБ МЭИ в Медвежьих Озерах и в г. Калязине.

В качестве СИ использовалась приемная аппаратура пользователей глобальной позиционной (навигационной) системы GPS "NAUSTAR". Определения параметров вектора базы проводились в два этапа.

На первом этапе объектом относительных измерений был опорный базис, каждый из двух концов которого был закреплен на местности на небольшом удалении от соответствующих РТ. Относительная погрешность его определений составила величину 3•10^-7•D.

На втором этапе определялись положения и ориентация исполнительных осей и положения условных геометрических центров ОПУ каждого РТ относительно ближайших концов опорного вектора базы. Измерения между антеннами СИ, одна из которых закреплялась на подвижной части ОПУ РТ, а другая устанавливалась на конце опорного базиса, проводились по специально разработанной программе в дискретно-траекторном режиме.

"Подвижная" антенна СИ закреплялась на краю зеркала телескопа в специальном маятниковом подвесе, обеспечивающем постоянство ориентации антенны относительно отвесной линии и не экранирующем спутниковую антенну СИ со стороны верхней полусферы.

Применение дискрено-траекторного режима измерений для СИ, закрепленного на РТ, при вращении вокруг исполнительных осей ОПУ РТ позволило получить дискретные положения "подвижной" антенны СИ. Определения дискретных положений СИ сопровождалось снятием отсчетов с собственных датчиков положения телескопа относительно осей ОПУ.

Положения подвижной антенны СИ, полученные при вращении РТ по азимуту, обеспечивали определения положения и ориентации азимутальной (вертикальной) оси ОПУ РТ ТНА-1500.

Дискретные положения той же антенны СИ, полученные при вращении РТ по углу места, обеспечивали определения положения и ориентации угломестной (горизонтальной) оси ОПУ РТ и определение абсолютной ориентации РТ по азимуту.

Совокупность результатов измерений обеспечивала определение положения условных геометрических центров ОПУ РТ относительно концов опорного базиса с погрешностью в пределах первых единиц миллиметров.

В конечном итоге погрешность определения геодезических параметров вектора базы межу РТ составила в относительной мере величину порядка 3•10^-7•D.

Антенну одного спутникового приемника устанавливают неподвижно в одном из пунктов, закрепленном на поверхности Земли. Антенну второго приемника устанавливают с помощью маятникового подвеса на зеркале телескопа. Поворачивают телескоп вокруг исполнительных осей и определяют дискретные положения точек траектории движения подвижной антенны относительно неподвижной. Определяют положение исполнительных осей опорно-поворотного устройства телескопа по положению нормали к плоскости, содержащей эту траекторию и проходящей через ее центр. В результате повышается точность и уменьшаются время и трудоемкость определения параметров опорно-поворотного устройства телескопа. 2 з. п. ф-лы.

1. Способ определения геометрических параметров опорно-поворотного устройства телескопа (положения и направления в пространстве исполнительных осей вращения), отличающийся тем, что устанавливают антенну одного из приемников спутниковой навигационной системы в пункте местности неподвижно, антенну второго приемника закрепляют с помощью маятникового подвеса на зеркале телескопа, вращают телескоп вокруг одной из исполнительных осей опорно-поворотного устройства, определяют дискретные положения точек траектории подвижного приемника относительно неподвижного и по положению нормали к плоскости, содержащей указанную траекторию и проходящей через центр ее симметрии судят о положении оси вращения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для опорно-поворотного устройства, имеющего неподвижную в пространстве вертикальную (для азимутальной монтировки) или горизонтальную (для вертикальной монтировки) ось вращения, при вращении телескопа вокруг горизонтальной оси определяют азимутальную ориентацию телескопа. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно периодически определяют показания датчиков ориентации телескопа относительно осей при неизменности крепления маятникового подвеса на телескопе, по которым судят о стабильности показаний датчиков.