عرضه رهیافتی جدید برای تعیین مولفه‌های انحراف قائم با استفاده از تصویربرداری سمت‌الرأسی از ستارگان

نویسندگان

شیراز

چکیده

شبکه­هایانحرافقائم درمحاسباتژئودزی فیزیکیو محاسبهژئوئیدبسیارپراهمیتهستند. یکی از روش­های تعیین مولفه­های انحراف قائم () مقایسه مختصات نجومی و ژئودتیک است. در قرن اخیر با پیشرفت­های صورت گرفته قادر به تعیین مختصات ژئودتیک با استفاده از مشاهدات GPSبا دقت بسیار زیاد هستیم. همچنین با به‌‌کارگیری روش­های الکترواپتیکی نجوم ژئودتیک، تغییرات اساسی در روش­های کلاسیک نجوم ژئودتیک در تعیین مختصات نجومی به‌ وقوع پیوسته است.
    هدف از این مقاله عرضه یک روش خودکار و دقیق برای تعیین مختصات نجومی و درنهایت مولفه­های انحراف قائم است. امروزه با در اختیار قرار گرفتن دوربین­های رقمی با دقت هندسی و تابش‌سنجی زیاد، فصل جدیدی در به‌‌کارگیری نجوم ژئودتیک در کاربردهای گوناگونی نظیر تعیین وضعیت ماهواره، مختصات نجومی و مولفه­های انحراف قائم، با عنوان نجوم ژئودتیک بینایی‌‌مبنا گشوده شده است.  چنانچه از ستارگان در راستای سمت‌الرأس (زنیت) تصویربرداری شود، می­توان مختصات نجومی محل را با دقتی بهتر  از 01/0 ثانیه تعیین کرد. با تعیین مختصات نجومی و مشاهده مختصات ژئودتیک می­توان مولفه­های انحراف قائم را تعیین کرد. در این مقاله پس از تشریح اصول روش پیشنهادی، آن را روی تصویر اخذ شده از یک ایستگاه آزمایش می‌کنیم.  نتایج حاصل دستیابی به مولفه­های انحراف قائم با دقت بسیار زیاد را نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

New approach for vertical deflection determination using digital Zenith cameras

نویسندگان [English]

  • Abbas Abedini
  • Saeed Farzaneh
چکیده [English]

Celestial positioning has been used for navigation purposes for many years. Stars as the extra-terrestrial benchmarks provide a unique opportunity in absolute point positioning. However, astronomical field data acquisition and data processing of the collected data is very time consuming. The advent of the Global Positioning System (GPS) has nearly made the celestial positioning system obsolete. The new satellite-based positioning system has been very popular since it is quite efficient and convenient for many daily life applications. Several years ago, the determination of vertical deflections (the angle between the true zenith (plumb line) and the line perpendicular to the surface of the reference ellipsoid) often required 2-3 h or even more, using conventional astrogeodetic instrumentation such as analogue zenith cameras or astrolabes.The invention of the electro-optical devices at the beginning of the 21st century was really a rebirth in geodetic astronomy. Today, digital cameras with relatively high geometric and radiometric accuracy have opened a new insight into satellite attitude determination and the study of the Earth's surface geometry and physics of its interior, i.e. computation of astronomical coordinates and the vertical deflection components. The Digital Zenith Camera System consists of a zenith camera equipped with a CCD imaging sensor, which is used for the determination of astronomical latitude, , (the angle between the plane of the earth's equator and the plumb line (direction of gravity) at a given point on the earth's surface) and longitude,, (the angular distance of a point on the celestial sphere from the great circle perpendicular to the ecliptic at the point of the vernal equinox, measured through 360° eastward parallel to the ecliptic). By means of the positions of stars on the celestial sphere which are defined by equatorial coordinates . The equatorial coordinates can be linked to the astronomical parameters by GAST (Greenwich Apparent Siderial Time):
The second component is a GPS receiver which is used for time tagging of the exposure epochs as well as for determining geodetic latitude and longitude  of the camera. Vertical deflections at the surface can be obtained by combining both components:
In the automatic star detection, high precision and reliable in the extraction of the star centers from the captured images and relating them to the astronomical coordinates is the most important point.In this study, the star's centers were extracted by an advanced image processing technique with sub-pixel precision. Relating the parameters of the presented technique to the star's Mag was one of its exclusive properties. Using the theory of coherent motion, the corresponding stars were detected first, and the outliers were removed by the MSAC algorithm afterwards. The suggested method was applied to the images taken by a TZK2-D camera which consisted of two major components: A zenith camera equipped with a CCD was used for the determination of the plumb line and a GPS-receiver for precisetiming and measurement of the ellipsoidal coordinates. Validations showed that the adopted approach in this study is highly capable of yielding reliable results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Digital Zenith cameras
  • astronomical latitude and longitude
  • vertical deflection
  • coherent motion theory
  • SIFT