光電等高儀I型的國(guó)際合作總結(jié)

光電等高儀I型的國(guó)際合作總結(jié)
摘 要
中國(guó)科學(xué)院陜西天文臺(tái)和俄羅斯東西伯利亞物理技術(shù)和無(wú)踐電測(cè)量研究所之
問(wèn)所進(jìn)行光電等高儀I型的國(guó)際合作持續(xù)了5年，共完成3個(gè)綱要的觀測(cè)。根據(jù)
這些觀測(cè)資料．鳊算出包括817顆星的無(wú)赤蚌盲區(qū)的等高儀星表和24顆射電星的
星表。在此對(duì)不同的系統(tǒng)差進(jìn)行了分析。 轉(zhuǎn)速表| 壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器| 試驗(yàn)機(jī)|
l 前言
中國(guó)科學(xué)院陜西天文臺(tái)和俄羅斯東西伯利亞物理技術(shù)和無(wú)線電測(cè)量研究所之間所進(jìn)行
的光電等高儀國(guó)際合作項(xiàng)目．于1995年11月初正式在伊爾庫(kù)茨克開(kāi)始觀測(cè)。由于雙方的
努力，此項(xiàng)合作于1997年11月升級(jí)為兩國(guó)政府之間的科技合作項(xiàng)目之一。此項(xiàng)合作于
2000年5月底結(jié)束，時(shí)間跨度為5年。由于受俄羅斯海關(guān)問(wèn)題的影響．我們的光電等高儀
不得不于1997年底運(yùn)回國(guó)內(nèi)而后又復(fù)運(yùn)出國(guó)，因而中斷觀測(cè)6個(gè)月。所以實(shí)際上有效觀測(cè)
為49個(gè)月。在此期間．我們共完成了3個(gè)綱要的觀測(cè)．共觀測(cè)了777個(gè)晴夜．獲得2763組
有用資料。這些高精度的資料不僅為俄羅斯國(guó)家時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)做出了明顯的和有價(jià)值的貢
獻(xiàn)，而且利用這些資料我們還編制出817顆星的無(wú)赤緯盲區(qū)的等高儀星表和24顆射電星的
星表．這些星表將另文發(fā)表。這種無(wú)赤緯盲區(qū)的等高儀星表是利用了我們光電等高儀裝備
了45‘測(cè)角基準(zhǔn)(即等高圄的天頂距)和伊爾庫(kù)茨克高緯度臺(tái)站(+=52‘．3)相結(jié)合的特點(diǎn).
首次完成的。
2 觀測(cè)精度分析
不論是對(duì)測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)而言．還是做星表改進(jìn)工作，儀器具有優(yōu)良的性能和較高的
觀測(cè)精度都是至關(guān)重要的。由于我們采用了結(jié)構(gòu)新穎的復(fù)合角鏡_2J，并采用零膨脹系數(shù)的
材料來(lái)制做角鏡，所以它的穩(wěn)定性能特別好，這就給儀器的高精度觀測(cè)提供了一個(gè)穩(wěn)定的標(biāo)
準(zhǔn)。再加上我們的儀器實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化觀測(cè)，又裝備了光子計(jì)數(shù)裝置，這不僅使觀測(cè)效率提
高，觀測(cè)暗星的能力提高，又減輕了觀測(cè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高了觀測(cè)精度。在對(duì)儀器個(gè)別部件采用局部加熱的情況下．儀器可以在一35"(3以下的氣溫下工作，這使得我們的儀器工作
時(shí)間長(zhǎng)(冬季可觀測(cè)12-14小時(shí))，觀測(cè)晴夜多，獲取的資料多。因此，在測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)
中，我們一架儀器的權(quán)重就相當(dāng)于俄方儀器平均權(quán)重的4倍．也使得與我們合作的研究所測(cè)
定地球白轉(zhuǎn)參數(shù)的權(quán)重占到全俄20余架光學(xué)儀器的40％。我們儀器的工作受到俄方及他
們主管部門的好評(píng)。
表1列出了我們用光電等高儀I型在與俄合作期間觀測(cè)的777個(gè)晴夜和2763組星的
平均觀測(cè)精度的情況。由表列值可以看出．幾年中在平均觀測(cè)氣溫為一6．CC的情況下，單
裹1 觀舅精度辭在不同月份里的變化
月份 天數(shù) 組數(shù) T P d一 —廿u— —— —— dz
(℃) (mb) ( ) (S) ( ) ( )
1 ．72 346 一加．8 961．7 土0．231 ±0．0050 ±0 070 ±0 039 1 827
2 83 416 —17 6 961．4 土0 216 ±0．0046 ±0．065 土0 036 1．769
3 84 335 —10．7 956．9 土0 201 ±0 0O43 ±0．061 土0 033 1．770
4 65 225 —0．8 952 5 ±0 2伽 ±0 O044 土0．062 ±0．034 1 698
r
5 55 135 6．8 951．1 ±0．2o6 ±0．0045 土0 065 ± 0．035 1，738
6 58 121 10．1 945．0 ±0．204 ±0．0047 土0．O66 ±0 036 1．674
7 ．72 171 14．5 945 3 ±0 188 ±0．0O43 ±0．059 ±0．033 1．784
-
8 61 181 12．5 946．6 土0．190 ±0 0041 ±0．056 ±0．031 1．799
9 46 131 5．4 953．7 土0 199 ±0 0044 ±0．062 ±0．033 1．717
10 52 186 —2．0 956．2 ±0．209 ±0．0045 土0．O64 ±0．035 1．734
ll 60 227 —12．3 959．2 ±0．205 ±0．0043 ±0．061 ±0．033 1．873
，
12 69 289 —15．0 957．9 ±0．222 ±0．0O48 ±0．067 土0 037 1．873
777 2763 —6．6 955．7 ±0．209 ±0 0045 ±0．O64 ±0．035 1 7呂2
星誤差的平均達(dá)到了±0．209 。如果將我們儀器在z=45 的觀測(cè)化到通常等高儀在Z=
30‘的觀測(cè)，此誤差僅相當(dāng)于±0．174 。與國(guó)內(nèi)幾個(gè)天文臺(tái)站幾架光電等高儀相比，這樣好
的觀測(cè)精度算是名到前茅的。
表2給出了觀測(cè)精度出現(xiàn)的頻次，括弧中的數(shù)據(jù)為化至30’天頂距上。由表列值同樣可
以看出它的精度是能夠令人相當(dāng)滿意的。從表上還可以看出，隨著觀溯時(shí)氣溫的下降，觀測(cè)
精度也隨之降低。
裹2 觀舅精度分布的頻次
一 一 一
頻孜 ( ) T P 也
(℃ ) (rob) ( )
140 ±0．132(0．120) —4 4 956．8 1．776
432 ±0．161(0．134) —2 4 955．5 1．773
845 ±0 191(0．159) —4．7 955．3 1．764
898 ±0．228(0．190) —7．9 955．8 1．790
448 ±0．274(O．2281 —12．3 956．1 1．812

從這些高精度的觀測(cè)資料中我們也得到了高精度的星表結(jié)果。從我們獲得的三個(gè)綱要
共841顆星的△a和△8改正來(lái)看，它們誤差的平均為： ： ±0．0021。，咄： ±0．029 。
這個(gè)結(jié)果可與現(xiàn)代子午環(huán)的觀測(cè)結(jié)果相比美 J。
圖1表示出第一部觀測(cè)綱要赤經(jīng)、赤緯的實(shí)測(cè)精度，其中曲線1表示赤經(jīng)( )、曲線2
表示赤緯(Ed)的精度。從圖1可見(jiàn)．二者的實(shí)測(cè)精度與文獻(xiàn)[8]中預(yù)期的精度曲線吻合得很
好，而且 處所表示的平均精度還有所提高(因?yàn)檫@個(gè)綱要的觀測(cè)時(shí)聞比預(yù)期的要長(zhǎng)的緣
故)。
圖1 赤經(jīng)和赤緯的實(shí)測(cè)精度
3 某些系統(tǒng)差的分析
對(duì)天體測(cè)量?jī)x器和其他測(cè)量?jī)x器一樣．希望儀器的系統(tǒng)差越少越好，越小越好；對(duì)已知
的系統(tǒng)差能進(jìn)行舍理的改正，改正得越徹底越好。為此，我們對(duì)儀器有可能存在的幾個(gè)方面
的系統(tǒng)差進(jìn)行了分析，其結(jié)果如表3、表4和表5所示。
表3 光譜型差的改正和殘余誤差
～ — —
Corr & CTR N R
(0 001 ) ( ) ( )
l 一l42．1 25．3(S5) 232 0．007 ±0．174
2 一兒3．5 32．t(A2) 417 —0．0O4 ±0．176
3 —31．4 43 4(F3) 283 0 007 ±0 179
4 73．5 54 5(G5) 274 —0．000 ±0 176
5 140．1 61．4(K1) 535 —0．O03 ±0．177
6 2l5．5 71．3(M1) 136 0．001 ±0．174

表4 殘差平均與星等的關(guān)系
— — ， ，一
N Vm Era
( ) ( )
l 3．1 84 0．I)02 ±0 172
2 4．1 204 —0．002 ±0．172
3 5．0 323 0．004 ±0 171
4 5．7 456 —0．001 ±0 174
5 6．4 367 0 003 ±0 174
6 7．1 236 —0 007 ±O．181
7 8．3 207 0．004 ±0 196
為了減小其他誤差對(duì)分析上述系統(tǒng)差
的影響，我們首先舍棄了殘差在±0．15 以
外的星，因此，實(shí)際使用的有效星次為
1877，占總星次的94％ 。表3表明了光譜
型差的改正和殘余誤差的情況。我們從以
前觀測(cè)殘差的分析中，使用了光譜型差的改
正，其值從BD的一0．180 到M 的0．242 。
從表3可見(jiàn)，改正后的殘余誤差的平均都在
±0 O1 之內(nèi)�？梢�(jiàn)對(duì)各種光譜型的改正還
是比較恰當(dāng)?shù)�。從�?可見(jiàn)，殘差平均與星
等之間并無(wú)明顯差異，可以說(shuō)工作星表不存
在這方面的系統(tǒng)差。但由表4最后一列可
見(jiàn)，在星等暗于gm時(shí)，其觀測(cè)精度有所下
降。表5給出殘差平均與方位角之問(wèn)的關(guān)
系。由各方位區(qū)間的殘差平均都在±0 02"
以內(nèi)來(lái)看，其并未超過(guò)各區(qū)間的觀測(cè)精度。
與以前使用FK4、FK5星表所得到的相應(yīng)
值來(lái)看[ t ，表5是不存在方位差的，這說(shuō)
明以前所發(fā)現(xiàn)的方位差是由FK 系列星表
誤差所引起。同時(shí)由表5還可以看出．近子
午線的星觀測(cè)精度高于近卯酉圈的星，這是
由于近子午線的星觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)于近卯酉圈
的星的緣故。
表5 殘差平均與方位角的關(guān)系
一 — — 一
A N Va Ea
( ) ( ) ( )
1 32．6 99 0．O02 ±0 167
2 51 6 109 0 004 ±0 184
3 67．0 ll4 0．009 ±0 188
4 79．3 96 0．0l8 ±0 185
5 89．7 101 0 007 ±0．183
6 100．1 79 0 007 ±0．184
7 112．5 ll1 0 00l ±0 180
8 127．0 H 5 —0 002 ±0 l74
9 146 8 119 —0．012 ±0 167
10 213．0 1l0 0．014 ±0 168
11 231．5 92 0 020 ± 0 177
12 245．0 120 0．004 ±0．179
13 258．7 101 —0．018 ±0．1船
14 270．3 108 —0 016 ±0．178
15 281．5 104 —0 017 ±0 176
16 293．7 99 —0．007 ±0 175
17 307．8 102 —0．0O8 ±0 167
18 327．3 98 0 003 ±0 159
4 問(wèn)題討論及小結(jié)
在過(guò)去，由于星表存在著比較大的系統(tǒng)誤差、區(qū)域性誤差和個(gè)別位置誤差，這些誤差又
難以和儀器誤差、觀測(cè)的環(huán)境誤差(主要是大氣所產(chǎn)生的)分離，所以觀測(cè)精度難以提高。近年來(lái)，由于有了高精度的依巴谷星表，使得更深入地研究?jī)x器的系統(tǒng)1晶差和地方(大氣)條件
的影響成為可能，這也使得觀測(cè)資料更精確可靠。
4．1 閉合差
通常在過(guò)去用經(jīng)典光學(xué)儀器做星位改正或星表工作時(shí)，往往使用連鎖法求組改正，然后
把各組獨(dú)立的觀測(cè)都?xì)w化至一個(gè)公共的平均組上。在其歸化過(guò)程中，遇到一個(gè)麻煩就是閉
合差不為零。過(guò)去在使用FK系列星表時(shí)，往往把它們歸結(jié)為星表的區(qū)域性誤差所引起，而
把它們平均(或加權(quán)平均)分配到各星組中間。其實(shí)，這種組閫差不單是由星表誤差所引起，
也和本地的大氣條件和儀器誤差有關(guān)。表6列出了光電等高儀I型在伊爾庫(kù)茨克觀測(cè)的第
一綱要的幾種閉合差值，每一種閉合差都對(duì)應(yīng)于一種不同的情況。從表6可見(jiàn)，對(duì)表中第一、
寰6 第一綱要的幾種閉合差K
綱要 K K ％ ％ 工作星表
D
(。) ( ) ( ) (。) ( ) ( )
No．1 0 0127 —0．o33 0 230 ±0．0038 土0．044 ±0．024 依巴谷 老公式
No．1 0．0136 —0．O37 0．130 ±0．0038 ±0．O45 土0．025 依巴谷 新公式
No．1 0．0131 —0．029 0．217 ±0．0041 土0．049 土0．027 FK5 老公式
三行，使用了相同的計(jì)算大氣折射的公式來(lái)計(jì)算 ，它們的閉合差不僅數(shù)值很相近，而且符
號(hào)也一致，但所用工作星表并不相同，使用了依巴谷星表后其閉合差的精度也有所提高。從
二者的閉合差相近，其精度也相差不大來(lái)看，說(shuō)明FK5星表的星位精度并不很壞，同時(shí)也說(shuō)
明使用等高儀這類復(fù)蓋大天區(qū)的儀器，星表的區(qū)域性誤差對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響衰減了很多。
從表6第二行還可以看出，在使用了不同的計(jì)算大氣折射改正 的公式后，其天頂距的閉差
K 也大大減小，這說(shuō)明某些閉合差和當(dāng)?shù)氐拇髿鈼l件及大氣折射公式的適用性有著密切的
關(guān)系，因?yàn)槲覀儍x器的測(cè)角基準(zhǔn)無(wú)論是短期穩(wěn)定性還是長(zhǎng)期穩(wěn)定性都是足夠好的。
表7給出了同在伊爾庫(kù)茨克觀測(cè)的三個(gè)綱要的閉合差，它們的工作星表都是依巴谷。也
都采用相同的計(jì)算 的老公式。從表7可見(jiàn)，它們的閉合差除了第一個(gè)綱要的I(v以外，其余
寰7 蘭個(gè)綱要的閉合差
K l ‰
綱要 工作星表 p_
(‘) ( ) ( ) (。) ( ) ( )
No．1 0 0127 —O．033 0．230 ±O．0038 ±0．O44 土0
．024 依巴各 老公式
No．2 0．0177 0．O64 O．326 ±0．OO44 土0．048 土0 028 依巴谷 老公式
No．3 0．023O 0．048 0 147 ±0．005O ±0 057 ±0． 031 依巴谷 老公式
符號(hào)都相同，只是數(shù)值并不很接近。它們的測(cè)定精度從上至下依次降低，這是由于每個(gè)綱要
的觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短不同，觀測(cè)次數(shù)不同所致，它們的觀測(cè)次數(shù)也從上至下依次減少。這些閉合差的產(chǎn)生可以認(rèn)為主要是本地大氣條件的反常變化對(duì)觀測(cè)所造成的誤差的累積�？梢哉J(rèn)為
通過(guò)長(zhǎng)時(shí)期觀測(cè)的平均，以及對(duì)當(dāng)?shù)卮髿庾兓�情況的研究和采用更合適的公式來(lái)計(jì)算 ，
這些閉合差應(yīng)該可以進(jìn)一步減小，如表6的第二行dz的閉合差幾乎減小了一半。為此我們
決定把三個(gè)綱要的資料都重新用新的大氣折射公式再計(jì)算一遍。
4．2 星等差
從第三節(jié)表4的殘差與星等關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析表明，工作星表不存在星等差。但從△n與
星等關(guān)系的分析，對(duì)亮于3．5等星，卻存在著明監(jiān)的負(fù)誤差_7】，即星等越亮， 改正越偏負(fù)。
這種情況可以用儀器的光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的彗差來(lái)解釋。
(b)
圈2 彗差對(duì)波形的影響
(a)東過(guò)星和西過(guò)星的波形； (b)兩星像在光柵中的相對(duì)位置
在用光子計(jì)數(shù)記錄兩個(gè)像(水銀像ng和直接像R)的渡形上，對(duì)亮星兩個(gè)像均顯示出
向同一方向偏斜，如圖2(a)所示。很顯然這是由于光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的如圖2(b)所示的彗差
所造成的。由于在等高觀測(cè)中，,ng像和R像在光柵中的運(yùn)動(dòng)方向恰好相反。而對(duì)東過(guò)星和
西過(guò)星兩個(gè)像又同時(shí)互為反方向運(yùn)動(dòng)，故產(chǎn)生了如圖2(a)所示的波形，而東、西過(guò)星波形向
不同的方向偏斜(圖中虛線為正常波形的位置，實(shí)線為偏斜了的位置)．且它們的能量分布范
圍比理想的星像直徑d要犬許多。在這樣的情況下，東過(guò)星的記錄時(shí)刻就會(huì)提前，而西過(guò)星
則會(huì)推后。這種記錄時(shí)刻的變化，反映在觀測(cè)殘差中就是東過(guò)星偏負(fù)，而西過(guò)星則偏正。因
而在表4的統(tǒng)計(jì)中(我們使用了所有的東、西過(guò)星)，東過(guò)星與西過(guò)星的殘差異常剛好相抵消(如果所有的亮星都是兩過(guò)的話)，所以，表4并未反映出儀器的這種系統(tǒng)差。但對(duì)改正
則不一樣了，由于它使用了(M 一M )項(xiàng)．此時(shí)對(duì)亮星兩者的殘差異常恰好反映了它們相加
的效果，從而使 的改正里，對(duì)亮星存在一個(gè)與星等有關(guān)的負(fù)誤差【7 J，且星等越亮誤差的
絕對(duì)值越大，這與恒星越亮其波形的偏斜越厲害是一致的。
當(dāng)然這種系統(tǒng)差也是易于克服的，可以用以下幾種辦法之一：(1)將角鏡重新磨平并拋
光；(2)在處理光子計(jì)數(shù)的資料時(shí)，將Hg(或R)資料序列頭尾顛倒過(guò)來(lái)；(3)對(duì)亮星的殘差分
別加改正；(4)對(duì)亮星的 加改正【7 J。這些辦法的任何一種都是有效的。
4．3 結(jié)論
經(jīng)典的光學(xué)測(cè)時(shí)、測(cè)緯儀器，如等高儀和光電等高儀等，在有了依巴谷星表之后，更易于
分析它們的觀測(cè)誤差和地方大氣所引起的誤差，因而它的測(cè)時(shí)、測(cè)緯精度還可望提高。因此
這些儀器在現(xiàn)代條件下仍然可對(duì)以下兩方面的工作做出有益的貢獻(xiàn)：(1)用它的高精度的時(shí)
間、緯度觀測(cè)來(lái)監(jiān)測(cè)地方鉛垂線的變化；(2)觀測(cè)某些亮于10 的星和射電星，改進(jìn)依巴谷星
表的白行系統(tǒng)，維持依巴谷星表系統(tǒng)及其與射電參考系的連接。