遠程高精度測量設備性能評價方法研究*

于東俊，朱子暄，宋本寧，鄧申雄

(1.中國科學院國家天文臺，北京 100101；2.北京師范大學附屬實驗中學，北京 100032)

500 m口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, FAST)是目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡，擁有最高的測量靈敏度，對于距離較為遙遠的暗弱脈沖星、暗物質、暗能量的發現等具有重要意義，而要達到這樣的靈敏度需要饋源和反射面高精度的測控技術。高質量的天文觀測數據依賴于望遠鏡的高精度運行[1]。匯聚信號的500 m反射面是實時變形的，運載信號接收系統的饋源支撐也實時跟蹤運動，因此，高精度實時測量系統是實現望遠鏡高精度運行的關鍵。500 m口徑球面射電望遠鏡最高觀測頻率設計為3 GHz，反射面節點調整的定位精度要求達到均方根5 mm，分配給測量精度為均方根2 mm；饋源艙的實時定位測量精度要求達到均方根3 mm；千米量級達到毫米級精度只有具有 “測量機器人” 美譽的高端全站儀可以實現[2]，因此，500 m口徑球面射電望遠鏡主要的實時測量任務都由全站儀完成[3]。

全站儀是兼有電子測角、電子測距、數據計算和傳輸功能的自動化、數字化三維坐標測量與定位系統[4]。它由測角精度很高的水平、垂直度盤和測距儀構成。全站儀測距的基本原理是利用電磁波在空氣中的傳播速度已知這一特性，測定電磁波在全站儀與靶標間往返傳播的時間來求得距離值。在室外大尺度環境下，當大氣密度不均勻時，就像看水中的物體一樣，除了傳播速度變化，還造成傳播方向的誤判，測角測距都受影響，因此，大氣折射的影響是全站儀誤差的主要來源。……