一种恒星自行修正方法
阅读：193发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种恒星自行修正方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 恒星 自行修正方法。该方法包括：根据星表中的恒星参数计算得到惯性直 角 坐标系 下的星表历元时刻t0时的 位置 向量P0和速度向量V；根据星表历元时刻t0与观测时刻t对应的儒略日的差值Δt，以及所述星表历元时刻t0时的位置向量P0和速度向量V，计算得到观测时刻t时的位置向量Pt；将惯性直角坐标系下的位置向量Pt转换为球面坐标系下的赤经值αt和赤纬值δt。通过使用本发明所提供的恒星自行修正方法，可以提高恒星自行修正的 精度 ，满足高精度的空间测量与天文学研究应用需求。，下面是一种恒星自行修正方法专利的具体信息内容。
1.一种自恒星自行修正方法，其特征在于，该方法包括：
根据星表中的恒星参数计算得到惯性直角坐标系下的星表历元时刻t0时的位置向量P0和速度向量V；
根据星表历元时刻t0与观测时刻t对应的儒略日的差值Δt，以及所述星表历元时刻t0时的位置向量P0和速度向量V，计算得到观测时刻t时的位置向量Pt；
将惯性直角坐标系下的位置向量Pt转换为球面坐标系下的赤经值αt和赤纬值δt。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒星参数包括：
恒星赤经α、赤纬δ、赤经自行pmr、赤纬自行pmd、视差px和视向速度Vr。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述星表历元时刻t0时的位置向量和速度向量通过如下所述的公式计算得到：
其中，P0为恒星在惯性直角坐标系中的星表历元时刻t0的位置向量；V为恒星在惯性直角坐标系中的速度向量，且所述V为一定值；所述的r为恒星到惯性直角坐标系的原点的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置向量Pt通过如下所述的公式计算得到：
Pt＝P0+V*Δt (4)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述赤经αt和赤纬δt通过如下所述的公式计算得到：
αt＝atan2(y，x)， (5)
其中，x、y、z为位置向量Pt中的各个分量；atan2(y,x)为二元正切函数，表示从坐标原点指向(x,y)的向量与x轴正方向之间的角度，其函数值域为(-π，π]。
一种恒星自行修正方法
技术领域
[0001] 本发明涉及天文学的空间测量技术，特别涉及一种恒星自行修正方法。
背景技术
[0002] 自行是恒星相对于太阳系质心，随着时间变化的推移而显示出的角位置上的改变，这种改变是由于恒星相对于太阳的真实运动，和太阳系在宇宙空间的运动造成的。天文星表中的恒星位置是指某历元时刻的位置，而自行的存在导致不同时刻的恒星位置处于不断变化之中。对于高精度的空间测量与天文学研究应用，必须进行自行修正，将恒星位置从星表历元时刻修正到观测时刻。
[0003] 自行可以表示为每年在天球上赤经与赤纬上改变的角度，即赤经自行与赤纬自行。星表中一般都提供了长期观测获得的赤经自行与赤纬自行值。现有技术中常用的恒星自行修正方法，通常是利用自行值与原始位置在球面坐标系中进行简单的角度加减运算。但是，在上述的恒星自行修正方法中并未考虑视差与视向速度的影响，以及球面计算方法下角速度的不恒定，因此而得出的修正结果会产生一定的误差，另外还需进行复杂的越界处理。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种恒星自行修正方法，提高恒星自行修正的精度，满足高精度的空间测量与天文学研究应用需求。
[0005] 本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0006] 一种自恒星自行修正方法，该方法包括：
[0007] 根据星表中的恒星参数计算得到惯性直角坐标系下的星表历元时刻t0时的位置向量P0和速度向量V；
[0008] 根据星表历元时刻t0与观测时刻t对应的儒略日的差值Δt，以及所述星表历元时刻t0时的位置向量P0和速度向量V，计算得到观测时刻t时的位置向量Pt；
[0009] 将惯性直角坐标系下的位置向量Pt转换为球面坐标系下的赤经值αt和赤纬值δt。
[0010] 较佳的，所述恒星参数包括：
[0011] 恒星赤经α、赤纬δ、赤经自行pmr、赤纬自行pmd、视差px和视向速度Vr。
[0012] 较佳的，所述星表历元时刻t0时的位置向量和速度向量通过如下所述的公式计算得到：
[0013]
[0014]
[0015] 其中，P0为恒星在惯性直角坐标系中的星表历元时刻t0的位置向量；V为恒星在惯性直角坐标系中的速度向量，且所述V为一定值；所述的r为恒星到惯性直角坐标系的原点的距离。
[0016] 较佳的，所述位置向量Pt通过如下所述的公式计算得到：
[0017] Pt＝P0+V*Δt。
[0018] 较佳的，所述赤经αt和赤纬δt通过如下所述的公式计算得到：
[0019] t＝atan2(y，x)，
[0020]
[0021] 其中，x、y、z为位置向量Pt中的各个分量；atan2(y,x)为二元正切函数，表示从坐标原点指向(x,y)的向量与x轴正方向之间的角度，其函数值域为(-π，π]。
[0022] 如上可见，由于在本发明中的恒星自行修正方法中，是从惯性直角坐标系下线速度的不变性出发的，而且同时还考虑了视差与视向速度的影响，因此使得通过计算得到的自行修正结果与现有技术中以角速度为不变量的常用修正方法相比具有更优的精度，从而有效地提高了恒星自行修正的精度，满足了高精度的空间测量与天文学研究应用需求，适用于毫秒级(mas)或者更高精度的应用需求。而且，即使是在恒星自行通过天极或0度经线等特殊情况下也依然适用，而无需进行球面坐标系下的越界判断。附图说明
[0023] 图1为本发明实施例中的恒星自行修正方法的流程示意图。
具体实施方式
[0024] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0025] 本实施例提供了一种恒星自行修正方法。
[0026] 图1为本发明实施例中的恒星自行修正方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的恒星自行修正方法主要包括如下所述的步骤：
[0027] 步骤11，根据星表中的恒星参数计算得到惯性直角坐标系下的星表历元时刻t0时的位置向量P0和速度向量V。
[0028] 在本发明的技术方案中，恒星的自行μ可以分解为赤经α与赤纬δ方向上的分量，例如，如下式所示：
[0029] μ2＝μδ2+μα2·cos2δ (1)
[0030] 其中，由于球体表面至轴的半径实际上是随cosδ而变的，因此，平行于赤道的速度量变化越往北的位置越小，所以，μα需乘上cosδ才能成为自行在平行于赤道方向上的分量，即μαcosδ为“赤经自行”，可以用pmr来表示。μδ为赤纬自行，可以用pmd来表示。另外，自行通常以角秒/年(mas/yr)为单位，即角速度。
[0031] 在现有技术中的常用自行修正方法中，通常认为该自行为定值。然而，由于上述的角速度(即自行)受纬度变化的影响较大，因此，如果现有技术中的常用自行修正方法，那么对于时间较长导致自行较大的修正计算将会产生一定的误差。
[0032] 因此，在本发明的技术方案中，将利用星表中的恒星参数来计算得到惯性直角坐标系下的星表历元时刻t0时的位置向量与速度向量。
[0033] 在本发明的技术方案中，上述步骤11可以通过多种方式来实现。以下将以其中的一种较佳实施方式为例，对本发明的技术方案进行介绍。
[0034] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述恒星参数可以包括：恒星赤经α、赤纬δ、赤经自行pmr、赤纬自行pmd、视差px和视向速度Vr等参数。
[0035] 再例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述星表历元时刻t0时的位置向量和速度向量可通过如下所述的公式计算得到：
[0036]
[0037]
[0038] 其中，P0为恒星在惯性直角坐标系中的星表历元时刻t0的位置向量。V为恒星在惯性直角坐标系中的速度向量。根据线速度不变假设，所述V为一定值，不随时间变化而变化。另外，所述的r为恒星到惯性直角坐标系的原点的距离，可以通过视差px求得。
[0039] 此外，在使用上述公式计算位置向量和速度向量时，需要注意在公式中保持角度与长度单位的一致性，并将原始星表中的各参数单位转换为统一单位。
[0040] 步骤12，根据星表历元时刻t0与观测时刻t对应的儒略日的差值Δt，以及所述星表历元时刻t0时的位置向量和速度向量，计算得到观测时刻t时的位置向量Pt。
[0041] 在本发明的技术方案中，上述步骤12可以通过多种方式来实现。以下将以其中的一种较佳实施方式为例，对本发明的技术方案进行介绍。
[0042] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述位置向量Pt可通过如下所述的公式计算得到：
[0043] Pt＝P0+V*Δt (4)
[0044] 另外，在使用上述公式计算位置向量Pt时，需要注意日期单位的一致性。例如，儒略日的单位为天(day)，而速度向量中的时间单位可能为年(year)，因此，此时的Δt需要除以365.25以保持单位的一致性。
[0045] 步骤13，将惯性直角坐标系下的位置向量Pt转换为球面坐标系下的赤经值αt和赤纬值δt。
[0046] 在本发明的技术方案中，上述步骤13可以通过多种方式来实现。以下将以其中的一种较佳实施方式为例，对本发明的技术方案进行介绍。
[0047] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述赤经αt和赤纬δt可以通过如下所述的公式计算得到：
[0048] αt＝atan2(y，x) (5)
[0049]
[0050] 其中，x、y、z为位置向量Pt中的各个分量。atan2(y,x)为二元正切函数，表示从坐标原点指向(x,y)的向量与x轴正方向之间的角度，其函数值域为(-π，π]。
[0051] 因此，通过计算得到的赤经αt还进一步需要通过对负数结果加2π的办法转换到[0,2π)范围，即：
[0052] 如果αt＜0，αt＝αt+2π
[0053] 此时，通过计算得到的αt和δt即为经过自行修正后的观测时刻的赤经值和赤纬值。
[0054] 由上可知，通过上述的步骤11～13，即可得到经过自行修正后的观测时刻的赤经值和赤纬值。
[0055] 以下，还将通过一个具体的实施例，对本发明的技术方案进行进一步的介绍。
[0056] 例如，以亮星中自行最为显著的天鹅座61A(HIP104214)为例，使用本发明中所提供的恒星自行修正方法进行自行修正计算。
[0057] 1、从星表中获得恒星的各参数，并根据获得的恒星参数计算惯性直角坐标系下的星表历元时刻t0时的位置向量和速度向量。
[0058] 例如：在J2000坐标系下，历元J2000.0时，赤经α＝316.72191180°，赤纬δ＝38.74941540°，赤经自行μαcosδ＝4155.10mas/yr，赤纬自行μδ＝3258.90mas/yr，视差px＝287.13mas，视向速度Vr＝-63.9km/s；根据上述恒星参数计算自行修正后J2020.0时的赤经、赤纬。
[0059] 首先，可以根据视差px求得坐标系原点至恒星的距离r：
[0060] r＝1000*206264.806247/px＝718367.311835AU
[0061] 然后，可将各个参数转换为统一单位，角度单位统一为rad，距离单位统一为AU，时间单位统一为day：
[0062] α＝5.52784017rad
[0063] δ＝0.67630488rad
[0064] pmr＝5.51526167e-008rad/day
[0065] pmd＝4.32569282e-008rad/day
[0066] Vr＝-0.03690533AU/day
[0067] 接着，即可根据上述的公式(2)、(3)式计算得到J2000.0时刻的位置向量P0和速度向量V：
[0068]
[0069]
[0070] 2、计算J2020.0时刻与J2000.0时刻相差的儒略日天数Δt：
[0071] Δt＝7305day
[0072] 然后，根据上述的公式(4)可计算得到J2020.0时刻的位置向量Pt：
[0073]
[0074] 3、根据上述的公式(5)、(6)即可计算得到J2020.0时刻的值αt和赤纬值δt(单位转换为度)：
[0075] αt＝316.74501021°
[0076] δt＝38.76752492°
[0077] 上述αt、δt即为经过自行修正后的J2020.0时刻恒星的赤经值和赤纬值。
[0078] 然而，如果使用现有技术中的常用方法计算得到的结果为αt＝316.74499569°，δt＝38.76752040°，该结果与使用本发明的恒星自行修正方法计算得到的赤经值和赤纬值的结果分别相差52.272mas、16.272mas。天鹅座61A是目视可见亮星中自行最大的恒星，对于一般自行大小的恒星，差距会大大缩小；天鹅座61A位于天球上中纬度区域，因此对于赤纬靠近天极点的恒星，差距会拉大；而对于靠近天赤道的恒星，则差距会缩小。
[0079] 综上可知，由于在本发明中的恒星自行修正方法中，是从惯性直角坐标系下线速度的不变性出发的，而且同时还考虑了视差与视向速度的影响，因此使得通过计算得到的自行修正结果与现有技术中以角速度为不变量的常用修正方法相比具有更优的精度，从而有效地提高了恒星自行修正的精度，满足了高精度的空间测量与天文学研究应用需求，适用于毫秒级(mas)或者更高精度的应用需求。而且，即使是在恒星自行通过天极或0度经线等特殊情况下也依然适用，而无需进行球面坐标系下的越界判断。
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