【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天文观测设备领域，特别是关于地平式望远镜指向模型的优化和校正方法。该方法应用于天文望远镜、指向定位转台及相关领域，用于提升地平式望远镜的指向精度。
技术介绍
1、随着科学技术的进步，天文观测技术得到了飞速发展。现代天文望远镜的观测能力不断提升，对观测数据的精度要求也越来越高。为了满足高精度观测的需求，必须对望远镜的指向精度进行严格的控制和修正。地平式望远镜因其构造相对简单、操作方便，成为天文观测的主要设备。其指向精度是衡量望远镜对目标观测位置精度的关键指标。目前，已有利用基本参数模型和球谐函数模型分别修正指向误差的方法。这两种指向模型的修正效果各有千秋。基本参数模型的修正能力有限，难以全面考虑所有影响因素，只能拟合望远镜产生的具有明确物理意义的误差项。相比之下，球谐函数模型在处理高阶误差项方面表现出色，它可以精确地拟合复杂误差。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，包括如下步骤：
4、步骤1：使用基本参数模型的基本参数项与球谐函数模型的球谐项组成误差修正模型；
5、步骤2：利用多项式回归和机器学习方法制作多项式回归模型；
6、步骤3：使用由误差修正模型和多项式回归模型组成的综合指向模型，对望远镜指向偏差进行校正。
7、进一步的，步骤1
8、所述数据获取与预处理步骤包括：按照预定的方位角间隔和俯仰角间隔给望远镜输入指向指令，此时望远镜的方位角和俯仰角作为实际值进行保存；拍摄多组恒星图，通过与标准星图对比，获得多组恒星图像中心对应的赤经和赤纬；根据恒星图像中的记录数据，将赤经和赤纬转换为地平坐标系中的方位角和俯仰角，即方位角和俯仰角的理论值；计算实际值与理论值之间的偏差；
9、所述误差分析和筛选步骤包括：分析数据获取与预处理步骤得到的偏差数据，筛选出超过设定阈值的误差点。
10、进一步的，步骤1中，所述基本参数模型基于物理因素建立，模型稳定且每个参数都有明确的物理意义；采用球谐函数模型处理高阶误差项；组合而成的误差修正模型用于实时观测数据动态调整参数，适应不同的观测条件和设备状态。
11、进一步的，步骤1中，方位角指向误差δa和俯仰角指向误差δh分别表达为：
12、
13、δh＝ie-an·cosa+aw·sina-tx·tan(90°-z)
14、 +e0+e1·sina+e2·cosa+e3·sinh+e4·cosh
15、 +e5·cosa·sinh+e6·cosa·sin2 h+e7·cos3 a
16、其中，a、h、z分别表示望远镜实际的方位角、俯仰角、天顶距，ia,ie,npae,ca,an,aw,tx是基本参数项的系数，ia是方位角的零点误差，ie是俯仰角的零点误差，npae表示方位轴与俯仰轴的不正交性，ca表示镜筒轴与俯仰轴的不正交性，an表示方位轴南北向倾斜，aw表示方位轴东西向倾斜，tx表示镜筒弯沉；q0,q1,...,q12为方位角球谐项的系数，e0,e1,...,e7为俯仰角球谐函数的系数；当依据实际误差拟合出系数后，对于每一组观测值，望远镜控制系统依据此模型计算出可能存在的误差从而自动校正。
17、进一步的，步骤1确定了误差修正模型的形式之后，求解每项的系数，使用实际的误差与实际方位角和俯仰角，通过最小二乘法进行拟合得到每项的系数，进而得到误差修正模型，通过调整误差修正模型的系数，使得模型预测值与实际值之间的差异的平方和最小。
18、进一步的，步骤2中，采用自动判断阶数的多项式回归模型对剩余余差进行拟合，每次拟合之后计算均方误差rmse和r2，将两者作为得分进行判断，保存得分最高的模型，并根据此模型计算出理论的余差。
19、进一步的，自动判断阶数的具体步骤如下：
20、步骤2-1：导入必要的库：(1)导入numpy库用于数值计算；(2)从sklearn库中导入polynomialfeatures、standardscaler、linearregression、train_test_split、mean_squared_error和r2_score用于多项式回归、数据标准化、线性回归、数据分割、均方误差计算和r2计算；(3)导入joblib库用于保存和加载模型；
21、步骤2-2：数据预处理和分割：(1)创建一个函数polynomial_regression，此函数接受由实际的方位角sj_az和对应的实际俯仰角sj_alt组成的特征矩阵x、误差修正模型拟合后仍然存在的余差residual_error_alt作为目标变量y，设定最大多项式次数max_degree；(2)使用standardscaler对训练集和测试集进行标准化处理，将数据缩放到相同范围；(3)使用train_test_split函数将数据集分割为训练集和测试集；
22、步骤2-3：多项式回归模型训练与优化：(1)初始化最佳得分、最佳次数、最佳模型、最佳r2分数和最佳多项式特征转换实例；(2)使用joblib保存最佳的多项式回归模型、标准化器和多项式特征到本地文件，便于之后的加载和使用；
23、步骤2-4：调用模型预测余差：(1)使用joblib加载保存的模型、标准化器和多项式特征转换实例；(2)对新数据进行标准化处理，并进行多项式特征转换；(3)使用加载的模型进行预测，并返回预测结果。
24、进一步的，步骤2-3中，对于从1到max_degree之间的每个多项式次数degree，依次执行以下操作：
25、步骤2-3-1：使用polynomialfeatures进行多项式特征转换；
26、步骤2-3-2：使用linearregression进行线性回归拟合；
27、步骤2-3-3：计算测试集上的均方误差和r2分数；
28、步骤2-3-4：如果当前均方误差小于最佳得分，则更新最佳得分、最佳次数、最佳模型、最佳r2分数，以及对应的多项式特征。
29、进一步的，步骤3之后还包括整体评估与校正步骤，通过计算拟合结果与实际误差之间的残差，绘制实际误差与拟合结果的对比图，直观展示指向模型的拟合效果；通过评估拟合优度，综合判断模型的准确性和可靠性。
30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
31、本专利技术提供了一种优化方法。首先使用基本参数项与球谐项组成误差修正模型然后利用多项式回归和机器学习技术制作多项式回归模型最后使用由误差修正模型和多项式回归模型组成的综合指向模型，对望远镜指向偏差进行校正经检验，利用本专利技术的方法可使得地平式望远镜观测精度显著提高，满足高精本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1之前还包括数据获取与预处理步骤以及误差分析和筛选步骤；
3.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1中，所述基本参数模型基于物理因素建立，模型稳定且每个参数都有明确的物理意义；采用球谐函数模型处理高阶误差项；组合而成的误差修正模型用于实时观测数据动态调整参数，适应不同的观测条件和设备状态。
4.根据权利要求1或3所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1中，方位角指向误差ΔA和俯仰角指向误差ΔH分别表达为：
5.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1确定了误差修正模型的形式之后，求解每项的系数，使用实际的误差与实际方位角和俯仰角，通过最小二乘法进行拟合得到每项的系数，进而得到误差修正模型，通过调整误差修正模型的系数，使得模型预测值与实际值之间的差异的平方和最小。
6.根据
7.根据权利要求6所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，自动判断阶数的具体步骤如下：
8.根据权利要求7所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤2-3中，对于从1到max_degree之间的每个多项式次数degree，依次执行以下操作：
9.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤3之后还包括整体评估与校正步骤，通过计算拟合结果与实际误差之间的残差，绘制实际误差与拟合结果的对比图，直观展示指向模型的拟合效果；通过评估拟合优度，综合判断模型的准确性和可靠性。
...【技术特征摘要】
1.地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1之前还包括数据获取与预处理步骤以及误差分析和筛选步骤；
3.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1中，所述基本参数模型基于物理因素建立，模型稳定且每个参数都有明确的物理意义；采用球谐函数模型处理高阶误差项；组合而成的误差修正模型用于实时观测数据动态调整参数，适应不同的观测条件和设备状态。
4.根据权利要求1或3所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1中，方位角指向误差δa和俯仰角指向误差δh分别表达为：
5.根据权利要求1所述的地平式望远镜综合指向模型制作与优化方法，其特征在于，步骤1确定了误差修正模型的形式之后，求解每项的系数，使用实际的误差与实际方位角和俯仰角，通过最小二乘法进行拟合得到每项的系数，进而得到误差修正模型，通过调整误...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐进，孔辉，杨世海，叶宇，李运，乐中宇，
申请(专利权)人：中国科学院南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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