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基于梯度下降法和星图的全天空极光成像仪几何定标及验证OA

Geometric calibration of all-sky auroral imager based on gradient descent method and the star maps

中文摘要英文摘要

全天空成像仪是一种重要的地基极光观测设备,精确的"物-像"光学几何对应关系是获取极光结构尺度、实现全天空成像仪与卫星联合观测的基础.本文提出一种基于梯度下降法和星图的全天空成像仪几何定标方法,该方法通过确定星图中各星点在全天空图像中的坐标,并利用梯度下降法确定天顶在全天空图像中的像素点位置、地理方位以及视野范围内成像半径和天顶角的关系.在两个不同时刻的全天空图像中分别标出了 26颗和 22颗星点,结合对应的星空图对定标结果进行了验证.验证结果显示,恒星方位角误差绝对值平均分别为 0.154 7°和 0.206 2°,天顶角误差绝对值平均分别为 0.107 6°和0.113 3°,这表明本文提出的定标方法是准确而有效的.

The all-sky imager is an important ground-based auroral observation equipment.Accurate optical geometric correspondence between"object-image"is the foundation for obtaining the structural scale of auroras and achieving joint observations between the all-sky imager and satellites.This paper proposes a geometric calibra-tion method for all-sky imagers based on gradient descent and star maps.This method determines the coordinates of each star point in the star map within the all-sky image,and uses gradient descent to determine the pixel position of the zenith in the all-sky image,as well as the relationship between the imaging radius and zenith angle within the field of view.26 and 22 star points were marked in all-sky images taken at two different times,respectively,and the calibration results were verified by comparing them with the corresponding star maps.The verification results showed that the absolute values of the stellar azimuth angle errors were 0.154 7° and 0.206 2° on average,and the absolute values of the zenith angle errors were 0.107 6° and 0.113 3° on average,respectively.This indicates that the calibration method proposed in this paper is accurate and effective.

胡泽骏;李国君;韩冰;黄德宏;李斌

中国极地研究中心(中国极地研究所)极区空间物理与天文研究所,上海 200136||中国极地研究中心(中国极地研究所)北极黄河地球系统国家野外科学观测研究站,上海 200136||中国极地研究中心(中国极地研究所)南极中山雪冰和空间特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站,上海 200136中国极地研究中心(中国极地研究所)极区空间物理与天文研究所,上海 200136||西安电子科技大学 电子工程学院,西安 710071西安电子科技大学 电子工程学院,西安 710071中国极地研究中心(中国极地研究所)极区空间物理与天文研究所,上海 200136||中国极地研究中心(中国极地研究所)南极中山雪冰和空间特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站,上海 200136中国极地研究中心(中国极地研究所)极区空间物理与天文研究所,上海 200136||中国极地研究中心(中国极地研究所)北极黄河地球系统国家野外科学观测研究站,上海 200136

天文与地球科学

极光成像仪星图几何定标

auroral imagerstar mapgeometric calibration

《地球与行星物理论评(中英文)》 2027 (1)

120-128,9

10.19975/j.dqyxx.2025-054

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