天頂

天球是研究天體的位置和運動，而引進的一個假想圓球。根據所選取的天球中心不同，有日心天球、地心天球等，各個天體同地球上的觀測者的距離都不相同。相比天體和觀察者間的距離，觀測者隨地球相對於上文中幾乎做慣性運動的天體移動的距離是小量，所以看上去天體似乎都離我們一樣遠，彷彿散布在以觀測者為中心的一個圓球的球面上。實際上我們看到的是天體在這個巨大的圓球的球面上的投影位置，這個圓球就稱為天球。

觀測者所能直接辨別的只是天體的方向。在球面上處理點和弧段的關係，比在空間處理視線方向間的角度要簡便得多，在天文學的一些應用中，都用天體投影在天球上的點和點之間的大圓弧段來表示它們之間的位置關係。天球的半徑是任意選定的，可以當作數學上的無窮大。為了定量地表示和研究天體投影在天球上的位置和運動，需要在天球上建立參考坐標系，並主要應用球面三角學計算點位的關係。它假定各天體在天球表面上的投影就是天體在宇宙空間中的位置。

將觀察點的鉛垂線無限延伸后與天球交於兩點，向上於天球的交點稱為天頂，而正相對向下延伸與天球的交點，成為天底。

天頂，位於觀察者正上方處的天球點，天頂對應天球上的坐標與觀察者所在的位置，與時間有關，天頂與天底(nadir)正好相反。

天頂點是測量坐標系中的一個特殊點，正對觀測者頭頂的正上方。天頂區域作為整個天空區域的中心，是太陽子午線和太陽子午線過天頂的垂線的交點，因此對天頂區域大氣偏振特性的研究是分析全天區域大氣偏振模式分佈規律的前提和重點。

由於天頂點徠的方位是正對天空的正上方，基本不需要調整測量方位角和測量高度角，因此經常作為研究和測量天空散射光偏振特性的參考點。通過許多研究者的實驗驗證了：當太陽接近地平線時，近天頂點處的散射光有最大偏振度出現；隨著太陽高度角的增加，天頂點處散射光的偏振度逐漸減小；當太陽接近或到達天頂點時，偏振度達到極小值。

偏振成像檢測系統選取以天頂為中心的天空區域作為檢測區域，主要基於以下幾點因素：

（1）以天頂為中心可以方便獲取檢測結果中的空間位置信息，且便於檢測系統對準其方位，對檢測系統進行水平測試，驗證系統的有效性，能夠達到很高的精度；

（2）天頂區域的偏振特性受整個大氣層的影響，而且受環境光以及周圍建築地表的影響均較小，可以減少非大氣散射光線對檢測結果的影響;

（3）太陽高度角的變化直接導致天頂與太陽之間角度距離的變化。因此通過天頂區域大氣偏振模式的變化來分析其整體變化規律，能夠簡化實驗方案，並減小誤差以及偶然因素的影響。

光學系統是測量載體的重要組成部分，對光學系統內外參數進行標定是保證載體高精度測量的必要前提。王安國等提供的方法很好地解決了光學系統本身的標定問題，但在光學系統實際應用過程中，即使光學系統本身具備再高的精度，如果其在安裝載體過程中存在誤差，也不能高精度地反映載體所需信息，對於載體應用而言也是毫無價值的。把光學系統與載體相固聯的平面稱為光學系統基準面，光學系統與載體通過基準面相統一，所以需要標定光學系統像平面到基準面的轉換關係。

針對光學系統在實際應用中與載體坐標系協調的問題，張磊等將光學系統基準面放置於站心地平坐標系水平面上並攝取星圖，對星圖處理獲取星像坐標，應用天體自動辮識技術和恆星視位置計算技術得到對應天體的赤道坐標，以天頂點為原點建立天球切平面基準坐標系，把星體赤道坐標轉化為所對應的基準坐標，利用天頂點切平面與站心地平坐標系的對應關係，將天體基準坐標轉換為站心像平面坐標，建立星體站心像平面坐標與星圖像平面坐標的標定方程，解算光學系統綜合標定參數。實驗結果表明：標定精度達到角秒量級，實現光學系統像平面坐標繫到載體坐標系的高精度轉換。