星点图像坐标的准确性与数字天顶仪的定位精度紧密相关。根据数字天顶仪成像原理, 严格推导出星点图像坐标表达式, 在此基础上推导了星点图像坐标在4个误差因素及综合误差下的误差方程, 分析结果表明各误差之间相互独立。通过仿真4个误差因素及综合误差情况下的星图数据进行分析, 仿真结果表明: 焦距误差与转位误差对各星点图像坐标的影响各不相同, 焦距引起的坐标变化值?驻x和?驻y相对其平均值的最大波动值分别为2.38、3.04 pixel; 转位误差引起的坐标变化值?驻x和?驻y相对其平均值的最大波动值为1.06、1.41 pixel; 光轴倾斜误差与主点偏移引起的星点图像坐标变化是整体性偏移。另外, 提出了一种误差参数求解的方法, 利用解算出来的误差参数对星点图像坐标进行补差, 数字天顶仪的定位经度精度提高了约1.98 m, 纬度精度提高了约1.65 m。

针对数字天顶仪在精确调平状态下进行天文定位时存在耗费时间长, 定位速度慢的缺点, 从数字天顶仪的定位原理出发, 采用方向余弦矩阵转换原理建立了倾斜角的修正模型, 分析和推导了经过倾斜角修正之后的定位方法, 改进了倾斜状态下数字天顶仪的切平面和球面三角形两种定位算法。实现定位时设备不经精调平, 加快定位速度的目的。通过实验比较了在倾斜状态下经过改进后两种类型定位算法的定位精度。实验表明: 球面三角形法的定位精度相对较高, 经纬度计算精度能够达到0.5″以内。

为了获得高精度的时间信息, 常采用GPS等授时系统进行授时, 但在野外等复杂环境下往往接收不到GPS等授时信息。数字天顶仪是一种高精度的天文定位仪器, 采用数字天顶仪进行时间标定的研究相对较少。考虑到数字天顶仪的定位结果受恒星视位置和时间的影响, 首先分别研究了时间误差及星表精度对恒星视位置的影响, 然后分析了恒星视位置对数字天顶仪定位精度的影响。基于数字天顶仪的定位原理提出了一种时间标定的新方法, 并得出时间标定的精度在0.025 s。实验数据的分析结果表明该时间标定的方法是可行的。