專(zhuān)利名稱：天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種全新的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法。本方法用于觀測(cè)設(shè)備配備CCD的光學(xué)成像分系統(tǒng)，該指向測(cè)定方法能夠?qū)崟r(shí)采集CCD圖像、CCD圖像所對(duì)應(yīng)的觀測(cè)時(shí)刻和指向。并根據(jù)采集的望遠(yuǎn)鏡CXD圖像、CXD圖像所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻及觀測(cè)設(shè)備的初始指向，對(duì)CCD圖像上的星象進(jìn)行檢測(cè)，從而對(duì)設(shè)備的指向進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的方法。該方法是一種的非常好的實(shí)時(shí)指向測(cè)定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在科研、工程等許多領(lǐng)域，有許多觀測(cè)設(shè)備。由于這些觀測(cè)設(shè)備在制造、裝調(diào)及安裝等過(guò)程中存在一系列的誤差，所以在使用之前必須進(jìn)行指向誤差修正，這樣才能給出觀測(cè)目標(biāo)在觀測(cè)時(shí)刻時(shí)較為準(zhǔn)確的測(cè)角值。為了提高天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)空間碎片的測(cè)角精度，通常的手段是在分析望遠(yuǎn)鏡誤差源的基礎(chǔ)上，給出望遠(yuǎn)鏡誤差修正模型，通過(guò)觀測(cè)幾十顆恒星，根據(jù)恒星的理論值和實(shí)測(cè)值， 計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡誤差修正模型的系數(shù)，從而對(duì)望遠(yuǎn)鏡的指向誤差進(jìn)行修正。這種方法對(duì)望遠(yuǎn)鏡的指向有一定的要求修正前的指向誤差不能太大(優(yōu)于2角分)。否則給觀測(cè)者帶來(lái)很大的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)測(cè)定精確指向的系統(tǒng)，他能夠根據(jù)采集的CCD圖像，以及圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和指向，實(shí)時(shí)計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡的指向誤差，修正后的望遠(yuǎn)鏡指向精度優(yōu)于CXD圖像像元分辨率的一半。完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是一種天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，控制天文望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照以下步驟工作
(1).觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集； ⑵.圖像采集；
(3).理論星圖的生成；
(4).圖像的全幀掃描；
(5).理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配分；
(6).望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定；
(7).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述輸入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)給出了望遠(yuǎn)鏡的精確指向，指導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行空間碎片的觀測(cè)和跟蹤。優(yōu)化方案中可以增加一個(gè)步驟
(8).計(jì)算結(jié)果并可以通過(guò)顯示系統(tǒng)顯示出來(lái)，以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)中。采用上述步驟，最后得到了望遠(yuǎn)鏡的精確指向，從而修正空間碎片的測(cè)角值，提高空間碎片的測(cè)角精度。更優(yōu)化和更具體描述以上各步驟如下(1).觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集
觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收GPS時(shí)間信號(hào)，實(shí)時(shí)采集望遠(yuǎn)鏡指向數(shù)據(jù)， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD的曝光開(kāi)始信號(hào)和結(jié)束信號(hào)，鎖存CCD曝光開(kāi)始和結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間信息，包括年月日時(shí)分秒毫秒，準(zhǔn)確到0. 1毫秒，鎖存CCD曝光開(kāi)始和結(jié)束時(shí)刻的指向信息，準(zhǔn)確到 0. 0001 度。(2).圖像采集
圖像采集分系統(tǒng)進(jìn)行幀轉(zhuǎn)移CCD圖像的實(shí)時(shí)采集。它的工作流程是控制幀轉(zhuǎn)移CCD， 按照給定的曝光時(shí)間，根據(jù)幀轉(zhuǎn)移CCD的圖像讀出頻率得到的采樣頻率(比如5Hz)采集 CCD圖像，將采集的空間碎片及背景恒星的幀轉(zhuǎn)移CCD圖像傳輸?shù)烙?jì)算機(jī)內(nèi)存指定的緩沖區(qū)中。⑶.理論星圖的生成
理論星圖的生成分系統(tǒng)根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的指向、觀測(cè)時(shí)刻、望遠(yuǎn)鏡的相關(guān)信息、理論星圖的約束條件，生成理論星圖的匹配庫(kù)，供理論星圖和實(shí)測(cè)星圖匹配時(shí)使用。(4).圖像的全幀掃描
圖像的全幀掃描分系統(tǒng)根據(jù)CCD圖像的本底、暗場(chǎng)、平場(chǎng)圖像，以及輸入的CCD圖像進(jìn)行綜合分析，建立輸入CCD圖像背景估計(jì)的數(shù)學(xué)模型，給出CCD圖像分割閾值，對(duì)CCD圖像進(jìn)行全幀掃描，給出CCD圖像的上所有星象的掃描結(jié)果，根據(jù)此掃描結(jié)果建立實(shí)測(cè)星圖的匹配庫(kù)。(5).理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配
理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配分系統(tǒng)按照給定的匹配門(mén)限，對(duì)理論星圖庫(kù)和實(shí)測(cè)星圖進(jìn)行特征匹配，匹配成功的恒星用來(lái)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡指向誤差的修正量。望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定
(6).望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定分系統(tǒng)根據(jù)理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配的結(jié)果，依照給定指向測(cè)定公式，測(cè)定望遠(yuǎn)鏡的精確指向。(7).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述輸入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)給出了望遠(yuǎn)鏡的精確指向，指導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行空間碎片的觀測(cè)和跟蹤。(8).計(jì)算結(jié)果并可以通過(guò)顯示系統(tǒng)顯示出來(lái)，以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)中。本發(fā)明所涉及的“控制天文望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的控制天文望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明所涉及的各個(gè)分系統(tǒng)，均為現(xiàn)有技術(shù)中的控制天文望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種實(shí)時(shí)測(cè)定望遠(yuǎn)鏡精確指向的方法，他能夠根據(jù)采集的CXD圖像， 以及圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和存在誤差的指向，實(shí)時(shí)測(cè)定望遠(yuǎn)鏡精確的指向，測(cè)定后望遠(yuǎn)鏡的指向精度優(yōu)于CCD圖像像元分辨率的一半，及時(shí)望遠(yuǎn)鏡的誤差相差幾度，也能準(zhǔn)確測(cè)定望遠(yuǎn)鏡實(shí)際的指向。該方法的實(shí)際處理效果好，能夠廣泛地應(yīng)用到科研、以及工程領(lǐng)域中，尤其利于移動(dòng)式觀測(cè)設(shè)備的方向修正。


圖1為各裝置組合成本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，參照?qǐng)D1 步驟如下⑴.觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收GPS時(shí)間信號(hào)，實(shí)時(shí)采集望遠(yuǎn)鏡指向數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD 的曝光開(kāi)始信號(hào)和結(jié)束信號(hào)，鎖存CCD曝光開(kāi)始和結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間信息。(2).圖像采集分系統(tǒng)進(jìn)行幀轉(zhuǎn)移CCD圖像的實(shí)時(shí)采集。它的工作流程是控制幀轉(zhuǎn)移CCD，按照給定的曝光時(shí)間，根據(jù)幀轉(zhuǎn)移CCD的圖像讀出頻率得到的采樣頻率采集CCD圖像，將采集的空間碎片及背景恒星的幀轉(zhuǎn)移CXD圖像傳輸?shù)烙?jì)算機(jī)內(nèi)存指定的緩沖區(qū)中。(3).理論星圖的生成分系統(tǒng)根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的指向、觀測(cè)時(shí)刻、望遠(yuǎn)鏡的相關(guān)信息、理論星圖的約束條件，生成理論星圖的匹配庫(kù)，供理論星圖和實(shí)測(cè)星圖匹配時(shí)使用。(4).圖像的全幀掃描分系統(tǒng)根據(jù)C⑶圖像的本底、暗場(chǎng)、平場(chǎng)圖像，以及輸入的CCD圖像進(jìn)行綜合分析，建立輸入CCD圖像背景估計(jì)的數(shù)學(xué)模型，給出CCD圖像分割閾值，對(duì)CCD圖像進(jìn)行全幀掃描，給出CCD圖像的上所有星象的掃描結(jié)果，根據(jù)此掃描結(jié)果建立實(shí)測(cè)星圖的匹配庫(kù)。(5).理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配按照給定的匹配門(mén)限，對(duì)理論星圖庫(kù)和實(shí)測(cè)星圖進(jìn)行特征匹配，匹配成功的恒星用來(lái)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡指向誤差的修正量。望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定，根據(jù)理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配的結(jié)果，依照給定指向測(cè)定公式，測(cè)定望遠(yuǎn)鏡的精確指向。(7).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述輸入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)給出了望遠(yuǎn)鏡的精確指向，指導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行空間碎片的觀測(cè)和跟蹤。⑶.計(jì)算結(jié)果并可以通過(guò)顯示系統(tǒng)顯示出來(lái)，以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)中。
權(quán)利要求
1.一種天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，控制天文望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照以下步驟工作(1).觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集；⑵.圖像采集；(3).理論星圖的生成；(4).圖像的全幀掃描；(5).理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配分；(6).望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定；(7).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述輸入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)給出了望遠(yuǎn)鏡的精確指向，指導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行空間碎片的觀測(cè)和跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，還增加有以下步驟⑶.計(jì)算結(jié)果并通過(guò)顯示系統(tǒng)顯示出來(lái)，以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系v統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，步驟⑴ 所述的觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集的具體操作是觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收 GPS時(shí)間信號(hào)，實(shí)時(shí)采集望遠(yuǎn)鏡指向數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CXD的曝光開(kāi)始信號(hào)和結(jié)束信號(hào)，鎖存 CCD曝光開(kāi)始和結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間信息，包括年月日時(shí)分秒毫秒，準(zhǔn)確到0. 1毫秒，鎖存CCD曝光開(kāi)始和結(jié)束時(shí)刻的指向信息，準(zhǔn)確到0.0001度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，步驟⑵ 所述的圖像采集的具體操作是圖像采集分系統(tǒng)進(jìn)行幀轉(zhuǎn)移CCD圖像的實(shí)時(shí)采集。
5.它的工作流程是控制幀轉(zhuǎn)移CCD，按照給定的曝光時(shí)間，根據(jù)幀轉(zhuǎn)移CCD的圖像讀出頻率得到的采樣頻率(比如5Hz)采集CCD圖像，將采集的空間碎片及背景恒星的幀轉(zhuǎn)移 CCD圖像傳輸?shù)烙?jì)算機(jī)內(nèi)存指定的緩沖區(qū)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，步驟⑶ 所述的理論星圖的生成的具體操作是理論星圖的生成分系統(tǒng)根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的指向、觀測(cè)時(shí)刻、望遠(yuǎn)鏡的相關(guān)信息、理論星圖的約束條件，生成理論星圖的匹配庫(kù)，供理論星圖和實(shí)測(cè)星圖匹配時(shí)使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，步驟⑷ 所述的圖像的全幀掃描的具體操作是圖像的全幀掃描分系統(tǒng)根據(jù)CCD圖像的本底、暗場(chǎng)、 平場(chǎng)圖像，以及輸入的CCD圖像進(jìn)行綜合分析，建立輸入CCD圖像背景估計(jì)的數(shù)學(xué)模型，給出CXD圖像分割閾值，對(duì)CXD圖像進(jìn)行全幀掃描，給出CXD圖像的上所有星象的掃描結(jié)果， 根據(jù)此掃描結(jié)果建立實(shí)測(cè)星圖的匹配庫(kù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，步驟(5) 所述的理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配的具體操作是理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配分系統(tǒng)按照給定的匹配門(mén)限，對(duì)理論星圖庫(kù)和實(shí)測(cè)星圖進(jìn)行特征匹配，匹配成功的恒星用來(lái)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡指向誤差的修正量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，其特征在于，步驟(6) 所述的望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定的具體操作是望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定分系統(tǒng)根據(jù)理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配的結(jié)果，依照給定指向測(cè)定公式，測(cè)定望遠(yuǎn)鏡的精確指向。
全文摘要
天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)時(shí)精確指向的測(cè)定方法，控制系統(tǒng)按照以下步驟工作⑴.觀測(cè)時(shí)間和指向數(shù)據(jù)采集；⑵.圖像采集；⑶.理論星圖的生成；⑷.圖像的全幀掃描；⑸.理論星圖和實(shí)測(cè)星圖的匹配分；⑹.望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)定；⑺.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述輸入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)給出了望遠(yuǎn)鏡的精確指向，指導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行空間碎片的觀測(cè)和跟蹤。本發(fā)明能根據(jù)采集的CCD圖像以及圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和存在誤差的指向，實(shí)時(shí)測(cè)定望遠(yuǎn)鏡精確的指向，測(cè)定后望遠(yuǎn)鏡的指向精度優(yōu)于CCD圖像像元分辨率的一半，及時(shí)望遠(yuǎn)鏡的誤差相差幾度，也能準(zhǔn)確測(cè)定望遠(yuǎn)鏡實(shí)際的指向。處理效果好，能夠廣泛地應(yīng)用到科研、以及工程領(lǐng)域中，尤其利于移動(dòng)式觀測(cè)設(shè)備的方向修正。
文檔編號(hào)G01C11/04GK102374856SQ201110361868
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者張曉祥, 高昕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)