CN101842733B

CN101842733B - 用于望远镜的极坐标定位的系统

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Publication number: CN101842733B
Application number: CN200780101391.4A
Authority: CN
Inventors: 克劳迪奥·洛普雷斯蒂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: WO2009057163A1; ES2610005T3; CN101842733A; EP2206009A1; US8514489B2; US20100277795A1; EP2206009B1

Abstract

本发明的第一方面涉及一种用于望远镜(5)的支座(1)。该支座包括：带有固定部(3)和枢转部(4)的基底(2)；安装至基底的第一摆动结构(7)，其在垂直于基底的平面上旋转90°；安装至第一结构的第二摆动结构(8)，其限定出轴线AR并绕AR旋转180°；安装至第二结构的天极仪(12)，其光轴与AR平行；安装至第二结构的旋转接头(13)，其限定出附随的且垂直于AR的轴线D；安装至旋转接头的管夹(14)，其限定出用于望远镜的卡箍；安装至旋转接头或管夹的寻星望远镜(15)，其光轴X_c与由管夹限定出的卡箍的轴线对准。本发明的第二方面涉及一种用于精确极坐标定位由该支座支撑的望远镜的方法。

Description

用于望远镜的极坐标定位的系统

技术领域

本发明涉及一种用于望远镜的极坐标定位的系统，特别是用于业余或半业余的便携式望远镜的极坐标定位的系统，但是也可以将它用于固定望远镜和专业望远镜。

本发明包括赤道仪式的支座，一种包括该支座和望远镜的天文观测系统，和一种利用该支座实现精确极坐标定位的方法。

背景技术

在天文观测领域内，为了观测天体，其中赤道仪坐标系(赤经和赤纬)是公知的，需要将望远镜极轴与地球极轴排成一行。因此，借助于对抗性的赤经移动，可以抵消地球围绕极轴的旋转效应。因此，已知多种系统既利用电机驱动的支座又利用手动操作的支座来实现该极坐标定位。

然而，这些已知的系统都是具有缺点的，这些缺点在便携式望远镜和能够被拆卸的望远镜中更为突出。

许多已知系统的缺点在于，在定位时，它们取决于天极附近的参考星(比如北半球中的北极星)的能见度。

许多已知系统的另一缺点在于，它们基于重叠至由极目镜所提供的图象的十字线。在已经设定日期、时间和观测位置的参数后，该十字线允许通过将标记在十字线上的若干点与相应的参考星简单地相匹配来适当调整望远镜。

由于应该考虑取决于日期、时间和观测位置的参数，因此需要操作者具有高水平的技术和经验。

并且，在望远镜生产日期方面可能是理想的该系统引入了微小的误差，但该微小的误差将随着时间的流逝而增大。实际上，分点岁差导致参考星逐渐离开标记在目镜十字线上的位置。虽然缓慢，但是该移动引入了在望远镜出厂日期后的4-5年就会增大的误差。

所有已知系统所共有的另一缺点在于，它们大大取决于操作者的技术，这里的“技术”指的是他/她的天文知识、操作能力和经验。

另一缺点取决于这样的事实，即，通常望远镜得不到精确的校准，因此天极仪的适当定位并不能如所推想的那样确定主望远镜的正确定位。

所谓的“Bigourdan方法”等所特有的另一缺点在于，通过意欲减小误差的逐步逼近来实现该定位。显然，利用这些系统，需要操作者在定位过程的速度和精度之间达成妥协。过分苛求的操作者甚至会花费数小时来获得令人满意的定位，而花费几十分钟的定位则必然导致不精确。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种用于望远镜的极坐标定位系统，其至少部分克服了已知定位系统的缺陷。

该目的借助于根据权利要求1所述的望远镜支座以及根据权利要求40所述的极坐标定位方法来实现。

此外，本发明的任务是提供一种用于极坐标定位望远镜的系统，其并不依赖于先前确定的参考星的能见度。

本发明的任务是提供一种用于望远镜的极坐标定位系统，其并不受到分点岁差效应的影响。

本发明的任务是提供一种用于望远镜的极坐标定位系统，其可能并不取决于操作者的技术，或者以极其少量的方式取决于该操作者的技术。

本发明的任务是提供一种用于望远镜的极坐标定位系统，其在相对较短的时间内提供精确的位置。

这些任务中的每一个都是通过根据从属权利要求中的一个或多个所述的望远镜支座和极坐标定位方法来实现的。

附图说明

本发明的更多特征和优点将通过对于一些示例性实施方式的说明而得到更好的理解，这些实施方式在下面参照下列附图作为非限定性的说明给出：

图1是根据本发明的支座的立体图，并且在该支座上安装有望远镜；

图2是与图1中的支座相似的支座的详图；

图3是根据本发明的支座的详图，并且在该支座上安装有望远镜；

图4示意性地显示出根据本发明的支座；

图5借助于流程图显示出根据本发明的方法；

图6借助于流程图显示出根据本发明的方法的实施方式；

图7是根据本发明的支座的替换实施方式的侧视图，并且在该支座上安装有望远镜。

具体实施方式

参照附图，1已经普遍表示用于已知类型的望远镜5的支座，同时100已经表示包括支座1和望远镜5的天文观测装置。

图中示意性地显示为圆筒的望远镜5可以是折射型或更为普遍的反射型。例如，它可以是牛顿(Newton)、道布森(Dobson)、卡塞格林(Cassegrain)、施密特-卡塞格林(Schmidt-Cassegrain)、折反射望远镜，或其衍生体和变型体。这种类型的望远镜包括主镜和复杂程度不同的光学系统，该主镜的直径、焦距和光学构造决定了图象的亮度和对比度，并且该复杂程度不同的光学系统将图象传送至目镜，这将是造成图象放大的原因。与折射望远镜相比，反射望远镜在保持紧密性和轻盈的同时可制成具有更大的光学器件；此外，在同一光学孔径下，它们比折射望远镜更加便宜，并由此是业余使用者普遍选择的望远镜；然而，于此所述的系统可用于所有望远镜，或者是反射望远镜或者是折射望远镜。

与于此所示的支座相似的支座在同一申请人申请的两个在先专利申请No.EP06425297.6和No.PCT/IT2007/000330中予以详述。现在将给出对于根据本发明的机械支座的概括性说明。对于该支架的更详细的说明应参照前述申请。

参看附图1，根据本发明的支座1包括适于确保稳固支撑在地面上的基底2。基底2又包括适于相对于地面固定的部分(称为固定部3)，和适于以受控的方式相对固该定部3旋转的部分(称为枢转部4)。

为了将望远镜5进行适当定位，将基底2确定为与水平线持平。根据实施方式，基底2包括适于使基底2的至少一部分相对于水平线摆动的调平装置6。

基底2的调平装置6例如可包括在该基底的周围并以彼此相隔120°的方式设置的三个螺钉。

根据其它可能的实施方式，基底2的调平装置6可包括一对十字形设置的元件，每个元件均设有摆动侧位销和在相对侧上产生移动的螺钉。

在上述示例中，借助于螺钉，可根据需要相对于水平线调整基底2的至少一部分。如将在下面所述的那样，根据需要可电机驱动或手动操作螺钉。

在基底2的枢转部4上安装有第一摆动结构，出于清楚的原因，称其为第一拱形件7。

第一摆动结构优选地为圆形的弧拱，但是也可采用不同的形状。例如，根据图7中所示的支座的实施方式，该第一摆动结构采用铰接在基底2的枢转部4上的杆。

第一拱形件7安装至基底2，以致能在垂直于基底2的平面上执行角度移动。该角度移动的有效宽度优选地高于或等于90°。

为了将望远镜5进行适当定位，第一拱形件7的旋转平面被确定为沿地方子午线设置并且旋转以便允许根据观测位置的纬度来设定该支座。下面将参照该支座的极轴详述该设定。

在第一拱形件7上安装有第二摆动结构8。

第二摆动结构8限定出落在第一拱形件7的平面上并且在与第一拱形件7的交点中垂直于该第一拱形件7的轴线AR(或赤经轴或极轴)。第二摆动结构8成形为以致允许执行以轴线AR为中心并落在垂直于该轴线的平面上的角度移动。该角度移动的有效宽度优选地高于或等于180°。

第二摆动结构8优选地包括销9，该销9的轴线与轴线AR重合。换句话说，该销安装至第一拱形件7，以致该销的轴线落在第一拱形件7的旋转平面上，并且与第一拱形件7的半径成一直线。换句话说，由销9限定出的轴线AR垂直于第一拱形件7在入射点上的切线。

第二摆动结构8优选地包括另一圆弧形的元件，于此在下面称之为第二拱形件10。第二拱形件10安装至第一拱形件7，以致能够执行以轴线AR为中心并落在垂直于该轴线的平面上的角度移动。该角度移动的有效宽度优选地高于或等于180°。

销9优选地安装有于此在下面称为叉状件11的连接结构，该连接结构可绕轴线AR枢转并且将销9连接至第二拱形件10。

该连接结构11优选地采用叉形，但是也可采用其它形状，例如具有单独的臂。

叉状件11和第二拱形件10优选地由单独的整体结构制成。这种方案能够获得更高的精度和更大的整体刚度。

根据图7中的实施方式，第二摆动结构8仅包括销9(其限定出轴线AR)和叉状件11，而不设有第二拱形件10。

尽管该方案会导致失衡的结构，然而，本发明中所述的所有过程和移动都可以有效地适用于该失衡的结构。

第二拱形件10或叉状件11安装有天极仪12。该天极仪具有与轴线 AR平行的光轴X_p。

在第二拱形件10或叉状件11上安装有旋转接头13，其限定出轴线D或赤纬轴。旋转接头13安装成使得轴线D与轴线AR相交并垂直于轴线AR。旋转接头13优选地有两个，但是可以仅设置一个接头以满足特殊的要求。

旋转接头13安装有管夹14。术语“管夹”在这里和下面指的是适于接收并支撑望远镜5的装置。为了满足特殊的要求，该装置可包括除适当所述的夹之外的元件。除了管夹之外，适于接收和支撑望远镜5的该装置可包括例如，托架、虎钳、卡爪等，其也可不缠绕望远镜筒。

管夹14限定出适用于接收和支撑望远镜5的卡箍。由管夹14所限定的卡箍优选地为圆筒形，以便能够支撑圆筒形的望远镜，但是也可根据特殊的要求而采用任意其它的形状。由于存在旋转接头13，望远镜5可绕轴线D旋转。

管夹14以及整个支座1被设想成实现用于望远镜5的重心悬置。这种悬置是特别有利的，这在于它允许在任何方位上以最小的努力就能移动望远镜。此外，该悬置总是平衡的而无需施加任何平衡器。

在旋转接头13上进一步安装有寻星望远镜15，并且其光轴X_c落在垂直于赤纬轴D的平面上。光轴X_c与由管夹14所限定的并被确定为接收望远镜5的卡箍的几何轴线进一步平行。

支座的多种部件之间的所有上述几何关系(平行、垂直、相交等)在支座制造步骤的过程中以可能的最高精度来获得。

这里在下面，术语“光学单元”将指的是由主望远镜5、天极仪12和寻星望远镜15构成的组件。

根据本发明的支座的实施方式，在旋转接头13与管夹14之间插置有对准校正装置16。对准校正装置16适于使得望远镜5的整个光筒摆动，以允许补偿望远镜内所固有的任何视准差。换句话说，对准校正装置16允许以与主望远镜5的适当视准无关的方式使主望远镜5的光轴X_T与寻星望远镜15的光轴X_c平行和/或与天极仪12的光轴X_p平行。

当并非连同支座1一起来制造主望远镜5时，和/或当其光学部件与光筒的几何轴线未对准时，并且通常在无法预知其光学器件校中质量时，导致需要对准校正装置16。

实际上，可不校准望远镜5，即其光轴X_T可不与筒的几何轴线重合。图3表示该误差状态，以及装置16的修正效应；出于清楚的目的，夸大了误差范围。如可在图3中看出的那样，对准校正装置16不允许修正主望远镜5的任何视准差；实际上，对于该修正，一个人应该对望远镜内的光学部件起作用。另一方面，对准校正装置16允许补偿主望远镜5的任何视准差以抵消其影响。

根据本发明的支座的所有元件致力于能够将天极仪12的光轴X_P、寻星望远镜15的光轴X_c和主望远镜5的光轴X_T对准至同一光学目标的要求。

根据实施方式，支座1包括电机(称为赤经电机20)，其适于致使望远镜5绕轴线AR旋转。赤经电机20适于例如通过作用在销9或第二拱形件10上而致使望远镜5通过第二摆动结构8旋转。赤经电机20优选地为步进型并且可以不同的速度运转。最高速度使得望远镜5能够根据天体的赤经的赤道仪坐标而被迅速定向。其它可能的速度为分别用于追踪星、太阳和月球的恒星速度、太阳速度和月球速度。其它速度可根据需要被设定用于特定的临时需要或被设定以跟踪特定的目标，这并不遵照于此所述的标准移动而行。赤经电机20优选地由处理器进行操作，该处理器能够根据天文数据库或根据操作者人工输入的指令来传送指令。

根据实施方式，支座1包括电机(称为赤纬电机21)，其适于使望远镜5绕其轴线D旋转。赤纬电机21设置在旋转接头处。它优选地为步进型并且可以不同的速度运转。最高速度使得望远镜5能够根据天体的赤纬的赤道仪坐标而被迅速定向。其它可能的速度是在一次长期拍摄和/或长期追踪期间在修正定向中所使用的速度。赤纬电机21优选地由处理器进行操作，该处理器能够根据天文数据库或根据操作者手动输入的指令来传送指令。

只要知道天体的赤道仪坐标，赤经电机20和赤纬电机21就允许自动定向和追踪该天体。

根据实施方式，支座包括电机(称为方位电机22)，其适于使得基底2的枢转部4相对于固定部3旋转。方位电机22优选地为步进型并且可以不同的速度运转。最高速度使得望远镜5能够基于天体的方位坐标被快速地方位定向。

方位电机22优选地由处理器进行操作，该处理器能够根据天文数据库、根据全球定位系统(GPS)、根据电子指南针、和/或根据操作者手动输入的指令来传送指令。

根据实施方式，支座包括电机(称为高度电机23)，其适于致使望远镜5在地方子午线的平面上旋转。高度电机23适于例如通过作用在第一拱形件7上而致使望远镜5通过该第一摆动结构旋转。高度电机23优选地为步进型并且可以不同的速度运转。最高速度使得望远镜5能够根据天体的高度坐标而被迅速定向。

高度电机23优选地由处理器进行操作，该处理器能够根据天文数据库、根据GPS、根据电子指南针、和/或根据操作者手动输入的指令来传送指令。

只要知道天体的高度方位坐标，方位电机22和高度电机23就允许自动定向该天体。

根据若干自动和非手动的实施方式，支座1包括两个电机(称为调准电机24)，其适于使管夹14在互相垂直的两个平面上摆动。调准电机24作用在对准校正装置16上。调准电机24优选地为步进型。

调准电机24优选地由处理器进行操作，该处理器能够基于以寻星望远镜15的视野为中心的事物与以主望远镜5的视野为中心的事物之间的比较来传送指令。

根据实施方式，支座包括电机(称为调平电机25)，其适于使得基底2的至少一部分以及与其成一整体的第一拱形件7相对于水平线摆动。调平电机25作用在基底2的调平装置6上，并且优选地为步进型。

调平电机25优选地由处理器进行操作，该处理器能够根据由基底调平检测系统所提供的数据来传送指令。

根据本发明的实施方式，支座1包括电子装置30，其适于控制支座1的功能的至少一部分。

电子装置30可以是市场上能够购买到的装置，其上已经装载有适于管理该支座的软件。该电子装置30可以是，例如，个人电脑、随身电脑、掌上电脑、智能手机、或产生输出信号的任何其它适当的数据处理系统。

作为替代，该电子装置30可以是一种致力于该功能的装置，例如具有专用键盘的电路板。在任何情况下，该电子装置应与望远镜的支座1和/或光学器件5、12、15适当连接。该电子装置30与望远镜的支座1和/或光学器件5、12、15之间可以通过电缆根据无线模式或根据任何其它适于传送和接收信号的模式交换信息。

根据实施方式，电子装置30适于控制支座1的电机的至少一部分。因此，电子装置30适于控制电机的移动。可根据操作者的明确指令或根据计算和与最佳位置的比较来控制这些移动。为此，应该注意到，电子装置能够检测单个电机或由该电机所移动的支座部件的实际定位。该检测可例如借助于本质上已知的适当的编码器来实现。

电子装置30优选地能够从定位装置(GPS、电子指南针、电子水平仪等)获得数据并且管理天文数据库。

电子装置30优选地能够连接至其它电子装置，以便交换数据和/或提升系统的整体潜能。

根据实施方式，电子装置30进一步能够将从放置在主望远镜5和/或天极仪12和/或寻星望远镜15的光学器件的目镜中的适当的传感器获得的图象与天文数据库进行比较。因此，该电子装置能够自动确定正被拍摄的天体。

根据最主要的实施方式(在图5中的图表中略述)，根据本发明的用于望远镜的极坐标定位的方法提供了如下阶段：

-在带有未定但有界的误差范围的情况下，将望远镜定位在已知的起始位置中；

-使三个光学单元相互对准(天极仪12、寻星望远镜15和主望远镜5)；

-仅用支座1的高度方位移动使望远镜的极轴与地球的极轴平行；并且

-停止高度方位移动，并且在赤道仪移动中开始恒星移动。

在不脱离本发明的范围的情况下，该方法的上述前两个阶段的顺序可以颠倒。

根据本方法的实施方式，带有未定但有界误差的定位的阶段首先包括基底2的大致调平。

根据本方法的实施方式，带有未定但有界误差的定位的步骤进一步包括将第二摆动结构8定位在已知位置中。从该已知位置开始，系统可开始计算由电机所施加的移动的角度幅度。例如，可将第二摆动结构8设置成使得赤纬轴线D平行于基底2的平面。为了有助于定位，在制造期间在工厂中有利地应用适当的基准。由于基底2是大致水平的，因此该操作将轴线D定位成大致平行于水平线。

为了满足特定要求，轴线D的不同选择也是有效的，例如垂直于基底2的平面。

根据该方法的实施方式，光学单元的相互对准的阶段通过绕赤纬轴线D的旋转提供了寻星望远镜15与天极仪12的对准。随后，当尚未对准主望远镜5时，该主望远镜5可借助于对准校正装置16的移动，或者与天极仪12或者与寻星望远镜15对准。

更加详细来说，相互对准是通过顺次将同一点状目标取景在三个光学单元中的每个的目镜的中心中来实现的。该目标可以是星或优选地为足够远(少许公里)的陆地目标。指向陆地目标成为优选的选择，因为它以与所花费来获得精确对准的时间无关的方式确定更加精确的对准。相反，当指向星时，恒星运动发生，该恒星运动与用于执行对准操作所花费的时间成比例。因为支座1尚未实现其适当的定位，所以恒星运动不能被赤经运动所适当抵消。

当支座处于已知位置中并且三个光学单元12、15、5均指向同一方向并由此相互对准时，“复位”系统。“复位”于此指的是将寻星望远镜15与主望远镜5(在赤经和赤纬中)的角度指向差相对于天极仪12设置为零。通过该复位，系统开始计算移动的角度幅度。

根据该方法的实施方式，使望远镜极轴与地球极轴平行的阶段使天极仪12仅借助于支座1的高度方位移动就与天极大致对准。这种大致对准可根据从地形测量和/或借助于GPS等来获得的纬度和地方子午线方向来实现。

天极仪12的定位确定了其它两个光学单元15和5的同时指向。实际上，在该操作过程中，寻星望远镜15和主望远镜5并不相对天极仪12移动，并且由此保持已在先前实现的复位。在确定高度的同时并在确定地方子午线方向时，大致指向天极的该指向受到在调平基底2的同时已经出现的误差的影响。

当三个光学单元12、15和5大致指向天极时，切断高度方位电机，并且接通赤道仪追踪电机20。

此时，指令望远镜从如上所述的复位状态开始利用赤道仪移动朝向带有已知赤道仪坐标的可视的参考星移动。由于指向天极受到上述误差的影响，因此将不会精确指向该参考星。

此时，仅通过高度方位移动，即无需赤道仪移动上的任何进一步的作用，操作者就起作用以将该星精确地取景在主望远镜的目镜的中心。

由于这些高度方位移动，支座1的极轴(或轴线AR)达到平行于地球极轴。已经获得了所寻求取得的，并且这称之为“极坐标定位”。

现在，正确定位极轴，已经获得两个坐标系统(高度方位和赤道仪)的统一，并且无需再复位系统。

现在，人们可以开始计算赤经电机20和赤纬电机21的任何连续的移动角度。在零几何误差的情况下完成了极坐标定位。

返回参照图5，以虚线所示的图表部分涉及不是根据本发明的方法的部分的阶段。

应该注意到，不同于已知系统，根据本发明的系统即使在由于天气状况和/或干扰使得天极不可视的条件下，仍然能够获得正确的极坐标定位。实际上，如上所述的本方法的阶段可以参照任何可视星予以结束。

三个光学单元相互对准的阶段甚至不需要知道参考星。

对于望远镜大致定位阶段，它借助于地形测量或借助于GPS足以估计知道纬度和地方子午线的方向。作为替代，更为简单的是，需要大致确定南北方向(确定子午线)并估计知道观测位置的纬度的度数值的操作者的技术是足够的。

基于受到已知但有界的误差影响的这些数据，能够进行第一次大致的极坐标定位并且复位该系统。

在已经确定任何可视且已知的星后，可通过支座的赤道仪移动来实现至该星的“虚拟”的自动指向。这个指向之所以被称为“虚拟”的，原因是它将受到误差、即极坐标定位的同一误差的影响。然而，由于该误差是有界的，参考星将会被取景在寻星望远镜15的视野内，或者在最坏的情况下，它将仍然被包括在望远镜所指向的天空中的区域内。

通过仅通过支座的高度方位移动而将寻星望远镜15和主望远镜5将中心对准至参考星，为支座获得了精确的极坐标定位。最后，应该照常停止高度方位移动，并且应该在赤道仪模式下执行自动追踪。

如上所看的那样，只要甚至以估计的方式知道纬度和南北方向，根据本发明的系统即使在天极不可视的情况下，也能够获得精确的极坐标定位。孤立的、发光的并且容易确定的星优选地作为参考星；应避免发光的星群，因为它们会蒙蔽不熟练的观测者。

根据本发明的方法的另一实施方式，定位望远镜的阶段优选地包括如下若干步骤：

-调平基底2(例如借助于水平仪)。

-获得位置数据(例如借助于GPS或地形测量)。

根据本发明的方法的另一实施方式，使三个光学单元相互对准的阶段优选地包括如下若干步骤：

-利用天极仪12定位参考星。

-将寻星望远镜15和主望远镜5与参考星对准

根据本发明的方法的另一实施方式，与天极对准的阶段优选地包括如下若干步骤：

-确定参考星(例如基于星空图或天文数据库)。

-基于参考星的方位，将第一拱形件7的旋转平面与地方子午线的平面平行。

-基于参考星的高度，将轴线AR与天极对准。

在随后停止高度方位移动并开始以恒星速度进行赤道仪移动的阶段后，可以认为实现了精确的极坐标定位。

应该注意到，根据被包括在望远镜和支座1内的装置的类型，可将操作者所需的动作减少到最少。

如上所述，根据其实施方式中的一个，根据本发明的支座1完全由电机驱动、设有水平仪、设有GPS并设有指南针。此外，根据实施方式，望远镜光学器件中的至少一个包括数字传感器(摄像机、网络摄影机、冷阴极放电(ccd)传感器、电子目镜等)，其以可操作的的方式连接至能够显示和/或确定天空正被取景的部分的软件。

根据实施方式，数字传感器能够向软件提供为该软件收集的数据以便与适当的天文数据库(或虚拟天象仪)进行比较，从而能够确定并识别任何被取景的天体。这种装置能够以全自动的方式完成上述极坐标定位。

更简单的实施方式显然将需要由操作者起到更频繁且更有意识的作用。

根据本发明的方法的另一实施方式(在图6中的图表中略述)，在将望远镜定位在已知的起始位置中的阶段优选地包括若干步骤：

-利用水平面来调平基底2。可以根据正使用的支座的类型，借助于(或者模拟的或者数字的)水平仪并借助于或由电机驱动或手动操作的致动器来实现该调平。

-将第一拱形件7定位在已知位置中定位第一拱形件7，例如轴线AR倾斜45°的位置。

-将第二拱形件10定位在已知位置中，例如轴线D平行于水平线的位置。

-将主望远镜5定位在已知位置中，例如指向天顶。

-沿地方子午线来定位第一拱形件7，并且第二拱形件10面向天极。

可以根据正被使用的支座的类型，或者利用电机驱动的移动或手动移动并利用模拟或数字参照来实现上述定位。

在定位阶段的最后，实现第一次复位。在带有未定误差的情况下，望远镜处于已知位置中。换句话说：将相对于水平线大致调平基底2，将沿地方子午线大致定向第一拱形件7，将主望远镜5大致指向天顶，等等。

根据本发明的方法的另一实施方式，使三个光学单元相互对准的阶段优选地包括若干步骤：

-仅使用支座1的高度方位移动，使天极仪12大致指向至已知且可视的参考星。

-再次仅使用支座1的高度方位移动，在天极仪12的视野内将中心对准(精确指向)该参考星。

-仅使用支座1的高度方位移动，在恒星移动中追踪参考星。

-仅使用赤纬移动使寻星望远镜15大致指向先前由天极仪12将中心对准的该参考星。

-仅使用赤纬移动，在寻星望远镜15的视野内将中心对准(精确指向)该参考星。

-检测主望远镜5的视野内的该参考星。

-借助于对准校正装置16的移动，在主望远镜5的视野内将中心对准(精确指向)该参考星(光学对准)。

根据正被使用的支座的类型，或利用电机驱动的移动或手动移动并利用模拟或数字参照来实现上述阶段。

在三个光学单元相互对准的阶段的最后，在参考星的高度方位坐标系上实现了第二次复位。在零误差的情况下且在光学单元相互对准的情况下，望远镜处于已知位置中，。特别地，参考星的高度方位坐标和赤道仪坐标是已知的。

随后的阶段是仅利用支座1的高度方位移动，而使三个光学单元对准天极。由于参考星的相位角(方位)和高度是已知的，因此可以指令高度方位电机指向天极。

根据正使用的支座的类型，利用或电机驱动的移动或手动的移动并利用模拟或数字参照来实现上述阶段。

在使三个光学单位对准天极的阶段的最后，实现了第三次、即最后一次的复位。在零误差的情况下，并且在光学单元彼此对准的情况下，望远镜指向天极。

在随后停止高度方位移动(通过锁定相应的可移动部件和/或通过停止相应的电机)并开始以恒星速度借助于赤经电机20进行赤道仪移动的阶段以后，可认为已经实现了精确的极坐标定位。

通过望远镜的该结构，系统处于工作状态中，并且可开始对天体进行观测和基于赤道仪坐标的指向以及自动跟踪。

包括大致定向望远镜的阶段、使三个光学单元相互对准的阶段、与天极对准的阶段和开始自动跟踪的阶段以及每个阶段的相应的步骤的于此所述的方法需要几分钟(在手动执行多个移动的情况下)到几秒钟(在所有移动都是电机驱动的且是电子控制的情况下)。

上面已将望远镜定位阶段描述成在带有未定但有界的误差范围的情况下，处于已知位置中。该定位借助于一些装置(GPS、水平仪、指南针等)来实现，这些装置通常受到不同来源且预先未知的误差的影响。然而，市场上能够获得的这些装置的平均质量确保定位误差即使全部加起来也不会超过2°÷3°。但是，重要的是于此注意到，2°÷3°的误差(甚至更高)被包含在光学器件的视野内。这确保了随后对参考星的指向，即使是大致的指向，也会在任何情况下均使这些星位于视野内。由于随后极坐标定位方法的阶段不再依靠这些装置，而是仅参照天空来实现，因此该方法导致了精确的结果并且不受装置误差的影响。

在由电机进行的移动过程中、曳运、可能的游隙等引入其它的误差。这些误差的范围会随着位移的程度而成比例地增加。为此，在极坐标定位过程期间，在可能时，总是建议利用尽可能靠近天极的星作为参考星。在任何情况下，也应该注意到利用步进电机并且优选地带有固定至电机但尽可能位于提供其移动的运动链的下游的编码器，这些误差可被限制在几百度以内。因此，该范围的误差不会削弱系统的可操作性。

根据本发明的支座1、观测装置100和极坐标定位方法已参照若干具体实施方式进行了描述，可在不脱离本发明的范围的前提下对这些实施方式作出大量改进。

例如，第一摆动结构也可不是圆弧状的，而是例如以如图7中所示的方式成形。在这种情况下，当该结构绕其支点旋转时将发生摆动效应。与包括第一拱形件的技术方案相比，该方案通常会导致较劣的平衡性。

相似的方案显然也可以与其成形方式无关的方式应用至第二摆动结构8。仍然参照图7，可以注意到第二摆动结构8是如何仅包括销9和悬臂安装的叉状件11。

在这些方案中，在已经定位赤经电机20后，高度电机23和赤经电机20保持结构停止的能力对于支座操作来说是特别苛刻的。为此，也将优选地使用适当的机械锁定系统。

例如，旋转接头13可不如附图中那样设置在管夹的两侧上；可设置单独的接头13，其仅放置在管夹的一侧上。与使用两个接头的方案相比，该方案由于更容易接近目镜而导致更加舒适，但是它将通常是平衡性较劣的。

应该理解到，已经描述了根据本发明的支座1和极坐标定位系统的若干个具体实施方式，但是在不脱离如在所附权利要求所限定的本发明的范围的前提下，对于本领域技术人员而言将能够根据需要对这些实施方式作出改进以用于使其适合于特定的应用。

Claims

1.一种用于主望远镜(5)的支座(1)，包括：

-基底(2)，所述基底(2)起到将所述支座(1)支撑在地面上的支架的作用，所述基底(2)包括相对地面固定的固定部(3)和相对所述固定部(3)枢转的枢转部(4)；

-第一摆动结构(7)，所述第一摆动结构(7)安装至所述基底(2)的枢转部(4)，所述第一摆动结构(7)适于在垂直于所述基底(2)的平面中执行幅度大于或等于90°的角度移动；

-第二摆动结构(8)，所述第二摆动结构(8)安装至所述第一摆动结构(7)，所述第二摆动结构(8)限定出旋转轴线AR并适于绕所述轴线AR执行幅度大于或等于180°的角度移动；

-天极仪(12)，所述天极仪(12)安装至所述第二摆动结构(8)，所述天极仪(12)具有以平行于所述轴线AR定位的光轴；

-旋转接头(13)，所述旋转接头(13)安装至所述第二摆动结构(8)，所述旋转接头(13)限定出附随的并且垂直于所述轴线AR的轴线D；

-管夹(14)，所述管夹(14)安装至所述旋转接头(13)，所述管夹(14)限定出适于接收并支撑主望远镜(5)的卡箍；

-寻星望远镜(15)，所述寻星望远镜(15)安装至所述旋转接头(13)，且所述寻星望远镜(15)的光轴X_c落在垂直于所述轴线D的平面上并平行于由所述管夹(14)所限定的卡箍的几何轴线。

2.根据权利要求1所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述基底(2)包括调平装置(6)，所述调平装置(6)适于致使所述基底(2)的至少一部分以及与所述基底(2)成一整体的第一摆动结构(7)相对于水平线摆动。

3.根据权利要求2所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述基底(2)的调平装置(6)包括在所述基底(2)的周围且以彼此相隔120°的方式设置的三个螺钉。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第一摆动结构(7)为圆弧形状。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第一摆动结构(7)为铰接在所述基底(2)的枢转部(4)上的杆的形状。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第二摆动结构(8)包括枢轴(9)，并且所述枢轴(9)的轴线与所述轴线AR重合。

7.根据权利要求6所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第一摆动结构(7)为第一拱形件，并且其中，所述枢轴(9)安装至所述第一拱形件，以致所述枢轴(9)的轴线被包括在所述第一拱形件的旋转平面上，并且与所述第一拱形件的半径成一直线。

8.根据权利要求6所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第二摆动结构(8)包括圆弧状的元件或第二拱形件(10)。

9.根据权利要求6所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，销(9)安装有绕所述轴线AR枢转的叉状件(11)。

10.根据权利要求9所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第二摆动结构(8)包括第二拱形件(10)，并且其中，所述叉状件(11)将所述销(9)连接至所述第二拱形件(10)。

11.根据权利要求10所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述叉状件(11)和所述第二拱形件(10)被制成单独的整体结构。

12.根据权利要求11所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)的多个部件的几何关系在所述支座(1)的制造阶段期间以可能的最高精度来实现。

13.根据权利要求12所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，在所述旋转接头(13)与所述管夹(14)之间插置有对准校正装置(16)，所述对准校正装置(16)适于使所述主望远镜(5)的光筒摆动，以便能够补偿所述主望远镜(5)的任何视准差。

14.根据权利要求13所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述对准校正装置(16)适于使所述主望远镜(5)的光轴X_T与所述寻星望远镜(15)的光轴Xc平行。

15.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所有的支座元件(1)均适于使所述天极仪(12)的光轴X_p、所述寻星望远镜(15)的光轴X_c与所述主望远镜(5)的光轴X_T朝向同一光学目标而彼此平行。

16.根据权利要求13所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)包括赤经电机(20)，所述赤经电机(20)适于使所述主望远镜(5)绕所述轴线AR旋转。

17.根据权利要求16所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述赤经电机(20)适于通过所述第二摆动结构(8)而使所述主望远镜(5)旋转。

18.根据权利要求16所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)包括赤纬电机(21)，所述赤纬电机(21)适于使所述主望远镜(5)绕所述轴线D旋转。

19.根据权利要求18所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述赤纬电机(21)定位于所述旋转接头(13)。

20.根据权利要求18所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)包括方位电机(22)，所述方位电机(22)适于使所述基底(2)的枢转部(4)相对于所述基底(2)的固定部(3)旋转。

21.根据权利要求20所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)包括高度电机(23)，所述高度电机(23)适于使所述主望远镜(5)在地方子午线的平面上旋转。

22.根据权利要求21所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述高度电机(23)适于通过所述第一摆动结构(7)而使所述主望远镜(5)旋转。

23.根据权利要求21所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)包括两个调准电机(24)，所述调准电机(24)适于使所述管夹(14)在互相垂直的两个平面中摆动。

24.根据权利要求23所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述调准电机(24)作用在所述对准校正装置(16)上。

25.根据权利要求23所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述第一摆动结构(7)为第一拱形件，并且其中，所述支座(1)包括调平电机(25)，所述调平电机(25)适于使所述基底(2)的至少一部分以及与所述基底(2)成一整体的所述第一拱形件相对于水平线摆动。

26.根据权利要求25所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电机(20、21、22、23、24、25)中的至少一个为步进型并且能够以不同的速度运转。

27.根据权利要求26所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述支座(1)包括电子装置(30)，所述电子装置(30)适于至少部分控制所述支座(1)的可操作性。

28.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电子装置(30)是其中已经装载有用于控制所述支座的软件的能够在市场上获得的装置。

29.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电子装置(30)是一种致力于控制所述支座的装置。

30.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电子装置(30)与所述支座(1)和/或望远镜光学器件(12，15)之间通过电缆、根据无线模式或根据适于传送和接收信号的模式来交换信息。

31.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电子装置(30)适于借助于适合的编码器检测单个电机(20、21、22、23、24、25)或由所述电机驱动的所述支座(1)的部件的实际定位。

32.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电子装置(30)能够连接至其它电子装置以便交换数据。

33.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述天极仪(12)和/或所述寻星望远镜(15)的目镜包括传感器，所述传感器适于获取被取景的图象并将它们传送至所述电子装置(30)。

34.根据权利要求33所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述赤纬电机(21)由所述电子装置(30)基于所述天极仪(12)的视野内居中的事物与所述寻星望远镜(15)的视野内居中的事物之间的比较进行控制。

35.根据权利要求27所述的用于主望远镜(5)的支座(1)，其中，所述电机(20、21、22、23、25)中的至少一个由所述电子装置(30)根据天文数据库、GPS、电子指南针、电子水平仪和/或根据由操作者手动输入的指令进行控制。

36.一种天文观测装置(100)，包括主望远镜(5)和根据前述权利要求中的任一项所述支座(1)。

37.根据权利要求36所述的装置(100)，其中，所述主望远镜(5)在最靠近所述主望远镜(5)的重心的位置处由所述支座(1)支撑。

38.根据权利要求36所述的装置(100)，其中，所述主望远镜(5)包括目镜，所述目镜包括适于获取被取景的图象并且将所述图象传送至所述支座(1)的电子装置(30)的数字传感器。

39.根据权利要求38所述的装置(100)，其中，所述支座(1)包括两个调准电机(24)，所述调准电机(24)适于使所述管夹(14)在互相垂直的两个平面中摆动，所述调准电机(24)由所述电子装置(30)根据所述寻星望远镜(15)的视野内居中的事物与所述主望远镜(5)的视野内居中的事物之间的比较进行控制。

40.一种用于精确极坐标定位根据权利要求36至39中的任一项所述的天文观测装置(100)的方法，所述方法包括如下阶段：

-在带有未定但有界的误差范围的情况下，将所述主望远镜定位在已知的起始位置中；

-使三个光学单元，即，所述主望远镜(5)、所述天极仪(12)和所述寻星望远镜(15)相互对准；和

-仅利用所述支座(1)的高度方位移动所述三个光学单元的对准天极；和

-停止所述高度方位移动并且开始赤道仪移动。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述在带有未定但有界的误差范围的情况下定位的阶段包括：

-至少大致调平所述基底(2)；和

-将所述第二摆动结构(8)定位在已知位置中。

42.根据权利要求40所述的方法，其中使所述光学单元相互对准的阶段包括：

-通过绕所述轴线D的旋转将所述寻星望远镜(15)与所述天极仪(12)对准；

-借助于插置在所述旋转接头(13)与所述管夹(14)之间的对准校正装置(16)的移动而使所述主望远镜(5)与所述天极仪(12)或所述寻星望远镜(15)对准。

43.根据权利要求40所述的方法，其中使所述光学单元相互对准的阶段通过在所述三个光学单元的每一个的目镜的中心中对同一目标顺次取景来实现。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述目标为点状目标，所述点状目标是孤立的星或几公里远的陆地目标。

45.根据权利要求40所述的方法，其中使所述光学单元相互对准的阶段在所述寻星望远镜(15)与所述主望远镜(5)相对于所述天极仪(12)在赤经和赤纬中的指向角度差的复位之后进行。

46.根据权利要求40所述的方法，其中，所述支座(1)包括赤经电机(20)，所述赤经电机(20)适于使所述主望远镜(5)绕所述轴线AR旋转，并且其中，使所述装置(100)的极轴与地球的极轴平行的阶段包括：

-仅利用所述支座(1)的高度方位移动使所述天极仪(12)与天极大致对准；

-使所述寻星望远镜(15)以及与所述天极仪(12)成一整体的所述主望远镜(5)大致指向天极；

-停止所述高度方位移动并且以恒星追踪速度接通所述赤经电机(20)；

-仅通过所述赤道仪移动而使所述主望远镜(5)大致指向带有已知赤道仪坐标的可视参考星；

-仅利用所述高度方位移动在所述主望远镜(5)的目镜的中心中精确取景所述参考星。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，使所述天极仪(12)与天极大致对准根据借助于地形测量和/或借助于GPS和/或借助于观察者的技术获得的纬度和地方子午线的方向来实现。

48.根据权利要求40所述的方法，其中，所述第一摆动结构(7)为第一拱形件，并且其中，使所述三个光学单元与天极对准的阶段包括：

-基于星空图或天文数据库确定参考星；

-根据所述参考星的方位，使所述第一拱形件的旋转平面与地方子午线的平面平行；

-根据所述参考星的高度，将所述轴线AR与所述天极对准。

49.根据权利要求40所述的方法，其中，所述第一摆动结构(7)为第一拱形件，所述第二摆动结构(8)包括第二拱形件(10)，并且其中，将所述主望远镜定位在已知起始位置中的阶段包括：

-借助于模拟或数字水平仪利用水平面调平所述基底(2)；

-将所述第一拱形件定位在已知位置中；

-将所述第二拱形件(10)定位在已知位置中；

-将所述主望远镜(5)定位在已知位置中；

-沿地方子午线定位所述第一拱形件，并且所述第二拱形件(10)面向北。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，定位所述第一拱形件包括将所述轴线AR倾斜45°定位；定位所述第二拱形件(10)包括将所述轴线D以平行于水平线的方式定位；定位所述主望远镜(5)包括将所述主望远镜(5)朝天顶指向。

51.根据权利要求49的方法，其中，将所述主望远镜定位在已知起始位置中的阶段在第一次复位之后进行。

52.根据权利要求50的方法，其中，将所述主望远镜定位在已知起始位置中的阶段在第一次复位之后进行。

53.根据权利要求40所述的方法，其中，在所述旋转接头(13)与所述管夹(14)之间插置有对准校正装置(16)，所述对准校正装置(16)适于使所述主望远镜(5)的光筒摆动，以便能够补偿所述主望远镜(5)的任何视准差，并且其中，使所述光学单元相互对准的阶段包括：

-仅使用所述支座(1)的高度方位移动，使所述天极仪(12)大致指向已知且可视的参考星；

-再次仅使用所述支座(1)的高度方位移动，在所述天极仪(12)的视野内将中心对准(精确指向)参考星；

-仅使用所述支座(1)的高度方位移动，在恒星移动中追踪所述参考星；

-仅使用赤纬移动使所述寻星望远镜(15)大致指向之前由所述天极仪(12)将中心对准的所述参考星；

-仅使用所述赤纬移动，在所述寻星望远镜(15)的视野内将中心对准(精确指向)所述参考星；

-检测所述主望远镜(5)的视野内的参考星；

-借助于所述对准校正装置(16)的移动，在所述主望远镜(5)的视野内将中心对准(精确指向)所述参考星。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，第二复位在使所述三个光学单元相互对准的阶段之后进行。

55.根据权利要求40所述的方法，其中，使所述三个光学单元与天极对准的阶段包括所述支座(1)根据参考星的高度方位坐标进行高度移动和方位移动。

56.根据权利要求55所述的方法，其中，第三次复位在使所述三个光学单元与天极对准的阶段之后进行。

57.根据权利要求40所述的方法，其中，所述支座(1)包括赤经电机(20)，所述赤经电机(20)适于使所述主望远镜(5)绕所述轴线AR旋转，并且其中，停止所述高度方位移动并开始所述赤道仪移动的阶段包括以恒星速度接通所述赤经电机(20)。

58.根据权利要求40所述的方法，其中，所述方法的阶段利用电机驱动移动或手动移动进行。

59.根据权利要求40所述的方法，其中，所述方法的阶段利用模拟或数字参照进行。

60.根据权利要求40所述的方法，其中，所述方法的阶段以全自动的方式进行。