CN102374856B - 天文望远镜实时精确指向的测定方法 - Google Patents

天文望远镜实时精确指向的测定方法 Download PDF

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Abstract

天文望远镜实时精确指向的测定方法，控制系统按照以下步骤工作：⑴.观测时间和指向数据采集；⑵.图像采集；⑶.理论星图的生成；⑷.图像的全帧扫描；⑸.理论星图和实测星图的匹配分；⑹.望远镜指向测定；⑺.计算机系统根据上述输入数据，实时给出了望远镜的精确指向，指导望远镜进行空间碎片的观测和跟踪。本发明能根据采集的CCD图像以及图像对应的时刻和存在误差的指向，实时测定望远镜精确的指向，测定后望远镜的指向精度优于CCD图像像元分辨率的一半，及时望远镜的误差相差几度，也能准确测定望远镜实际的指向。处理效果好，能够广泛地应用到科研、以及工程领域中，尤其利于移动式观测设备的方向修正。

Description

天文望远镜实时精确指向的测定方法
技术领域
本发明是一种全新的天文望远镜实时精确指向的测定方法。本方法用于观测设备配备CCD的光学成像分系统，该指向测定方法能够实时采集CCD图像、CCD图像所对应的观测时刻和指向。并根据采集的望远镜CCD图像、CCD图像所对应的时刻及观测设备的初始指向，对CCD图像上的星象进行检测，从而对设备的指向进行准确测定的方法。该方法是一种的非常好的实时指向测定系统。
背景技术
在科研、工程等许多领域，有许多观测设备。由于这些观测设备在制造、装调及安装等过程中存在一系列的误差，所以在使用之前必须进行指向误差修正，这样才能给出观测目标在观测时刻时较为准确的测角值。
为了提高天文望远镜对空间碎片的测角精度，通常的手段是在分析望远镜误差源的基础上，给出望远镜误差修正模型，通过观测几十颗恒星，根据恒星的理论值和实测值，计算出望远镜误差修正模型的系数，从而对望远镜的指向误差进行修正。这种方法对望远镜的指向有一定的要求：修正前的指向误差不能太大（优于2角分）。否则给观测者带来很大的不便。
发明内容
本发明提供一种天文望远镜实时测定精确指向的系统，他能够根据采集的CCD图像，以及图像对应的时刻和指向，实时计算出望远镜的指向误差，修正后的望远镜指向精度优于CCD图像像元分辨率的一半。
完成上述发明任务的技术方案是：一种天文望远镜实时精确指向的测定方法，控制天文望远镜的计算机系统按照以下步骤工作：
⑴. 观测时间和指向数据采集；
⑵. 图像采集；
⑶. 理论星图的生成；
⑷. 图像的全帧扫描；
⑸. 理论星图和实测星图的匹配分；
⑹. 望远镜指向测定；
⑺. 计算机系统根据上述输入数据，实时给出了望远镜的精确指向，指导望远镜进行空间碎片的观测和跟踪。
优化方案中可以增加一个步骤：
⑻. 计算结果并可以通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系统的存储介质中。
采用上述步骤，最后得到了望远镜的精确指向，从而修正空间碎片的测角值，提高空间碎片的测角精度。
更优化和更具体描述以上各步骤如下：
⑴. 观测时间和指向数据采集：
观测时间和指向数据采集分系统实时接收GPS时间信号，实时采集望远镜指向数据，实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息，包括年月日时分秒毫秒，准确到0.1毫秒，锁存CCD曝光开始和结束时刻的指向信息，准确到0.0001度。
⑵. 图像采集：
图像采集分系统进行帧转移CCD图像的实时采集。它的工作流程是控制帧转移CCD，按照给定的曝光时间，根据帧转移CCD的图像读出频率得到的采样频率（比如：5Hz）采集CCD图像，将采集的空间碎片及背景恒星的帧转移CCD图像传输道计算机内存指定的缓冲区中。
⑶. 理论星图的生成：
理论星图的生成分系统根据望远镜的指向、观测时刻、望远镜的相关信息、理论星图的约束条件，生成理论星图的匹配库，供理论星图和实测星图匹配时使用。
⑷. 图像的全帧扫描：
图像的全帧扫描分系统根据CCD图像的本底、暗场、平场图像，以及输入的CCD图像进行综合分析，建立输入CCD图像背景估计的数学模型，给出CCD图像分割阈值，对CCD图像进行全帧扫描，给出CCD图像的上所有星象的扫描结果，根据此扫描结果建立实测星图的匹配库。
⑸. 理论星图和实测星图的匹配：
理论星图和实测星图的匹配分系统按照给定的匹配门限，对理论星图库和实测星图进行特征匹配，匹配成功的恒星用来计算望远镜指向误差的修正量。
望远镜指向测定：
⑹. 望远镜指向测定分系统根据理论星图和实测星图的匹配的结果，依照给定指向测定公式，测定望远镜的精确指向。
⑺. 计算机系统根据上述输入数据，实时给出了望远镜的精确指向，指导望远镜进行空间碎片的观测和跟踪。
⑻. 计算结果并可以通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系统的存储介质中。
本发明所涉及的“控制天文望远镜的计算机系统”可以采用现有技术中的控制天文望远镜的计算机系统。本发明所涉及的各个分系统，均为现有技术中的控制天文望远镜的计算机系统的分系统。
本发明提供一种实时测定望远镜精确指向的方法，他能够根据采集的CCD图像，以及图像对应的时刻和存在误差的指向，实时测定望远镜精确的指向，测定后望远镜的指向精度优于CCD图像像元分辨率的一半，及时望远镜的误差相差几度，也能准确测定望远镜实际的指向。该方法的实际处理效果好，能够广泛地应用到科研、以及工程领域中，尤其利于移动式观测设备的方向修正。
附图说明
图1 为各装置组合成本发明系统的示意图。
具体实施方式
实施例1，天文望远镜实时精确指向的测定方法，参照图1：步骤如下：⑴. 观测时间和指向数据采集分系统实时接收GPS时间信号，实时采集望远镜指向数据，实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息。⑵. 图像采集分系统进行帧转移CCD图像的实时采集。它的工作流程是控制帧转移CCD，按照给定的曝光时间，根据帧转移CCD的图像读出频率得到的采样频率采集CCD图像，将采集的空间碎片及背景恒星的帧转移CCD图像传输道计算机内存指定的缓冲区中。⑶. 理论星图的生成分系统根据望远镜的指向、观测时刻、望远镜的相关信息、理论星图的约束条件，生成理论星图的匹配库，供理论星图和实测星图匹配时使用。⑷. 图像的全帧扫描分系统根据CCD图像的本底、暗场、平场图像，以及输入的CCD图像进行综合分析，建立输入CCD图像背景估计的数学模型，给出CCD图像分割阈值，对CCD图像进行全帧扫描，给出CCD图像的上所有星象的扫描结果，根据此扫描结果建立实测星图的匹配库。⑸. 理论星图和实测星图的匹配：按照给定的匹配门限，对理论星图库和实测星图进行特征匹配，匹配成功的恒星用来计算望远镜指向误差的修正量。望远镜指向测定，根据理论星图和实测星图的匹配的结果，依照给定指向测定公式，测定望远镜的精确指向。⑺. 计算机系统根据上述输入数据，实时给出了望远镜的精确指向，指导望远镜进行空间碎片的观测和跟踪。⑻. 计算结果并可以通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系统的存储介质中。

Claims (2)

1. 一种天文望远镜实时精确指向的测定方法，其特征在于，控制天文望远镜的计算机系统按照以下步骤工作：
⑴. 观测时间和指向数据采集；
步骤⑴所述的观测时间和指向数据采集的具体操作是：观测时间和指向数据采集分系统实时接收GPS时间信号，实时采集望远镜指向数据，实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息，包括年月日时分秒毫秒，准确到0.1毫秒，锁存CCD曝光开始和结束时刻的指向信息，准确到0.0001度；
⑵. 图像采集；
步骤⑵所述的图像采集的具体操作是：图像采集分系统进行帧转移CCD图像的实时采集；其工作流程是控制帧转移CCD，按照给定的曝光时间，根据帧转移CCD的图像读出频率得到的采样频率采集CCD图像，将采集的空间碎片及背景恒星的帧转移CCD图像传输到计算机内存指定的缓冲区中；
⑶. 理论星图的生成；
步骤⑶所述的理论星图的生成的具体操作是：理论星图的生成分系统根据望远镜的指向、观测时刻、望远镜的相关信息、理论星图的约束条件，生成理论星图的匹配库，供理论星图和实测星图匹配时使用；
⑷. 图像的全帧扫描；
步骤⑷所述的图像的全帧扫描的具体操作是：图像的全帧扫描分系统根据CCD图像的本底、暗场、平场图像，以及输入的CCD图像进行综合分析，建立输入CCD图像背景估计的数学模型，给出CCD图像分割阈值，对CCD图像进行全帧扫描，给出CCD图像上的所有星象的扫描结果，根据此扫描结果建立实测星图的匹配库；
⑸. 理论星图和实测星图的匹配
步骤⑸所述的理论星图和实测星图的匹配的具体操作是：理论星图和实测星图的匹配分系统按照给定的匹配门限，对理论星图库和实测星图进行特征匹配，匹配成功的恒星用来计算望远镜指向误差的修正量；
⑹. 望远镜指向测定；
步骤⑹所述的望远镜指向测定的具体操作是：望远镜指向测定分系统根据理论星图和实测星图的匹配的结果，依照给定指向测定公式，测定望远镜的精确指向；
⑺. 计算机系统根据上述输入数据，实时给出望远镜的精确指向，指导望远镜进行空间碎片的观测和跟踪。
2. 根据权利要求1所述的天文望远镜实时精确指向的测定方法，其特征在于，还增加有以下步骤：⑻. 计算结果并通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系统的存储介质中。
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