CN109960027A - 一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置 - Google Patents

一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，由天文望远镜、望远镜姿态测量模块、慢速云台和立柱、承重型三角架、卫星定位模块、星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元组成。本发明利用云台位置与姿态测量技术、星历库和星图显示技术以及星位自动捕获与跟踪控制技术，使移动式观测设备完全可以达到准专业的天文观测等级，可以为专业天文观测领域提供移动式的高精度观测设备，也可以为普通天文爱好者提供远优于目前所使用的观测设备，特别是借助本发明设计的星历库和星图显示单元可以为用户提供非常方便的寻星过程，显示的虚拟化场景即普及了天文观测常识又给用户带来非凡的现场体验。

Description

一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置
技术领域
本发明涉及移动式天文观测的技术领域，特别是指一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置。
背景技术
目前天文观测设备主要分为专业和非专业两种，专业观测设备体积巨大且多采用定点观测，少部分可用于移动观测的设备也需要设备专用载车运输以及地平式光电经纬仪配合使用，同样体积庞大根本无法实现在多种地形环境下的移动使用。而非专业观星设备基本上都是采用折射式望远镜配三脚架的方式，虽便于携带但因结构简单未配置自动云台无法实现星位自动捕获和稳定跟踪，特别是对赤经和赤纬变化较快的星体，采用手动跟踪方式需要不断调整云台方位和俯仰角度以适应天体运动，这对于口径在150mm(分辨力0.8角秒)以上的望远镜是难以克服的困难。
目前，在观测设备寻星方面非专业观星设备通常采用手动查找星图并与当前位置所观测到的星图进行逐步对比再辅以人工识别的方式，但星图是随观测位置和时间变换较快的运动图像，特别是在观测星等较高的对象时难以准确识别，这种使用方法严重受限于观测人员的专业和熟练程度。
发明内容
本发明实施例提供了一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，为了解决现有技术中不能对观测到的星图进行实时测量和准确识别的问题。
本发明提供的一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，由天文望远镜、望远镜姿态测量模块、慢速云台和立柱、承重型三角架、卫星定位模块、星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元组成；所述天文望远镜包括寻星镜、正像镜和滤光片组成，通过慢速云台和立柱安装在承重三角架上；所述望远镜姿态测量模块安装在天文望远镜镜筒上方，用于实时测量当前望远镜的指向角和俯仰角并将测量数据发送至星位捕获与跟踪控制单元；所述慢速云台和立柱用于通过云台控制器调整水平和俯仰角；所述卫星定位模块安装在慢速云台和立柱上，用于向星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元发送观测装置当前的天文时间以及位置信息；所述星历库与星图显示单元用于星历计算和标准天文星图当地时间与位置的实时显示和虚拟化场景体验；所述星位捕获与跟踪控制单元通过采集天文望远镜实时姿态数据、星历数据、当前观测位置和时间信息，解算出天文望远镜当前时刻观测天体所需的方位和俯仰构成的指向角，并由云台控制器完成云台和天文望远镜的对准完成观测对象的捕获，并根据天体运行轨迹进行实时跟踪。
优选地，所述天文望远镜采用折反射式天文望远镜，通光口径为300mm～600mm、放大倍率为50～500倍，F2.8、分辨力为0.15角秒～0.4角秒、可分辨星等为14等～16等；所述姿态测量模块采用弱磁测角传感器，方位和俯仰测量精度不大于0.1度，采样频率为10hz～100hz，接口为RS422/232；所述星定位模块采用紧凑型GPS模块，定位精度不大于10m；所述慢速云台和立柱由两个分别控制方位和俯仰的伺服回路构成，分辨率为0.005度，俯仰角度控制范围为0度～91度，方位角度控制范围为-150度～150度，方位和俯仰角度转速为0.005度/秒～1度/秒，可调。
优选地，所述天文望远镜采用折反射式天文望远镜，通光口径为150mm～300mm、放大倍率为30～200倍，F5.6、分辨力为0.4角秒～0.8角秒、可分辨星等为12等～14等；所述姿态测量模块采用弱磁测角传感器，方位和俯仰测量精度不大于0.1度，采样频率为10hz～100hz，接口为RS422/232；所述卫星定位模块采用紧凑型GPS模块，定位精度不大于10m；所述慢速云台和立柱由两个分别控制方位和俯仰的伺服回路构成，分辨率为0.02度，俯仰角度控制范围为0度～91度，方位角度控制范围为-150度～150度，方位和俯仰角度转速为0.02度/秒～1度/秒，可调。
本发明的有益效果为：本发明实施例提供了一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，由天文望远镜、望远镜姿态测量模块、慢速云台和立柱、承重型三角架、卫星定位模块、星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元组成。本发明利用云台位置与姿态测量技术完成了天文望远镜位置和指向角度的实时测量、利用星历库和星图显示技术实现了星历计算和标准天文星图当地时间与位置的实时显示和虚拟化场景体验，并利用星位自动捕获与跟踪控制技术进行移动式云台的自动捕获与跟踪，通过上述几项技术有效的将专业型天文观测设备自动捕获与跟踪的优势与非专业望远镜轻便易携带的特点加以集成利用，可以将以目前非专业望远镜的口径由100mm扩充至300mm以上，从而为非专业望远镜由折射式向折反式过渡创造了条件，利用移动式观测设备完全可以达到准专业的天文观测等级。应用本发明实施例提供的移动式可自动捕获星位的天文观测装置，可以为专业天文观测领域提供移动式的高精度观测设备，也可以为普通天文爱好者提供远优于目前所使用的观测设备，特别是借助本发明设计的星历库和星图显示单元可以为用户提供非常方便的寻星过程，显示的虚拟化场景即普及了天文观测常识又给用户带来非凡的现场体验。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置组成框图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参照附图1，本发明实施例提供了一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，由天文望远镜、望远镜姿态测量模块、慢速云台和立柱、承重型三角架、卫星定位模块、星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元组成；天文望远镜包括寻星镜、正像镜和滤光片组成，通过慢速云台和立柱安装在承重三角架上；望远镜姿态测量模块安装在天文望远镜镜筒上方，用于实时测量当前望远镜的指向角和俯仰角并将测量数据发送至星位捕获与跟踪控制单元；慢速云台和立柱用于通过云台控制器调整水平和俯仰角；卫星定位模块安装在慢速云台和立柱上，用于向星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元发送观测装置当前的天文时间以及位置信息；星历库与星图显示单元用于星历计算和标准天文星图当地时间与位置的实时显示和虚拟化场景体验；星位捕获与跟踪控制单元通过采集天文望远镜实时姿态数据、星历数据、当前观测位置和时间信息，解算出天文望远镜当前时刻观测天体所需的方位和俯仰构成的指向角，并由云台控制器完成云台和天文望远镜的对准完成观测对象的捕获，并根据天体运行轨迹进行实时跟踪。
实施例一
本实施实例中天文望远镜选用准专业的折反式望远镜，通过慢速云台安装在承重三角架上，天文望远镜镜筒上方安装有望远镜姿态测量模块，模块可以实时测量当前望远镜的指向角和俯仰角并将测量数据传送至捕获与跟踪控制单元。慢速云台具有通过云台控制器进行水平和俯仰调整的功能，而云台控制器所发送的控制数据来自星位捕获与跟踪控制单元，云台上装有卫星定位模块，负责向星历库和星图显示单元以及控制单元发送观测装置当前的天文时间以及位置信息。承重三角架承载装置所有设备并具有水平度调整和显示功能。
星历库和星图显示单元主要有星历数据库和虚拟天文显示软件构成，星历数据库装载有完整的星历数据库，虚拟天文显示软件利用当前天文时间、位置信息、望远镜参数设置和所需观测天体号通过虚拟化场景仿真技术绘制出理想情况下天文望远镜的观测图像，图像信息上附有相关参照物和星座几何形状介绍，软件还可以任由观测人员手动设置观测位置和观测时间(不局限于地球位置和以年为单位的地球时间)，并由此虚拟显示观测场景。星历库和星图显示单元由小型嵌入式计算机完成数据采集、星历调用、解算、手工参数设置、虚拟场景显示和数据存储。
星位捕获与跟踪控制单元通过采集望远镜实时姿态数据、星历数据、当前观测位置和时间解算出望远镜当前时刻观测天体所需的方位和俯仰构成的指向角，并由云台控制器完成云台和望远镜的精确对准实现观测对象的捕获，并根据天体运行轨迹进行实时跟踪。
300mm～600mm口径折反式天文望远镜可移动式系统配置的设备组成和主要技术指标：
①天文望远镜(包括寻星镜、正像镜和滤光片组等构成)：折反射式天文望远镜、通光口径300mm～600mm、放大倍率50～500倍，F2.8、分辨力0.15角秒～0.4角秒、可分辨星等14等～16等；
②姿态测量模块：采用弱磁测角传感器，方位和俯仰测量精度不大于0.1度，采样频率10hz～100hz，接口RS422/232；
③卫星定位模块：采用紧凑型GPS模块，定位精度不大于10m；
④云台由两个分别控制方位和俯仰的伺服回路构成，分辨率0.005度，俯仰角度控制范围0度～91度，方位角度控制范围-150度～150度，方位和俯仰角度转速0.005度/秒～1度/秒可调；
⑤整机重量：不大于95kg，承重三角架20kg，慢速云台和控制器35kg，折反射式天文望远镜25kg，星位捕获与跟踪控制单元3kg，安装附件和电缆10kg。
实施例一中设计的系统构成是以携带300mm～500mm口径折反式天文望远镜为目标，其整机质量不超过95kg，其中最重的部件为慢速云台和控制器重量为35kg，可由2～3人由车辆运输至指定地点展开测试，可完成分辨力不高于0.15角秒，放大倍率不大于600倍的准专业天文观测。
实施例二
本实施实例中为进一步方便携带和使用，天文望远镜选用相对口径较小的折射式望远镜，慢速云台和三角架相比实施例一都采用较为轻型的设计，折射式望远镜通过慢速云台安装在承重三角架上，天文望远镜镜筒上方安装有望远镜姿态测量模块，模块可以实时测量当前望远镜的指向角和俯仰角并将测量数据传送至捕获与跟踪控制单元。慢速云台具有通过云台控制器进行水平和俯仰调整的功能，而云台控制器所发送的控制数据来自星位捕获与跟踪控制单元，云台上装有卫星定位模块，负责向星历库和星图显示单元以及控制单元发送观测装置当前的天文时间以及位置信息。
星位捕获与跟踪控制单元和星历库和星图显示单元的功能与实施例一中的基本相同。
150mm～300mm口径折射式天文望远镜便携式系统配置的设备组成和主要技术指标：
⑥天文望远镜(包括寻星镜和滤光片组等构成)：折射式天文望远镜、通光口径150mm～300mm、放大倍率30～200倍，F5.6、分辨力0.4角秒～0.8角秒、可分辨星等12等～14等；
⑦姿态测量模块：采用弱磁测角传感器，方位和俯仰测量精度不大于0.1度，采样频率10hz～100hz，接口RS422/232；
⑧卫星定位模块：采用紧凑型GPS模块，定位精度不大于10m；
⑨云台由两个分别控制方位和俯仰的伺服回路构成，分辨率0.02度，俯仰角度控制范围0度～91度，方位角度控制范围-150度～150度，方位和俯仰角度转速0.02度/秒～1度/秒可调；
⑩整机重量：不大于55kg，承重三角架10kg，慢速云台和控制器20kg，折反射式天文望远镜12kg，星位捕获与跟踪控制单元3kg，安装附件和电缆10kg。
实施例二中设计的系统构是以携带100mm～300mm口径折射式天文望远镜为目标，其整机质量不超过55kg，其中最重的部件为慢速云台和控制器重量为20kg，可由2人携带至指定地点展开测试，可完成分辨力不高于0.8角秒，放大倍率200倍以下的非专业天文观测。
本发明实施例提供了一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，由天文望远镜、望远镜姿态测量模块、慢速云台和立柱、承重型三角架、卫星定位模块、星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元组成。本发明利用云台位置与姿态测量技术完成了天文望远镜位置和指向角度的实时测量、利用星历库和星图显示技术实现了星历计算和标准天文星图当地时间与位置的实时显示和虚拟化场景体验，并利用星位自动捕获与跟踪控制技术进行移动式云台的自动捕获与跟踪，通过上述几项技术有效的将专业型天文观测设备自动捕获与跟踪的优势与非专业望远镜轻便易携带的特点加以集成利用，可以将以目前非专业望远镜的口径由100mm扩充至300mm以上，从而为非专业望远镜由折射式向折反式过渡创造了条件，利用移动式观测设备完全可以达到准专业的天文观测等级。应用本发明实施例提供的移动式可自动捕获星位的天文观测装置，可以为专业天文观测领域提供移动式的高精度观测设备，也可以为普通天文爱好者提供远优于目前所使用的观测设备，特别是借助本发明设计的星历库和星图显示单元可以为用户提供非常方便的寻星过程，显示的虚拟化场景即普及了天文观测常识又给用户带来非凡的现场体验。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种移动式可自动捕获星位的天文观测装置，其特征在于，由天文望远镜、望远镜姿态测量模块、慢速云台和立柱、承重型三角架、卫星定位模块、星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元组成；所述天文望远镜包括寻星镜、正像镜和滤光片组成，通过慢速云台和立柱安装在承重三角架上；所述望远镜姿态测量模块安装在天文望远镜镜筒上方，用于实时测量当前望远镜的指向角和俯仰角并将测量数据发送至星位捕获与跟踪控制单元；所述慢速云台和立柱用于通过云台控制器调整水平和俯仰角；所述卫星定位模块安装在慢速云台和立柱上，用于向星历库与星图显示单元以及星位捕获与跟踪控制单元发送观测装置当前的天文时间以及位置信息；所述星历库与星图显示单元用于星历计算和标准天文星图当地时间与位置的实时显示和虚拟化场景体验；所述星位捕获与跟踪控制单元通过采集天文望远镜实时姿态数据、星历数据、当前观测位置和时间信息，解算出天文望远镜当前时刻观测天体所需的方位和俯仰构成的指向角，并由云台控制器完成云台和天文望远镜的对准完成观测对象的捕获，并根据天体运行轨迹进行实时跟踪。
2.根据权利要求1所述的移动式可自动捕获星位的天文观测装置，其特征在于，所述天文望远镜采用折反射式天文望远镜，通光口径为300mm～600mm、放大倍率为50～500倍，F2.8、分辨力为0.15角秒～0.4角秒、可分辨星等为14等～16等；所述姿态测量模块采用弱磁测角传感器，方位和俯仰测量精度不大于0.1度，采样频率为10hz～100hz，接口为RS422/232；所述星定位模块采用紧凑型GPS模块，定位精度不大于10m；所述慢速云台和立柱由两个分别控制方位和俯仰的伺服回路构成，分辨率为0.005度，俯仰角度控制范围为0度～91度，方位角度控制范围为-150度～150度，方位和俯仰角度转速为0.005度/秒～1度/秒，可调。
3.根据权利要求1所述的移动式可自动捕获星位的天文观测装置，其特征在于，所述天文望远镜采用折反射式天文望远镜，通光口径为150mm～300mm、放大倍率为30～200倍，F5.6、分辨力为0.4角秒～0.8角秒、可分辨星等为12等～14等；所述姿态测量模块采用弱磁测角传感器，方位和俯仰测量精度不大于0.1度，采样频率为10hz～100hz，接口为RS422/232；所述卫星定位模块采用紧凑型GPS模块，定位精度不大于10m；所述慢速云台和立柱由两个分别控制方位和俯仰的伺服回路构成，分辨率为0.02度，俯仰角度控制范围为0度～91度，方位角度控制范围为-150度～150度，方位和俯仰角度转速为0.02度/秒～1度/秒，可调。
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