CN111158135A - 一种适用于地平式望远镜的修正装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于地平式望远镜的修正装置及方法，包括外壳、滚动轴承、上套筒、传导装置、上壳和电机，外壳的上表面向外壳内部凹陷形成第一容纳腔，上壳可拆卸连接在外壳上且覆盖所述第一容纳腔的开口端，上套筒的外围设置有滚动轴承并通过滚动轴承和外壳以及上壳均转动连接，上套筒设置有用于连接望远镜的第一通孔，外壳上设置有用于连接拍摄终端的第二通孔，上壳上设置有第三通孔，外壳的侧壁上设置有用于连接误差检测装置的第四通孔，传导装置固定设置在外壳的内部，用于将透过拍摄终端的部分光线传送至误差检测装置，电机的电机轴与上套筒传动连接。本发明有利于拍摄出质量稳定且无场旋、跟踪误差影响的图像。
Description
技术领域
本发明涉及天文观测设备技术领域，尤其涉及一种适用于地平式望远镜的修正装置及方法。
背景技术
目前，在天文观测和天文摄影中，地平式望远镜凭借着结构简单，跟踪设计方便和口径大的优点，在业余天文观测中使用较为广泛，但是在不考虑大气折射引起的蒙差时，地平式望远镜具有跟踪总误差，主要体现为场旋和跟踪误差两个方面。由于相机调焦筒和望远镜之间固定连接，使地平式跟踪方式所必然引入的场旋一直是限制其在天文爱好者中使用的最大因素；而当考虑望远镜的跟踪误差时，跟踪总误差表现为场旋和跟踪误差的叠加。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种适用于地平式望远镜的修正装置及方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用于地平式望远镜的修正装置，包括：外壳、滚动轴承、上套筒、传导装置、上壳和电机，所述外壳的上表面向所述外壳内部凹陷形成第一容纳腔，所述上壳可拆卸连接在所述外壳上且覆盖所述第一容纳腔的开口端，所述上套筒的外围设置有滚动轴承并通过滚动轴承和外壳以及上壳均转动连接，所述上套筒的中间位置设置有用于连接望远镜的第一通孔，所述外壳上设置有用于连接拍摄终端的第二通孔，所述上壳上设置有第三通孔，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔同轴设置，所述外壳的侧壁上设置有用于连接误差检测装置的第四通孔，所述传导装置固定设置在所述外壳的内部，用于将透过所述拍摄终端的部分光线传送至误差检测装置，所述电机与所述外壳固定连接，所述电机的电机轴与所述上套筒传动连接。
优选地，所述传导装置为棱镜，所述棱镜的出光面设置在所述第四通孔处，所述棱镜的出光面与入光面的延长线的夹角呈45°，通过将透过所述拍摄终端的部分光线沿棱镜的入光面进入反射90°后由出光面传送至所述误差检测装置。
优选地，所述电机的电机轴上设置有摩擦传动圆盘，所述摩擦传动圆盘的外周侧与所述上套筒的外周侧抵接并通过摩擦力使所述上套筒转动。
优选地，所述摩擦传动圆盘与所述上套筒之间设置有离合装置，通过所述离合装置使所述摩擦传动圆盘与所述上套筒之间实现传动连接或切断传动。
优选地，所述离合装置包括离合器轴、离合器轴承、离合器摩擦轮和离合器旋钮，所述离合器旋钮设置在所述上壳的上方，所述上壳上设置有通孔，所述离合器轴一端贯穿所述通孔并与所述离合器旋钮螺纹连接，另一端通过所述离合器轴承与所述摩擦传动圆盘和所述上套筒传动连接，所述离合器轴的横截面与所述通孔均呈D型。
优选地，所述上套筒与滚动轴承、所述滚动轴承与外壳之间过盈装配。
优选地，所述误差检测装置采用1.25寸行星/导星摄像机。
优选地，还包括主控板、供电/通讯接口和显示屏，所述供电/通讯接口和显示屏均设置在外壳的侧壁上，所述电机、供电/通讯接口和显示屏均与所述主控板电性连接。
一种采用如上所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置的修正系统，包括修正装置、分析处理装置、误差检测装置和跟踪装置，所述分析处理装置分别与所述修正装置、误差检测装置和跟踪装置进行通信连接，其中，
所述误差检测装置，用于实时获取像场边缘的成像并发送至所述分析处理装置；
所述分析处理装置，用于分析处理所述误差检测装置发送的成像信号，获得到的场旋修正信号和跟踪误差修正信号并控制所述跟踪装置和所述修正装置分别进行修正；
所述跟踪装置，用于修正拍摄中的跟踪信号；
所述修正装置，用于修正拍摄中的场旋信号。
一种采用如上所述的一种适用于地平式望远镜的修正系统的修正方法，包括如下步骤：
步骤1、设置采样间隔时间T0，获取误差检测装置输入的图像，在图像中选择第一星点进行跟踪，将记录第一星点位置(x1，y1)并存入存储器；
操纵地平式望远镜小幅度增加方位角，将第一星点变化后的位置(x1′，y1′)
并存入存储器；计算地平坐标系与传感器坐标系的初始偏差
完成初始校准；
步骤2、增加第二星点，并将第二星点的位置(x2，y2)存入存储器，以初始设置的T0为间隔重复降噪和记录流程，得出第一星点的位置(x11，y11；x12，y12)和第二星点的位置(x21，y21；x22，y22)两组数据；计算跟踪误差(xe，ye)与场旋误差θe，其中：
(xe，ye)＝(x11，y11)-(x12，y12)
将计算获得的跟踪误差(xe，ye)根据初始偏差θd进行转换，获得最后跟踪误差实际修正值(xa，ya)，控制地平式望远镜的旋转轴和俯仰轴来实现跟踪误差修正；
将计算获得的场旋误差θe与初始偏差θd相加，获得场旋实际误差θd′；将场旋实际误差θd′送入修正装置中，控制电机修正场旋误差。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：地平式望远镜凭借着结构简单，跟踪设计方便和口径大的优点，在业余天文观测中使用较为广泛，而地平式跟踪方式所必然引入的场旋和跟踪误差一直是限制其在天文爱好者中使用的最大因素。本发明通过使用传感器(CCD/CMOS)监测望远镜像场中的其他星点，形成二维连线并通过算法实现对跟踪误差和场旋的分离和分别处理，从而实现长时间曝光，满足深空摄影的基本要求；且装置结构简单，安装简便，易于使用和后期维护。
附图说明
图1：本发明的一种适用于地平式望远镜的修正装置的爆炸图；
图2：本发明的一种适用于地平式望远镜的修正装置的剖面图；
图3：本发明的一种适用于地平式望远镜的修正装置的整体结构示意图；
图4：本发明的一种适用于地平式望远镜的修正装置中的离合装置的结构示意图；
图5：地平式望远镜的场旋示意图，图中圆为像场，“十”字为像场中心；
图6：地平式望远镜的跟踪误差示意图，图中圆为像场，“十”字为像场中心；
图7：地平式望远镜在不考虑跟踪误差时的跟踪总误差，图中圆为像场，“十”字为像场中心；
图8：地平式望远镜在考虑跟踪误差时的跟踪总误差，图中圆为像场，“十”字为像场中心；
图9：本发明的一种适用于地平式望远镜的修正装置的电路图；
其中：1、外壳；2、滚动轴承；3、轴承支撑板；4、上套筒；5、棱镜；6、上壳；7、电机；8、摩擦转动圆盘；9、离合器轴；10、离合器轴承；11、离合器摩擦轮；12、离合器旋钮；13、后盖；14、显示屏；15、USB接口；16、主控板；201、第一通孔；202、第二通孔；203、第三通孔；204、第四通孔；301、出光面；302、入光面。
具体实施方式
下面将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。
如图5、6所示，在不考虑大气折射引起的蒙差时，地平式望远镜的跟踪误差主要体现为场旋和跟踪误差。场旋表现为望远镜成像以像场中心为对称中心旋转，而跟踪误差表现为望远镜成像向任意方向的移动。
如图7所示，不考虑望远镜的跟踪误差时，则只存在场旋，其旋转速度和方向可由像场内任意一颗引导星的运动得出，场旋量(°)即为其绕像场中心点旋转的角度；
如图8所示，当考虑望远镜的跟踪误差时，总误差表现为场旋和跟踪误差的叠加。在此时，监测单颗星的运动将无法将上述两种误差分离。此时可引入第二颗引导星。两颗星的连线为一二维线段，而线段的平移和旋转是可以被分离的：场旋表现为线段指向的旋转，而跟踪误差表现为线段的平移。因此可以通过此方式来检测并分离上述两种误差。
实施例一
如图1至3所示，一种适用于地平式望远镜的修正装置，包括：外壳1、滚动轴承2、上套筒4、传导装置、上壳6和电机7，外壳1的上表面向外壳1内部凹陷形成第一容纳腔，上壳6可拆卸连接在外壳上且覆盖第一容纳腔的开口端，上套筒4的外围设置有滚动轴承2并通过滚动轴承2和外壳1以及上壳6均转动连接，上套筒4的中间位置设置有用于连接望远镜的第一通孔201，外壳1上设置有用于连接拍摄终端的第二通孔202，上壳6上设置有第三通孔203，第一通孔201、第二通孔202和第三通孔203同轴设置，外壳1的侧壁上设置有用于连接误差检测装置的第四通孔204，传导装置固定设置在外壳1的内部，用于将透过拍摄终端的部分光线传送至误差检测装置，电机7与外壳1固定连接，电机7的电机轴与上套筒4传动连接。
具体说明如下：上壳6与外壳1之间可以是螺栓连接、螺钉连接、卡接或胶接中任意一种连接方式；上套筒4和上壳6以及外壳1之间的连接通过滚动轴承2来实现，滚动轴承2下方通过轴承支撑板3设置在第一容纳腔内，电机7选用调速电机或步进电机，本实施例中采用的为电机7采用为鸣志14HK0405N，电机7的电机轴上安装有摩擦转动圆盘8，摩擦转动圆盘8的外周侧与上套筒4的外周侧抵接并通过摩擦力使上套筒4转动；上套筒4的第一通孔201的端部采用M48/M52螺纹接口或2/2.5英寸套筒，拍摄终端穿过上壳6上的第三通孔203，与上套筒4上的第一通孔201的端部进行连接，第四通孔204中通过侧面的M4螺丝连接的误差检测装置，第二通孔202连接地平式望远镜。棱镜5的出光面301设置在第四通孔204处，棱镜5的入光面302为45°的斜面，通过将透过拍摄终端的部分光线沿棱镜5的入光面302进入反射90°后由出光面301传送至误差检测装置。
误差检测装置内设置有CCD/CMOS等成像元件，捕捉像场边缘的两颗或多颗星点，由于两颗星的连线为一二维线段，则场旋误差表现为二维线段指向的旋转；跟踪误差表现为二维线段的平移，通过计算机进行分析即可实现跟踪误差和场旋误差的分离定性和定量，其中，
分析方法过程如下：
地平式望远镜上均带有自动导星接口，通过一根数据线(RS232/USB等)和计算机连接，通过国际上通用的ASCOM协议与计算机进行通讯，设置采样间隔时间T0，计算机获取误差检测装置输入的图像，对图像进行简单降噪、检测，并在图像中选择第一星点进行跟踪，记录第一星点位置(x1，y1)并存入存储器；操纵地平式望远镜小幅度增加方位角，将第一星点变化后的位置(x1′，y1＇)并存入存储器；计算地平坐标系与传感器坐标系的初始偏差
完成初始校准；
增加第二星点，并将第二星点的位置(x2，y2)存入存储器，以初始设置的T0为间隔重复降噪和记录流程，得出第一星点的位置(x11，y11；x12，y12)和第二星点的位置(x21，y21；x22，y22)两组数据；计算跟踪误差(xe，ye)与场旋误差θe，其中：
(xe，ye)＝(x11，y11)-(x12，y12)
将计算获得的跟踪误差(xe，ye)根据初始偏差θd进行转换，获得最后跟踪误差实际修正值(xa，ya)，并将跟踪误差实际修正值送入地平式望远镜中，通过现有ASCOM协议下的ST-4导星端口，直接控制地平式望远镜的旋转轴和俯仰轴来实现跟踪误差修正；
将计算获得的场旋误差θe与初始偏差θd相加，获得场旋实际误差θd′；将场旋实际误差θd′送入修正装置中，控制电机修正场旋误差，实现场旋误差修正。
上述方法采用闭环控制方式，可以有效修正电机跟踪误差、GPS定位误差、望远镜指向误差等对场旋修正量的影响，极大提升了使用便利性及拍摄质量；与此同时，还可修正地平式望远镜的跟踪误差，从而免去了其他误差修正装置/方法的使用，提升了系统的集成度和稳定性，降低了故障发生的可能性。
本实施例中的误差检测装置做成外置式，在外壳1的侧壁上设置第四通孔204即预留1.25寸通用接口进行连接，采用1.25寸行星/导星摄像头并通过侧面的M4螺丝连接在外壳侧壁的第四通孔204上，从而最大化现有设备的利用潜能，减少升级造成的浪费和损失。1.25寸行星/导星摄像头可以直接获得棱镜5反射的地平式望远镜像场周边成像，并送入计算机中，通过软件进行误差分析。误差检测装置也可以根据实际需求做成内置式，即指将CCD/CMOS等成像元件内建在场旋修正装置内部，并与外壳刚性连接(即与拍摄终端保持相对位置不变)，从而保证误差检测装置的稳定性。
上套筒4可转动，传动方式可为齿轮/皮带/链传动/摩擦传动等多种形式，本例中为摩擦传动，并使用轴承来减小摩擦阻力，提高精度。上套筒4与滚动轴承2、滚动轴承2与外壳1均为过盈配合。传动动力源为电机7，内置在场旋修正装置内，但不限于电机。计算机通过误差分析，控制电机的转速以修正场旋误差。
如图4所示，摩擦传动圆盘8与上套筒4之间还可以设置离合装置，通过离合装置使摩擦传动圆盘8与上套筒4之间实现传动连接或分离，可在拍摄前切断电机7与摩擦转动圆盘8的连接，使上套筒自由旋转，从而便于构图，提高便利性。具体为，电机7带动摩擦传动圆盘8转动，摩擦传动圆盘8带动离合器轴承10及离合器摩擦轮11转动，离合器摩擦轮11带动上套筒4转动，从而起到修正场旋误差的效果。离合器轴9未和离合器轴承10接触的部分刻有螺纹，可通过离合器旋钮12的旋转带动其上下运动。当离合器旋钮12顺时针旋转时，离合器摩擦轮11向上移动，从而使摩擦传动圆盘8与上套筒4之间实现切断传动的效果；离合器轴9上半部分的横截面呈D型，离合器轴9贯穿上壳6的开孔也为同样形状，从而避免离合器旋钮12旋转时离合器轴9也随着转动；摩擦传动圆盘8的下部凸出，和轴承2配合防止离合器摩擦轮11过度向下移动造成脱落。
如图2、9所示，一种适用于地平式望远镜的修正装置还包括主控板16，外壳1侧面还设置有供电/通讯接口和显示屏等附件，电机7、供电/通讯接口(USB接口15)和显示屏14均与主控板16电性连接，从而便于连接线路和查看工作状态，本实施例中，显示屏14采用BTHQ 21605V。
以上所述仅为本发明所公开的一种适用于地平式望远镜的修正装置的优选实施方式，并非用于限定本说明书实施例的保护范围。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书实施例中的各个实施例均采用递进方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
Claims (10)
1.一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，包括：外壳、滚动轴承、上套筒、传导装置、上壳和电机，所述外壳的上表面向所述外壳内部凹陷形成第一容纳腔，所述上壳可拆卸连接在所述外壳上且覆盖所述第一容纳腔的开口端，所述上套筒的外围设置有滚动轴承并通过滚动轴承和外壳以及上壳均转动连接，所述上套筒的中间位置设置有用于连接望远镜的第一通孔，所述外壳上设置有用于连接拍摄终端的第二通孔，所述上壳上设置有第三通孔，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔同轴设置，所述外壳的侧壁上设置有用于连接误差检测装置的第四通孔，所述传导装置固定设置在所述外壳的内部，用于将透过所述拍摄终端的部分光线传送至误差检测装置，所述电机与所述外壳固定连接，所述电机的电机轴与所述上套筒传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，所述传导装置为棱镜，所述棱镜的出光面设置在所述第四通孔处，所述棱镜的出光面与入光面的延长线的夹角呈45°，用于将透过所述拍摄终端的部分光线沿棱镜的入光面进入反射90°后由出光面传送至所述误差检测装置。
3.根据权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，所述电机的电机轴上设置有摩擦传动圆盘，所述摩擦传动圆盘的外周侧与所述上套筒的外周侧抵接并通过摩擦力使所述上套筒转动。
4.根据权利要求3所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，所述摩擦传动圆盘与所述上套筒之间设置有离合装置，通过所述离合装置使所述摩擦传动圆盘与所述上套筒之间实现传动连接或切断传动。
5.根据权利要求4所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，所述离合装置包括离合器轴、离合器轴承、离合器摩擦轮和离合器旋钮，所述离合器旋钮设置在所述上壳的上方，所述离合器轴一端贯穿所述上壳并与所述离合器旋钮螺纹连接，另一端通过所述离合器轴承与所述摩擦传动圆盘和所述上套筒传动连接，所述离合器轴的横截面呈D型。
6.根据权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，所述上套筒与滚动轴承、所述滚动轴承与外壳之间过盈装配。
7.根据权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，所述误差检测装置采用1.25寸行星/导星摄像机。
8.根据权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置，其特征在于，还包括主控板、供电/通讯接口和显示屏，所述供电/通讯接口和显示屏均设置在外壳的侧壁上，所述电机、供电/通讯接口和显示屏均与所述主控板电性连接。
9.一种采用如权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置的修正系统，其特征在于，包括修正装置、分析处理装置、误差检测装置和跟踪装置，所述分析处理装置分别与所述修正装置、误差检测装置和跟踪装置进行通信连接，其中，
所述误差检测装置，用于实时获取像场边缘的成像并发送至所述分析处理装置；
所述分析处理装置，用于分析处理所述误差检测装置发送的成像信号，获得到的场旋修正信号和跟踪误差修正信号并控制所述跟踪装置和所述修正装置分别进行修正；
所述跟踪装置，用于修正拍摄中的跟踪信号；
所述修正装置，用于修正拍摄中的场旋信号。
10.一种采用如权利要求1所述的一种适用于地平式望远镜的修正装置的修正方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、设置采样间隔时间T0，获取误差检测装置输入的图像，在图像中选择第一星点进行跟踪，将记录第一星点位置(x1，y1)并存入存储器；操纵地平式望远镜小幅度增加方位角，将第一星点变化后的位置(x1′，y1′)并存入存储器；计算地平坐标系与传感器坐标系的初始偏差
完成初始校准；
步骤2、增加第二星点，并将第二星点的位置(x2，y2)存入存储器，以初始设置的T0为间隔重复降噪和记录流程，得出第一星点的位置(x11，y11；x12，y12)和第二星点的位置(x21，y21；x22，y22)两组数据；计算跟踪误差(xe，ye)与场旋误差θe，其中：
(xe，ye)＝(x11，y11)-(x12，y12)
将计算获得的跟踪误差(xe，ye)根据初始偏差θd进行转换，获得最后跟踪误差实际修正值(xa，ya)，控制地平式望远镜的旋转轴和俯仰轴来实现跟踪误差修正；
将计算获得的场旋误差θe与初始偏差θd相加，获得场旋实际误差θd′；将场旋实际误差θd′送入修正装置中，控制电机修正场旋误差。
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| CN202010144410.9A CN111158135B (zh) | 2020-03-04 | 一种适用于地平式望远镜的修正装置及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111766696A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种地平式光电望远镜图像旋转的消除方法及装置 |
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