CN201629094U - 辅助观星系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种涉及天文教学观测器具领域，具体涉及一种辅助观星系统，包括：用于GPS定位的GPS模块、包含星体资料数据库的存储模块、用于图像显示的显示模块、用于接收观测者指令选择观测对象的指星笔、用于进行数据计算的计算模块以及用于控制各个模块的主控模块。本实用新型提出的辅助观星系统，能够方便、准确地瞄准星空中的观测对象，并提供清楚的观星资料给观测者，使天文观测更加科学与便捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及天文教学观测器具领域，具体涉及一种辅助观星系统。
背景技术
当前多数天文爱好者都使用早期研究的纸质星图。但使用纸质星图进行观测必须要求观测者先昂首调整好观测方向，再对好时间，并用手电筒照明确认好之后，最后对应天空中的每一颗星星进行单个确认。这种观星手段一方面确认费时费力，另一方面会因为手电筒的开关状态变换对观测者眼睛产生影响，进而影响观测效果。
最新的观星设备是美国星特朗公司研制的个人手持天象仪。由于该设备已经在内部预置近万颗星星的数据，通过GPS卫星定位后，用瞄准设备瞄准某一颗星，按下设定按钮后电子屏上就会出现这颗星的名字，再往下按菜单搜寻则可了解这颗星的相关数据。但使用该观星设备存在着以下一些缺陷：
1.对星时难对准。由于个人手持天象仪是使用双层玻璃进行瞄准，在夜晚星空很暗的背景下对准一颗星较为困难。尤其当瞄准对象是双星或者星团时，辨认出这些瞄准对象更为困难。
2.屏幕显示的数据繁多，给初始使用者造成困惑。由于观星设备主要是为初学者提供服务，但对于个人手持天象仪的初始使用者来说，确定瞄准的观测对象后，相应地显示屏显示的是若干星星的名称，一些简单的星星名称能够被初学者识别，但是某些双星或者星团却给初学者造成困惑，以至于无法识别观测对象的名字，影响观星效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提出一种辅助观星系统，能够方便、准确地瞄准星空中的观测对象，并提供清楚的观星资料给使用者。
本实用新型提出的辅助观星系统，包括：用于GPS定位的GPS模块、包含星体资料数据库的存储模块、用于接收观测者指令选择观测对象的指星笔、用于图像显示的显示模块、用于进行数据计算的计算模块以及用于控制各个模块的主控模块。所述主控模块分别和所述GPS模块、所述存储模块、所述显示模块、所述计算模块相连接；所述指星笔位于所述显示模块表面；所述显示模块、所述GPS模块和所述存储模块依次连接，所述计算模块分别和所述显示模块、所述存储模块连接。
所述GPS模块获取观测者所在观测点的经纬度并发送至所述存储模块；所述存储模块根据所述经纬度从所述星体资料数据库中查找获得以该经纬度为中心的星空图，并将该星空图发送至所述显示模块进行显示。
所述指星笔接收观测者指令在所述星空图中选定观测对象；所述GPS模块获取所述观测对象的实际地平坐标值；同时所述存储模块查找获得该观测对象的经纬度并将该经纬度发送至所述计算模块进行计算，所述计算模块计算获得对应该观测对象的理论地平坐标值。
所述主控模块分别从所述计算模块和所述GPS模块读取所述理论地平坐标值和所述实际地平坐标值并进行比较，将比较结果发送至所述存储模块；所述存储模块根据所述比较结果查找获得以所述观测对象为中心的星空图，并将该星空图发送至所述显示模块进行显示。
本实用新型在确定观测的星星，即确定欲观测对象后，可在显示模块上显示以观测地点为中心的局部星空放大图，方便使用者，尤其是初学者与实际天空比对，增强观测的便利性。而且使用指星笔来定位，能够准确地确认需要观测的是哪颗星，不会出现寻星不稳的问题。
附图说明
图1为辅助观星系统结构示意图；
图2为辅助观星系统示例设计图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例涉及一种辅助观星系统，如图1所示，该系统包括用于GPS定位的GPS模块、包含星体资料数据库的存储模块、用于图像显示的显示模块、用于接收观测者指令选择观测对象的指星笔、用于进行数据计算的计算模块以及用于控制各个模块的主控模块。
GPS模块用于确定观测者位置以及星空的方位。
存储模块包含着星体资料数据库，本实施例在这个数据库中，提供了4000颗初学者可以了解的星体资料。星体包括所有的可视星体和部分星等比较亮的星体。
由于星体的数据量非常庞大，存在着大量的眼睛不可见星，而星等比较亮的星体比较分散，所以在建立星体资料数据库时，可以先筛选出星等在6以上的星体，一般筛选后有3000多颗星体满足要求。然后再从7千多NGC星云中选出6百多个星等亮度10的目标、110个梅西耶星云、太阳系的8个行星以及月亮等接近1千多个目标一起添加进星体资料数据库。该天体数据库按照星等和星体名称产生主、辅索引，提高天体资料查找速度。每个星体都包含着对应的赤经和赤纬，即该星体的RA(赤经)值和DEC(赤纬)值。根据RA值和DEC值可以通过计算来获得该星体的地平坐标。
显示模块用于图像的显示。本实施例中使用3.5寸的触摸式LCD屏幕来实现这个显示模块，既可以显示全天星图，又可以显示局部放大图。在获得星体的地平坐标后，可以在该LCD屏幕上画出相应的投影坐标，形成星图。
整个系统内各个模块的连接关系分别为：主控模块分别和GPS模块、存储模块、显示模块、计算模块相连接；显示模块、GPS模块和存储模块依次连接；计算模块分别和显示模块、存储模块连接。其中，指星笔位于显示模块表面。
在地球的观测系统一般是以地平坐标作定位.要建立观测点的地平坐标必要的参数是：1.观测点的地球经纬度；2.当前时间；3.正北极的方向。
如果要定位一颗星则还需要这颗星当前时间的地平坐标(即方位角和高度角).如果定位是一个范围，则还需要视场的半径.得到这些数据，然后跟星空数据库里面的记录作对比，找出最接近的星.然后根据视场范围从数据库里筛选出视场里可视星群.最终建立出以指向星为中心的星空放大图。
首先，GPS模块获取观测者所在观测点的经纬度并发送至存储模块。GPS模块是使用GPS卫星实现定位，由于卫星的位置精确可知，若使用3颗卫星进行定位，根据卫星到接收机的距离并利用三维坐标中的距离公式，可以组成3个方程式，从而解出观测点的位置(X，Y，Z)。考虑到卫星的时钟与接收机之间的误差，实际还包含第四个未知数，即钟差；因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高度。
事实上使用高灵敏度的GPS接收机作为GPS模块，可以锁住4颗以上的卫星(一般13颗)。接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，GPS模块可以为采用差分GPS(DGPS)技术的GPS模块。这样，利用已知的基准站精确坐标，再与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，采用差分GPS技术的GPS模块可以使定位精度提高到5米。
然后，存储模块根据观测者所在观测点的经纬度，从星体资料数据库中查找获得以该经纬度为中心的星空图，并将该星空图发送至LCD屏幕进行显示。
观测者开始使用指星笔后，指星笔接收观测者指令在星空图中选定观测对象。由于显示模块是触摸式LCD屏幕，则主控模块获取显示模块中的观测对象，并将包含观测对象信息的指令发送至GPS模块和存储模块。GPS模块就开始获取这个观测对象的实际地平坐标值。同时存储模块查找获得该观测对象的经纬度并将该经纬度发送至计算模块进行计算，计算模块计算获得对应该观测对象的理论地平坐标值。
主控模块分别从计算模块和GPS模块读取理论地平坐标值和实际地平坐标值并进行比较，将比较结果发送至存储模块。由于地平坐标值包括星体的方位角和高度角，若以Z1和A1分别表示理论高度角和理论方位角，以Z2和A2分别表示实际高度角和实际方位角，则主控模块将理论地平坐标值中的Z1和A1跟实际地平坐标值中的Z2和A2进行比较。确定与实际地平坐标值最接近的Z1和A1所对应星体为观测者要观测的星体，然后存储模块将与这个观测星体的Z1和A1相差正负10度的所有星体从星体资料数据库中提取出来，由计算模块通过计算获得这些提取出来的星体各自的赤经和赤纬，进而存储模块根据赤经和赤纬由LCD屏幕显示出这些星体相应的位置，最后可以用星体的图片替代特定位置形成星图。若要形成星座，则可以将相关的星体按顺序画出连线得到星座图。
上述计算模块进行计算的过程可以按照以下过程进行：
以δ表示赤纬，ψ表示赤经，Z表示高度角，A表示方位角，T表示时差；
方程一：sinZcosA＝sinψcosδcosT-cosψsinδ；
方程二：sinZsinA＝cosδsinT；
方程三：cosZ＝cosψcosδcosT+sinψsinδ；
根据观测对象的赤经和赤纬，通过上述方程一、方程二和方程三可以联合求解获得方位角和高度角的值。
在本实施例提出的辅助观星系统中，GPS模块包括三轴定向传感器。该三轴定向传感器具体包含二维磁场传感器和一维的重力加速度传感器。使用二维磁场传感器可以测出地球磁场的正北，由于环境温度可能会影响系统精度，因此，在高精度系统中可以通过补偿线圈对其进行补偿。二维磁场传感器中，内部两个正交的磁场传感器分别对应二维平面的X轴和Y轴。磁场传感器的原理是利用磁阻(MR)组成磁式结构，这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。以便在磁场传感器的翻转线圈Z1和Z2上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。由于该变化磁场会造成磁阻变化(ΔR)并将其转化成变化的差动电压输出，这样，就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理，分别读取对应的两轴信号，然后再进行处理计算即可得到偏转角度。然后再按方程α＝arctan(y/x)可以计算出偏转角度α。通过重力加速度传感器，可以得知系统与地面的交角(即高度角)，计算角度的方法和磁场传感器的一样。这样利用二维磁场和一维重力构成的三轴定向传感器，我们得到了星体的方位角和高度角。
通过对北极星，行星中的木星，土星，月亮以及其他恒星的实际操作，发现指星装置与三轴传感器的位置安装不准确时，会有明显的角度偏差，影响观察精度。在本实施例中，三轴定向传感器和指星笔的指向一致，这样能够提高观测精度，达到更好的观测效果。
作为上述实施例的进一步改进，本实施例的辅助观星系统还包括分别与显示模块、主控模块相连接的截图模块。如图2所示，图2为辅助观星系统的一个示例设计图。该辅助观星系统中心为LCD屏幕，然后在LCD屏幕上是一个指星笔。在LCD屏幕旁边，包含常见的开关按钮、GPS开关按钮、截屏按钮和数据搜索按钮。使用者按下截屏按钮时，则主控模块发送指令至截图模块，由截图模块截取当前LCD屏幕的图像，提供给观测者进行进一步天文研究。
如果观测者想了解某一颗星的详细信息，可以通过按下数据搜索按钮，则主控模块发送指令存储模块，存储模块将这颗星的所属星座、星等以及距离地球的距离等相关信息发送至LCD屏幕进行显示，观测者因此也能准确了解所有星星的名称及相关数据，获得清晰明朗的天文知识。
以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种辅助观星系统，其特征在于，包括：
用于GPS定位的GPS模块、包含星体资料数据库的存储模块、用于图像显示的显示模块、用于接收观测者指令选择观测对象的指星笔、用于进行数据计算的计算模块以及用于控制各个模块的主控模块；
所述主控模块分别和所述GPS模块、所述存储模块、所述显示模块、所述计算模块相连接；所述指星笔位于所述显示模块表面；所述显示模块、所述GPS模块和所述存储模块依次连接，所述计算模块分别和所述显示模块、所述存储模块连接；
所述GPS模块获取观测者所在观测点的经纬度并发送至所述存储模块；所述存储模块根据所述经纬度从所述星体资料数据库中查找获得以该经纬度为中心的星空图，并将该星空图发送至所述显示模块进行显示；
所述指星笔接收观测者指令在所述星空图中选定观测对象；所述GPS模块获取所述观测对象的实际地平坐标值；同时所述存储模块查找获得该观测对象的经纬度并将该经纬度发送至所述计算模块进行计算，所述计算模块计算获得对应该观测对象的理论地平坐标值；
所述主控模块分别从所述计算模块和所述GPS模块读取所述理论地平坐标值和所述实际地平坐标值并进行比较，将比较结果发送至所述存储模块；所述存储模块根据所述比较结果查找获得以所述观测对象为中心的星空图，并将该星空图发送至所述显示模块进行显示。
2.根据权利要求1所述辅助观星系统，其特征在于，所述GPS模块为使用差分GPS技术定位的GPS模块。
3.根据权利要求1或2所述辅助观星系统，其特征在于，所述GPS模块包括三轴定向传感器。
4.根据权利要求4所述辅助观星系统，其特征在于，所述三轴定向传感器和所述指星笔的指向一致。
5.根据权利要求1或4所述辅助观星系统，其特征在于，所述辅助观星系统还包括分别与所述显示模块、主控模块相连接的截图模块。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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