专利名称：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CXD图像、CXD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CXD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
(1).观测时间和指向数据采集； ⑵.图像采集；
(3).理论星图的生成；
(4).图像的全帧扫描；
(5).理论星图和实测星图的匹配分；
(6).望远镜指向测定；
(7).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
(8).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(1).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。(2).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。(4).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。(5).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
(6).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。(7).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。(8).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CXD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。
图1为各装置组合成本发明系统的示意图。
具体实施例方式
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。(2).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CXD图像传输道计算机内存指定的缓冲区中。(3).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。(4).图像的全帧扫描分系统根据C⑶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。(5).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。(7).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。⑶.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。
权利要求
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(1).观测时间和指向数据采集；⑵.图像采集；(3).理论星图的生成；(4).图像的全帧扫描；(5).理论星图和实测星图的匹配分；(6).望远镜指向测定；(7).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。
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⑶.计算结果并通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系v统的存储介质中。
3.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，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CXD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。
4.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，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。
5.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。
6.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，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。
7.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，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CXD图像分割阈值，对CXD图像进行全帧扫描，给出CXD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。
8.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，步骤(5) 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。
9.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，步骤(6) 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。
全文摘要
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。
文档编号G01C11/04GK102374856SQ201110361868
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者张晓祥, 高昕 申请人:中国科学院紫金山天文台