专利名称：大口径透射式望远镜系统的制作方法
大口径透射式望远镜系统技术领域
本发明是一种全新望远镜系统，它具有大口径透射式光学结构、四通道滤光片、大视场、高量子效率帧转移CCD、搜索效率高及探测能力高的等特点。能实现对暗弱空间碎片的测角及测光，该望远镜系统是一种的非常好的空间碎片观测系统。
背景技术：
传统天文望远镜的光学结构，主要有三种形式反射式结构、折射式结构和折反式结构。反射结构主要有主焦点系统、牛顿系统、卡塞格林系统、R-C体系统、折轴系统等。反射结构有如下特点①完全没有色差；②近紫外光和近红外光的损失很小；③反射结构的口径可以做得很大；④反射结构可以具备几种不同的相对口径和视场；⑤反射结构的镜筒一般比折射望远镜的短得多；由于反射结构具有以上特点，所以在天体物理研究方面，常采用此种光学结构。折结构具有以下特点①工作视场较大在加工精度相同的情况下， 折射结构的星像比反射结构的好；③折射结构受温度变化和镜筒弯曲的影响较小，星像质量较稳定；④折射结构的散射光比反射望远镜的小；由于折射结构具有以上特点，所以在天体测量和恒星天文及目视观测中，常采用此种结构。特别适合空间碎片监视。折反射结构主要有施密特系统和马克苏托夫系统两大类。在此基础上又产生了贝克尔系统、马克苏托夫一卡塞格林系统、超施密特系统等折反射结构。这种结构具有很大的视场和相对口径。 所以在大面积巡天，观测视面天体和快速运动天体时常采用此种结构。
由于光学材料及光学设计技术的发展，望远镜的光学系统的相对口径由原先的几十分之一，增加到现在的几分之一，有的甚至大于1，所以折射式结构的镜筒也可以做到很短。
但是随着各国发射人造天体数量的不断增加，产生了大量的空间碎片。由于空间碎片属于非常暗弱的观测对象，采用以上传统的天文望远镜对暗弱空间碎片的测角及测光，效果不够理想，迫切需要一种更适合观测空间碎片的天文望远镜系统。发明内容
本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供大口径透射式望远镜系统，这是一种全新的望远镜系统，它具有大口径透射式光学结构、三色虑光片、大视场、双探测器、搜索效率高及探测能力高等特点。他能实现对暗弱空间碎片的测角及测光，该望远镜系统是一种的非常好的空间碎片观测系统。
完成上述发明任务的技术方案是一种大口径透射式望远镜系统，包括以下几个分系统镜筒分系统；机架分系统；电控分系统；主控分系统；其中，主控分系统通过电控分系统分别与镜筒分系统及机架分系统连接，控制镜筒分系统及机架分系统的运行。
采用上述四个分系统，密切配合，实现对暗弱空间碎片的高精度测角及测光。以下更优化和更具体描述以上各分系统I、镜筒分系统镜筒分系统包含光学子系统、探测器子系统、像旋子系统、滤光片子系统，小系统控制子系统。光学子系统采用大口径(口径800毫米，相对口径大于I :1. 3)的透射式光学结构， 实现收集光子的功能；探测器子系统中设有帧转移CCD，并与所述的光学子系统对应，实现将光学子系统收集的光子转换为电子，进而转化为CCD图像；像旋子系统中设有像面旋转机构，实现像面旋转；滤光片子系统设有四通道滤光片，以及该四通道滤光片的切换机构； 小系统控制子系统分别与四通道滤光片的切换机构、镜盖的控制机构及调焦的控制机构连接，实现对滤光片、镜盖及调焦的控制。他具有大口径(口径800毫米，相对口径大于I : I. 3)透射式光学结构、四通道滤光片、小系统控制子系统(控制滤光片、调焦、镜盖)及帧转移 CCD。
2、机架分系统机架分系统，采用传统的地平式机架及像旋结构，地平式机架有两根互相垂直的轴，一根叫垂直轴，一根叫水平轴。绕垂直轴和水平轴旋转能使望远镜指向不同的方位和高度。
3、电控分系统电控分系统包含伺服控制子系统、计时子系统。伺服控制子系统分别与所述的主控分系统、及像面旋转机构连接，根据主控分系统发送的位置及速度命令控制望远镜运转及像旋机构的运转；计时子系统中设有GPS信号接收机构，并与镜筒分系统的控制机构、与机架分系统的控制机构连接；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O. I毫秒，锁存CCD曝光开始和结束时刻的指向信息，准确到O. 0001 度，并通过串口发送。电控分系统和主控分系统之间采用串口通讯的方式连接。
4、主控分系统主控分系统包括图像采集子系统、图像处理子系统、测角及测光子系统、管理子系统。 图像采集子系统，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(比如5Hz)采集CXD图像，以及采集电控分系统中的计时子系统通过串口通讯方式发送的时间和指向数据信息，将采集帧转移CCD图像及时间和指向数据信息存储到计算机内存指定的缓冲区中，提供给图像处理子系统使用；图像处理子系统利用图像采集子系统采集的图像数据，图像上所有星象(恒星和空间碎片)的位置信息和光度信息，提供给测角及测光子系统使用；测角及测光子系统根据图像处理子系统的处理结果，给出恒星或者空间碎片的测角和测光计算结果，提供给管理子系统使用。管理子系统根据观测任务进行空间碎片的观测。
通过上述四个分系统密切配合，望远镜进行空间碎片的观测和跟踪；将空间碎片的图像、测角及测光资料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。
本发明弥补了现有技术的不足，是一种全新的望远镜系统，具有大口径透射式光学结构、三色虑光片、大视场、双探测器、搜索效率高及探测能力高等特点。能实现对暗弱空5间碎片的测角及测光，本发明的望远镜系统是一种的非常好的空间碎片观测系统。
图I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，大口径透射式望远镜系统。参照图I :镜筒分系统；机架分系统；电控分系统及主控分系统密切配合，实现对暗弱空间碎片的高精度测角及测光。其中，主控分系统通过电控分系统控制镜筒分系统及机架分系统的运行。
镜筒分系统包含光学子系统、探测器子系统、像旋子系统、滤光片子系统，小系统控制子系统。光学子系统采用大口径(口径800毫米，相对口径大于I :1.3)的透射式光学结构，实现收集光子的功能；探测器子系统中设有帧转移CCD，并与所述的光学子系统对应，实现将光学子系统收集的光子转换为电子，进而转化为CCD图像；像旋子系统中设有像面旋转机构，实现像面旋转；滤光片子系统设有四通道滤光片，以及该四通道滤光片的切换机构；小系统控制子系统分别与四通道滤光片的切换机构、镜盖的控制机构及调焦的控制机构连接，实现对滤光片、镜盖及调焦的控制。他具有大口径(口径800毫米，相对口径大于 I :1. 3)透射式光学结构、四通道滤光片、小系统控制子系统(控制滤光片、调焦、镜盖)及帧转移CCD。
机架分系统采用传统的地平式机架及像旋结构，地平式机架有两根互相垂直的轴，一根叫垂直轴，一根叫水平轴。绕垂直轴和水平轴旋转能使望远镜指向不同的方位和高度。
电控分系统包含伺服控制子系统、计时子系统。伺服控制子系统分别与所述的主控分系统、及像面旋转机构连接，根据主控分系统发送的位置及速度命令控制望远镜运转及像旋机构的运转；计时子系统中设有GPS信号接收机构，并与镜筒分系统的控制机构、与机架分系统的控制机构连接；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O. I毫秒，锁存CCD曝光开始和结束时刻的指向信息，准确到 O. 0001度，并通过串口发送。电控分系统和主控分系统之间采用串口通讯的方式连接。
主控分系统包括图像采集子系统、图像处理子系统、测角及测光子系统、管理子系统。图像采集子系统，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 CXD的图像读出频率(比如5Hz)采集CXD图像，以及采集电控分系统中的计时子系统通过串口通讯方式发送的时间和指向数据信息，将采集帧转移CXD图像及时间和指向数据信息存储到计算机内存指定的缓冲区中，提供给图像处理子系统使用；图像处理子系统利用图像采集子系统采集的图像数据，图像上所有星象(恒星和空间碎片)的位置信息和光度信息，提供给测角及测光子系统使用；测角及测光子系统根据图像处理子系统的处理结果，给出恒星或者空间碎片的测角和测光计算结果，提供给管理子系统使用。管理子系统根据观测任务进行空间碎片的观测。
权利要求
1.一种大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的大口径透射式望远镜系统包括以下几个分系统 镜筒分系统；机架分系统；电控分系统；主控分系统； 其中，主控分系统通过电控分系统分别与镜筒 分系统及机架分系统连接，控制镜筒分系统及机架分系统的运行。
2.根据权利要求I所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的镜筒分系统包含有光学子系统、探测器子系统、像旋子系统、滤光片子系统，以及小系统控制子系统。
3.根据权利要求2所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的光学子系统采用大口径的透射式光学结构，实现收集光子的功能；所述的探测器子系统中设有帧转移CCD,并与所述的光学子系统对应，实现将光学子系统收集的光子转换为电子，进而转化为CCD图像；所述的像旋子系统中设有像面旋转机构，实现像面旋转；所述的滤光片子系统设有四通道滤光片，以及该四通道滤光片的切换机构；所述的小系统控制子系统分别与四通道滤光片的切换机构、镜盖的控制机构及调焦的控制机构连接，实现对滤光片、镜盖及调焦的控制。
4.根据权利要求I所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的机架分系统，采用地平式机架及像旋结构，其中地平式机架有两根互相垂直的轴，一根垂直轴，一根水平轴；绕垂直轴和水平轴旋转能使望远镜指向不同的方位和高度。
5.根据权利要求I所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的电控分系统包含有伺服控制子系统、计时子系统。
6.根据权利要求5所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的伺服控制子系统分别与所述的主控分系统、及像面旋转机构连接，根据主控分系统发送的位置及速度命令控制望远镜运转及像旋机构的运转；所述的计时子系统中设有GPS信号接收机构，并与镜筒分系统的控制机构、与机架分系统的控制机构连接，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CXD曝光开始和结束时刻的时间信息，并通过串口发送。
7.根据权利要求6所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的计时子系统“实时接收GPS时间信号”及“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. I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。
8.根据权利要求I所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的电控分系统和主控分系统之间采用串口通讯的方式连接。
9.根据权利要求I所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的主控分系统包括有图像采集子系统、图像处理子系统、测角及测光子系统，及管理子系统。
10.根据权利要求I所述的大口径透射式望远镜系统，其特征在于，所述的图像采集子系统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，采集CCD图像，以及采集电控分系统中的计时子系统通过串口通讯方式发送的时间和指向数据信息，将采集帧转移CCD图像及时间和指向数据信息存储到计算机内存指定的缓冲区中，提供给图像处理子系统使用；图像处理子系统利用图像采集子系统采集的图像数据，图像上所有星象的位置信息和光度信息，提供给测角及测光子系统使用；测角及测光子系统根据图像处理子系统的处理结果，给出恒星或者空间碎片的测角和测光计算结果，提供给 管理子系统使用。
全文摘要
大口径透射式望远镜系统，包括镜筒分系统；机架分系统；电控分系统；主控分系统；其中，主控分系统通过电控分系统控制镜筒分系统及机架分系统的运行。镜筒分系统包含有光学子系统、探测器子系统、像旋子系统、滤光片子系统，以及小系统控制子系统。电控分系统包含有伺服控制子系统、计时子系统。电控分系统和主控分系统之间采用串口通讯的方式。主控分系统包括有图像采集子系统、图像处理子系统、测角及测光子系统，及管理子系统。本发明弥补了现有技术的不足，是一种全新的望远镜系统，具有大视场、双探测器、搜索效率高及探测能力高等特点。能实现对暗弱空间碎片的测角及测光，本发明的望远镜系统是一种的非常好的空间碎片观测系统。
文档编号G01B9/06GK102981262SQ20121047199
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者张晓祥, 高昕, 肖维军 申请人:中国科学院紫金山天文台