专利名称：实时测定天文望远镜指向误差的方法
实时测定天文望远镜指向误差的方法技术领域
本发明是一种实时测定天文望远镜指向误差的方法，它能够根据给定的天文望远镜CCD图像，及采集图像所对应的时刻及指向，对图像上的星象进行检测，从而实时测定天文望远镜的指向误差的方法。
背景技术：
在科研等许多领域，都需要对空间碎片进行监视。天文望远镜是空间碎片观测的手段之一。由于天文望远镜在制造、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，这样才能给出空间碎片在观测时刻时较为准确的测角值。通过空间碎片一系列的测角值，获得空间碎片的空间位置及其变化，确定空间碎片的运行轨道， 从而获取空间碎片精确的信息。
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天文望远镜误差源的基础上，给出天文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，计算出天文望远镜误差修正模型的系数，从而对天文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(小于2角分)。否则给观测者带来很大的不便。发明内容
针对使用CCD的空间碎片测量系统，本发明提供一种实时测定望远镜指向误差的方法，它能够根据采集的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实时测定天文望远镜指向误差的方法，包括以下几个工作步骤(1).理论星图的生成； ⑵.图像背景估计；(3).图像的全帧扫描；(4).理论星图和实测星图的匹配；(5).天文望远镜指向误差的计算；(6).根据步骤( 的计算结果，修正空间碎片的测角值，提高空间碎片的测角精度。
本发明的方法是在控制天文望远镜的计算机系统中，输入单帧CXD的图像，依次采用上述五个步骤，最后得到了望远镜的指向误差量，从而修正空间碎片的测角值，提高空间碎片的测角精度。
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。
更优化和更具体描述以上各步骤如下 (1).理论星图的生成控制天文望远镜的计算机系统根据天文望远镜的指向、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，供理论系统和实测星图匹配时使用。
(2).图像背景估计根据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，以用于输入CCD图像的背景估计。
(3).图像的全帧扫描按照输入CCD图像背景的估计结果，按照给定的图像分割阈值，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。
(4).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天文望远镜指向误差的修正量。
(5).天文望远镜指向误差的计算根据理论星图和实测星图的匹配的结果，依照给定的误差修正公式，计算望远镜指向误差修正公式的系数，从而得到望远镜指向误差的修正量。
(6).当要求输出空间碎片的测角资料时，根据步骤( 得到的天文望远镜指向误差的计算结果，对空间碎片的测角资料进行修正，从而获得空间碎片的高精度的测角资料。
控制天文望远镜的计算机系统根据上述输入数据，实时给出了望远镜指向误差的修正量。计算结果可以提供给测量系统的跟踪系统使用，可以保证在空间碎片预报精度误差较小的前提下，空间碎片出现在观测视场中心区域，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。
本发明提供一种实时测定望远镜指向误差的方法，他能够根据采集的CXD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至少优于CCD图像像元分辨率的一半。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指向修正。
图1为各装置组合成本发明系统的示意图。
具体实施方式
实施例1，实时测定天文望远镜指向误差的方法，参照图1 ⑴.控制天文望远镜的计算机系统根据天文望远镜的指向、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，供理论系统和实测星图匹配时使用。⑵.根据CXD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， 以用于输入CCD图像的背景估计。⑶.按照输入CCD图像背景的估计结果，按照给定的图像分割阈值，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。⑷.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天文望远镜指向误差的修正量。(5).根据理论星图和实测星图的匹配的结果，依照给定的误差修正公式，计算望远镜指向误差修正公式的系数， 从而得到望远镜指向误差的修正量。05).当要求输出空间碎片的测角资料时，采用望远镜指向误差的计算结果，对空间碎片的测角资料进行修正，从而获得空间碎片的高精度的测角资料。
控制天文望远镜的计算机系统根据上述输入数据，实时给出了望远镜指向误差的修正量。计算结果可以提供给测量系统的跟踪系统使用，可以保证在空间碎片预报精度误差较小的前提下，空间碎片出现在观测视场中心区域，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
1.一种实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，包括以下几个工作步骤(1).理论星图的生成；⑵.图像背景估计；(3).图像的全帧扫描；(4).理论星图和实测星图的匹配；(5).天文望远镜指向误差的计算；(6).根据步骤( 的计算结果，修正空间碎片的测角值，提高空间碎片的测角精度。
2.根据权利要求1所述的实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，步骤⑴ 所述的理论星图的生成的具体操作是控制天文望远镜的计算机系统根据天文望远镜的指向、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，供理论系统和实测星图匹配时使用。
3.根据权利要求1所述的实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，步骤⑵ 所述的图像背景估计的具体操作是根据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，以用于输入CCD图像的背景估计。
4.根据权利要求1所述的实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，步骤⑶ 所述的图像的全帧扫描的具体操作是按照输入CCD图像背景的估计结果，按照给定的图像分割阈值，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.根据权利要求1所述的实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，步骤⑷ 所述的理论星图和实测星图的匹配的具体操作是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天文望远镜指向误差的修正量。
6.根据权利要求1所述的实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，步骤(5) 所述的天文望远镜指向误差的计算的具体操作是根据理论星图和实测星图的匹配的结果，依照给定的误差修正公式，计算望远镜指向误差修正公式的系数，从而得到望远镜指向误差的修正量。
7.根据权利要求1所述的实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，步骤(6) 所述的修正空间碎片的测角值的具体操作是当要求输出空间碎片的测角资料时，根据步骤ω得到的天文望远镜指向误差的计算结果，对空间碎片的测角资料进行修正，从而获得空间碎片的高精度的测角资料。
全文摘要
实时测定天文望远镜指向误差的方法，其特征在于，包括以下几个工作步骤⑴.理论星图的生成；⑵.图像背景估计；⑶.图像的全帧扫描；⑷.理论星图和实测星图的匹配；⑸.天文望远镜指向误差的计算；⑹.根据步骤⑸的计算结果，修正空间碎片的测角值，提高空间碎片的测角精度。本发明能够根据采集的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至少优于CCD图像像元分辨率的一半。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指向修正。
文档编号G01M11/02GK102494872SQ20111036103
公开日2012年6月13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