赤道式望远镜指向精度分析

赤道式望远镜因其跟踪测量的简单性和可靠性,在中小口径的望远镜中得到广泛的应用,本文介绍了赤道式望远镜的特点,建立了赤道式坐标系,并阐述了赤道式望远镜的跟踪测量原理。望远镜在制造、装配和安装过程中会产生视轴与纬轴不垂直、纬轴与极轴不垂直和极轴指北高度偏差等误差,这些误差严重影响望远镜的指向精度,文中利用球面三角形在赤道式坐标系中推导出制造、装配和安装误差引起的赤道式望远镜指向误差,此结果可用于实时测量的误差修正,也可用于结构设计中的误差分配。

赤道式望远镜寻北方法及测量结果

赤道式望远镜指北偏差直接影响测量的准确性,找到一种快速有效的寻北方法是非常关键的。锁定望远镜指向南赤道面,如果划过视场的星的轨迹不是水平直线,将调整望远镜极轴绕竖直轴线转动,直至星的轨迹是水平直线;锁定望远镜指向东或西赤道面,如果划过视场的星的轨迹不是水平直线,将调整望远镜极轴绕水平轴线转动,直至星的轨迹是水平直线。利用球面三角形的知识,推导分析了此种寻北方法的理论依据,望远镜指向南赤道面调整的是极轴指北偏差的水平分量,望远镜指向东或西赤道面调整的是极轴指北偏差的竖直分量。通过此方法寻北后的赤道式望远镜,连续50 min恒动对某恒星进行观测,其Y轴脱靶量变化4″。观测结果表明,文中的寻北方法是快捷有效的,并且调整后的赤道式望远镜具有较高的指北精度。

赤道式望远镜的变结构PI控制

为提高赤道式望远镜伺服系统的性能,分析了经典PI控制器的特点,并结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。构造了以速度误差为自变量的比例增益函数和以位置误差为自变量的积分增益函数,通过这两个函数,VSPI能够根据误差的变化实时改变其结构和参数。针对某赤道式望远镜的传递函数模型,仿真比较了经典PI和VSPI的控制结果,验证了VSPI的作用,同时在望远镜上进行了实验。实验结果表明:应用VSPI控制器后,赤道式望远镜的1°位置阶跃过渡时间由0.68 s缩短至0.59 s,稳态误差由0.62″RMS减小到0.13″RMS,等效正弦跟踪误差由3″RMS减小到1.87″RMS。采用变结构PI控制器的伺服系统性能明显提高,满足赤道式望远镜跟踪精度高、响应速度快的要求。

单片机在赤道式天文望远镜控制系统中的应用

本文着重介绍了怎样使用单片机的汇编语言实现自动找星的控制算法,摆脱了以往的望远镜依赖上位机的苦恼,实现脱机找星。

全日面磁场与活动监测望远镜轴系升级

在天文观测中,需要望远镜能快速、准确地指向目标天体,并进行稳定跟踪。针对怀柔太阳观测基地(Huairou Solar Observing Station,HSOS)的全日面磁场与活动监测望远镜(The Solar Magnetism and Activity Telescope,SMAT)进行轴系升级,使用伺服电机轴上23位高精度绝对式编码器替代光栅钢带码盘,通过VSOP87行星理论实时计算日面中心位置,使用基于大面阵CCD的高精度导行系统不间断跟踪并记录太阳位置,利用最小二乘法分段拟合太阳实时位置与绝对式编码器数值,建立指向算法并实现日面中心指向。经实测,赤经方向的指向误差约为36.69″,赤纬方向的指向误差约为21.49″,满足全日面太阳磁场望远镜的指向要求,该方法成本低,兼容性高,对于其他赤道式望远镜的升级改造具有借鉴意义。