自动导星装置

完成自动导星的装置

自动导星装置是指完成自动导星的装置。由于系统误差的影响，对观测天体的长时间跟踪可能造成的后果是星像在视场中慢慢漂移，并最终飘离视场，丢失目标。导星技术就是为了消除这种星相的低频漂移。最简单的导星方法是人工导星，虽然它是最原始的，但在现有一些望远镜，特别是科普望远镜上仍然采用。大多数科研用的望远镜则采用自动导星。自动导星的执行系统主要是轴系驱动系统。

导星的必要性

望远镜跟踪目标的运动主要靠轴系驱动完成；但由于受到驱动系统本身（包括机械系统和控制系统）误差，以及环境温度变化、大气折射、地球自转不均匀等外部因素的影响，总存在一定的跟踪误差。

除此以外，观测目标运行规律与望远镜跟踪设定的模式的差异也是产生跟踪误差的因素。例如太阳运行轨道是黄道，而黄道和赤道之问有23.5°的倾角，用赤道式望远镜观测时需沿赤纬方向进行调正；再如观测人造天体时，如预期轨道存在误差时也会影响到跟踪。

望远镜导星就是进一步校正跟踪误差的运动。导星系统同其他控制系统一样，由两部分组成：误差探测系统和执行机构。从广义上讲，导星系统也是望远镜轴系控制的一部分，但其探测的对象是观测目标本身，因此是最直观的，从而也是最有效的。

光电导星技术简介

光电导星的控制机制是通过微量调整望远镜轴角位置，使在给定接收器输出中的输出信号为极值。这种极值控制的方法，目标明确，可以达到极高的精度。精确的光电导星可以满足长时间照相工作和分光工作的要求。

自动导向装置一般采用光电导星技术。光电导星的发展已经有相当长的历史，从探测器类型上，主要有以下几种光电导星技术。早期的光电导星方法有四棱体反射镜式的连续导星、半圆片光通量调制式导星、象限式的光电倍增管导星、析像管导星等。近期发展的导星方法有CCD导星、Reticon导星、电视导星等。

从各环节功能上．光电自动导星系统可以分为以下几个环节：光电探测、误差计算和误差校正。在光电探测环节中探测器获得星相的实际位置；通过误差计算环节将星相的实际位置与理论位置相比较得到误差的大小和方向；在误差校正环节将位置误差信号送给控制器，由控制器自动完成校正。

对于伺服控制系统来说，光电导星就是在原有的位置伺服驱动系统上再外加一个大闭环，用各种光电探测器作为检测元件，实时检测星像偏离视场的信号并实时提供误差补偿信号。

分类

半圆片光通量调制式导星

由南京天文仪器厂研制的2.16m望远镜中的光电导星系统是采用半圆片光通量调制式导星，它主要由半圆旋转片、微型同步电机以及二相发电机、法布里透镜和光电倍增管所组成。

其工作原理简述如下：同步电机通过齿轮带动半圆片和二棚发电机同步旋转，二相发电机旋转后产生相位相差90°的正弦余弦信号，该信号作为自动导星时的基准信号；半圆旋转片位于导星物镜的焦平面上，其旋转轴与物镜光轴重合，当星光位于光轴上时，光通量被物镜聚焦在焦平面上，此时半圆片旋转恰好只让一半光通量通过，从光电倍增管输出所得到的信号是一个常量；而当星光偏离光轴时，由于半圆旋转片的调制，此时接收到的星光信号已不再是一个常量，它相对于基准信号发生了相位和幅值的变化，在一定范围内，幅值的变化反映了星光偏离光轴的多少，相位的变化则反映了偏离的方向。

在星等很高的弱光测量中，其暗电流或者暗噪音是提高测量灵敏度和精度的主要限制。这时要选择小暗电流高增益的管型，并通过机械方式对光信号进行调制，可以在很大程度上提高信噪比。微弱的星比信号，被频率为几十赫兹的机械调制斩光器斩成矩形脉冲光，此脉冲光照射到光电倍增管阴极上，输出信号通过一定放大然后送到带宽很窄的带通滤波器，这时除有用信号可以通过外，未被调制的杂散光电流和管子的暗电流产生的影响均被消除。

CCD导星

CCD是一种图像传感器，是Charge Coupled Devices（电荷耦合器件）的简称，已经广泛应用于非接触尺寸检测、图像传感、图像分析、光谱分析、天文观测、安全监控等领域。

CCD导星系统的工作原理如下：

（1）CCD用来定期对天拍摄来获取引导星的位置。它需要一定数量的光子才能很好的测量出一个引导星的位置，如果引导星比较晴．就需要更长的曝光时间，相应的采样率会变低。

（2）由于光学系统存在稍微的散光，星体就有可能占据几个像素点，所以需要使用提取星像质心算法来得到引导星在CCD芯片坐标上的实际位置。

（3）通过与引导星在CCD坐标上实际位置和理论位置相比较计算，就可以得到误差向量的大小。

（4）CCD坐标和望远镜的姿态的关系是固定的，它们之间存在同定的坐标转换关系，通过坐标转换将CCD坐标上的误差向量转换成望远镜各个部分（水平轴、俯仰轴、焦面板）的校正量。

（5）最后望远镜的伺服控制系统根据导星装置提供的各个部分的校正量对望远镜的姿态进行校正。

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