專利名稱：大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)的制作方法
大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)技術領域
本發(fā)明是一種全新望遠鏡系統(tǒng)，它具有大口徑透射式光學結構、四通道濾光片、大視場、高量子效率幀轉移CCD、搜索效率高及探測能力高的等特點。能實現(xiàn)對暗弱空間碎片的測角及測光，該望遠鏡系統(tǒng)是一種的非常好的空間碎片觀測系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)天文望遠鏡的光學結構，主要有三種形式反射式結構、折射式結構和折反式結構。反射結構主要有主焦點系統(tǒng)、牛頓系統(tǒng)、卡塞格林系統(tǒng)、R-C體系統(tǒng)、折軸系統(tǒng)等。反射結構有如下特點①完全沒有色差；②近紫外光和近紅外光的損失很小；③反射結構的口徑可以做得很大；④反射結構可以具備幾種不同的相對口徑和視場；⑤反射結構的鏡筒一般比折射望遠鏡的短得多；由于反射結構具有以上特點，所以在天體物理研究方面，常采用此種光學結構。折結構具有以下特點①工作視場較大在加工精度相同的情況下， 折射結構的星像比反射結構的好；③折射結構受溫度變化和鏡筒彎曲的影響較小，星像質量較穩(wěn)定；④折射結構的散射光比反射望遠鏡的小；由于折射結構具有以上特點，所以在天體測量和恒星天文及目視觀測中，常采用此種結構。特別適合空間碎片監(jiān)視。折反射結構主要有施密特系統(tǒng)和馬克蘇托夫系統(tǒng)兩大類。在此基礎上又產(chǎn)生了貝克爾系統(tǒng)、馬克蘇托夫一卡塞格林系統(tǒng)、超施密特系統(tǒng)等折反射結構。這種結構具有很大的視場和相對口徑。 所以在大面積巡天，觀測視面天體和快速運動天體時常采用此種結構。
由于光學材料及光學設計技術的發(fā)展，望遠鏡的光學系統(tǒng)的相對口徑由原先的幾十分之一，增加到現(xiàn)在的幾分之一，有的甚至大于1，所以折射式結構的鏡筒也可以做到很短。
但是隨著各國發(fā)射人造天體數(shù)量的不斷增加，產(chǎn)生了大量的空間碎片。由于空間碎片屬于非常暗弱的觀測對象，采用以上傳統(tǒng)的天文望遠鏡對暗弱空間碎片的測角及測光，效果不夠理想，迫切需要一種更適合觀測空間碎片的天文望遠鏡系統(tǒng)。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是彌補現(xiàn)有技術的不足，提供大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，這是一種全新的望遠鏡系統(tǒng)，它具有大口徑透射式光學結構、三色慮光片、大視場、雙探測器、搜索效率高及探測能力高等特點。他能實現(xiàn)對暗弱空間碎片的測角及測光，該望遠鏡系統(tǒng)是一種的非常好的空間碎片觀測系統(tǒng)。
完成上述發(fā)明任務的技術方案是一種大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，包括以下幾個分系統(tǒng)鏡筒分系統(tǒng)；機架分系統(tǒng)；電控分系統(tǒng)；主控分系統(tǒng)；其中，主控分系統(tǒng)通過電控分系統(tǒng)分別與鏡筒分系統(tǒng)及機架分系統(tǒng)連接，控制鏡筒分系統(tǒng)及機架分系統(tǒng)的運行。
采用上述四個分系統(tǒng)，密切配合，實現(xiàn)對暗弱空間碎片的高精度測角及測光。以下更優(yōu)化和更具體描述以上各分系統(tǒng)I、鏡筒分系統(tǒng)鏡筒分系統(tǒng)包含光學子系統(tǒng)、探測器子系統(tǒng)、像旋子系統(tǒng)、濾光片子系統(tǒng)，小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)。光學子系統(tǒng)采用大口徑(口徑800毫米，相對口徑大于I :1. 3)的透射式光學結構， 實現(xiàn)收集光子的功能；探測器子系統(tǒng)中設有幀轉移CCD，并與所述的光學子系統(tǒng)對應，實現(xiàn)將光學子系統(tǒng)收集的光子轉換為電子，進而轉化為CCD圖像；像旋子系統(tǒng)中設有像面旋轉機構，實現(xiàn)像面旋轉；濾光片子系統(tǒng)設有四通道濾光片，以及該四通道濾光片的切換機構； 小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)分別與四通道濾光片的切換機構、鏡蓋的控制機構及調焦的控制機構連接，實現(xiàn)對濾光片、鏡蓋及調焦的控制。他具有大口徑(口徑800毫米，相對口徑大于I : I. 3)透射式光學結構、四通道濾光片、小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(控制濾光片、調焦、鏡蓋)及幀轉移 CCD。
2、機架分系統(tǒng)機架分系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的地平式機架及像旋結構，地平式機架有兩根互相垂直的軸，一根叫垂直軸，一根叫水平軸。繞垂直軸和水平軸旋轉能使望遠鏡指向不同的方位和高度。
3、電控分系統(tǒng)電控分系統(tǒng)包含伺服控制子系統(tǒng)、計時子系統(tǒng)。伺服控制子系統(tǒng)分別與所述的主控分系統(tǒng)、及像面旋轉機構連接，根據(jù)主控分系統(tǒng)發(fā)送的位置及速度命令控制望遠鏡運轉及像旋機構的運轉；計時子系統(tǒng)中設有GPS信號接收機構，并與鏡筒分系統(tǒng)的控制機構、與機架分系統(tǒng)的控制機構連接；實時接收GPS時間信號，實時采集望遠鏡指向數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測CCD 的曝光開始信號和結束信號，鎖存CCD曝光開始和結束時刻的時間信息，包括年、月、日、 時、分、秒、毫秒，準確到O. I毫秒，鎖存CCD曝光開始和結束時刻的指向信息，準確到O. 0001 度，并通過串口發(fā)送。電控分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng)之間采用串口通訊的方式連接。
4、主控分系統(tǒng)主控分系統(tǒng)包括圖像采集子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、測角及測光子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)。 圖像采集子系統(tǒng)，它的工作流程是控制幀轉移CCD，按照給定的曝光時間，根據(jù)幀轉移CCD 的圖像讀出頻率(比如5Hz)采集CXD圖像，以及采集電控分系統(tǒng)中的計時子系統(tǒng)通過串口通訊方式發(fā)送的時間和指向數(shù)據(jù)信息，將采集幀轉移CCD圖像及時間和指向數(shù)據(jù)信息存儲到計算機內存指定的緩沖區(qū)中，提供給圖像處理子系統(tǒng)使用；圖像處理子系統(tǒng)利用圖像采集子系統(tǒng)采集的圖像數(shù)據(jù)，圖像上所有星象(恒星和空間碎片)的位置信息和光度信息，提供給測角及測光子系統(tǒng)使用；測角及測光子系統(tǒng)根據(jù)圖像處理子系統(tǒng)的處理結果，給出恒星或者空間碎片的測角和測光計算結果，提供給管理子系統(tǒng)使用。管理子系統(tǒng)根據(jù)觀測任務進行空間碎片的觀測。
通過上述四個分系統(tǒng)密切配合，望遠鏡進行空間碎片的觀測和跟蹤；將空間碎片的圖像、測角及測光資料通過顯示系統(tǒng)顯示出來，以及存儲在計算機系統(tǒng)的存儲介質中。
本發(fā)明彌補了現(xiàn)有技術的不足，是一種全新的望遠鏡系統(tǒng)，具有大口徑透射式光學結構、三色慮光片、大視場、雙探測器、搜索效率高及探測能力高等特點。能實現(xiàn)對暗弱空5間碎片的測角及測光，本發(fā)明的望遠鏡系統(tǒng)是一種的非常好的空間碎片觀測系統(tǒng)。


圖I為各裝置組合成本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
實施例1，大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)。參照圖I :鏡筒分系統(tǒng)；機架分系統(tǒng)；電控分系統(tǒng)及主控分系統(tǒng)密切配合，實現(xiàn)對暗弱空間碎片的高精度測角及測光。其中，主控分系統(tǒng)通過電控分系統(tǒng)控制鏡筒分系統(tǒng)及機架分系統(tǒng)的運行。
鏡筒分系統(tǒng)包含光學子系統(tǒng)、探測器子系統(tǒng)、像旋子系統(tǒng)、濾光片子系統(tǒng)，小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)。光學子系統(tǒng)采用大口徑(口徑800毫米，相對口徑大于I :1.3)的透射式光學結構，實現(xiàn)收集光子的功能；探測器子系統(tǒng)中設有幀轉移CCD，并與所述的光學子系統(tǒng)對應，實現(xiàn)將光學子系統(tǒng)收集的光子轉換為電子，進而轉化為CCD圖像；像旋子系統(tǒng)中設有像面旋轉機構，實現(xiàn)像面旋轉；濾光片子系統(tǒng)設有四通道濾光片，以及該四通道濾光片的切換機構；小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)分別與四通道濾光片的切換機構、鏡蓋的控制機構及調焦的控制機構連接，實現(xiàn)對濾光片、鏡蓋及調焦的控制。他具有大口徑(口徑800毫米，相對口徑大于 I :1. 3)透射式光學結構、四通道濾光片、小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(控制濾光片、調焦、鏡蓋)及幀轉移CCD。
機架分系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的地平式機架及像旋結構，地平式機架有兩根互相垂直的軸，一根叫垂直軸，一根叫水平軸。繞垂直軸和水平軸旋轉能使望遠鏡指向不同的方位和高度。
電控分系統(tǒng)包含伺服控制子系統(tǒng)、計時子系統(tǒng)。伺服控制子系統(tǒng)分別與所述的主控分系統(tǒng)、及像面旋轉機構連接，根據(jù)主控分系統(tǒng)發(fā)送的位置及速度命令控制望遠鏡運轉及像旋機構的運轉；計時子系統(tǒng)中設有GPS信號接收機構，并與鏡筒分系統(tǒng)的控制機構、與機架分系統(tǒng)的控制機構連接；實時接收GPS時間信號，實時采集望遠鏡指向數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測 CCD的曝光開始信號和結束信號，鎖存CCD曝光開始和結束時刻的時間信息，包括年、月、 日、時、分、秒、毫秒，準確到O. I毫秒，鎖存CCD曝光開始和結束時刻的指向信息，準確到 O. 0001度，并通過串口發(fā)送。電控分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng)之間采用串口通訊的方式連接。
主控分系統(tǒng)包括圖像采集子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、測角及測光子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)。圖像采集子系統(tǒng)，它的工作流程是控制幀轉移CCD，按照給定的曝光時間，根據(jù)幀轉移 CXD的圖像讀出頻率(比如5Hz)采集CXD圖像，以及采集電控分系統(tǒng)中的計時子系統(tǒng)通過串口通訊方式發(fā)送的時間和指向數(shù)據(jù)信息，將采集幀轉移CXD圖像及時間和指向數(shù)據(jù)信息存儲到計算機內存指定的緩沖區(qū)中，提供給圖像處理子系統(tǒng)使用；圖像處理子系統(tǒng)利用圖像采集子系統(tǒng)采集的圖像數(shù)據(jù)，圖像上所有星象(恒星和空間碎片)的位置信息和光度信息，提供給測角及測光子系統(tǒng)使用；測角及測光子系統(tǒng)根據(jù)圖像處理子系統(tǒng)的處理結果，給出恒星或者空間碎片的測角和測光計算結果，提供給管理子系統(tǒng)使用。管理子系統(tǒng)根據(jù)觀測任務進行空間碎片的觀測。
權利要求
1.一種大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)包括以下幾個分系統(tǒng) 鏡筒分系統(tǒng)；機架分系統(tǒng)；電控分系統(tǒng)；主控分系統(tǒng)； 其中，主控分系統(tǒng)通過電控分系統(tǒng)分別與鏡筒 分系統(tǒng)及機架分系統(tǒng)連接，控制鏡筒分系統(tǒng)及機架分系統(tǒng)的運行。
2.根據(jù)權利要求I所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的鏡筒分系統(tǒng)包含有光學子系統(tǒng)、探測器子系統(tǒng)、像旋子系統(tǒng)、濾光片子系統(tǒng)，以及小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求2所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的光學子系統(tǒng)采用大口徑的透射式光學結構，實現(xiàn)收集光子的功能；所述的探測器子系統(tǒng)中設有幀轉移CCD,并與所述的光學子系統(tǒng)對應，實現(xiàn)將光學子系統(tǒng)收集的光子轉換為電子，進而轉化為CCD圖像；所述的像旋子系統(tǒng)中設有像面旋轉機構，實現(xiàn)像面旋轉；所述的濾光片子系統(tǒng)設有四通道濾光片，以及該四通道濾光片的切換機構；所述的小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)分別與四通道濾光片的切換機構、鏡蓋的控制機構及調焦的控制機構連接，實現(xiàn)對濾光片、鏡蓋及調焦的控制。
4.根據(jù)權利要求I所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的機架分系統(tǒng)，采用地平式機架及像旋結構，其中地平式機架有兩根互相垂直的軸，一根垂直軸，一根水平軸；繞垂直軸和水平軸旋轉能使望遠鏡指向不同的方位和高度。
5.根據(jù)權利要求I所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的電控分系統(tǒng)包含有伺服控制子系統(tǒng)、計時子系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求5所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制子系統(tǒng)分別與所述的主控分系統(tǒng)、及像面旋轉機構連接，根據(jù)主控分系統(tǒng)發(fā)送的位置及速度命令控制望遠鏡運轉及像旋機構的運轉；所述的計時子系統(tǒng)中設有GPS信號接收機構，并與鏡筒分系統(tǒng)的控制機構、與機架分系統(tǒng)的控制機構連接，實時接收GPS時間信號，實時采集望遠鏡指向數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測CXD的曝光開始信號和結束信號，鎖存CXD曝光開始和結束時刻的時間信息，并通過串口發(fā)送。
7.根據(jù)權利要求6所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的計時子系統(tǒng)“實時接收GPS時間信號”及“鎖存CCD曝光開始和結束時刻的時間信息”，包括年、月、日、時、分、秒、毫秒，準確到0. I毫秒；“鎖存CCD曝光開始和結束時刻的指向信息”，準確到0.0001 度。
8.根據(jù)權利要求I所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的電控分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng)之間采用串口通訊的方式連接。
9.根據(jù)權利要求I所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控分系統(tǒng)包括有圖像采集子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、測角及測光子系統(tǒng)，及管理子系統(tǒng)。
10.根據(jù)權利要求I所述的大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的圖像采集子系統(tǒng)的工作流程是控制幀轉移CCD，按照給定的曝光時間，根據(jù)幀轉移CCD的圖像讀出頻率，采集CCD圖像，以及采集電控分系統(tǒng)中的計時子系統(tǒng)通過串口通訊方式發(fā)送的時間和指向數(shù)據(jù)信息，將采集幀轉移CCD圖像及時間和指向數(shù)據(jù)信息存儲到計算機內存指定的緩沖區(qū)中，提供給圖像處理子系統(tǒng)使用；圖像處理子系統(tǒng)利用圖像采集子系統(tǒng)采集的圖像數(shù)據(jù)，圖像上所有星象的位置信息和光度信息，提供給測角及測光子系統(tǒng)使用；測角及測光子系統(tǒng)根據(jù)圖像處理子系統(tǒng)的處理結果，給出恒星或者空間碎片的測角和測光計算結果，提供給 管理子系統(tǒng)使用。
全文摘要
大口徑透射式望遠鏡系統(tǒng)，包括鏡筒分系統(tǒng)；機架分系統(tǒng)；電控分系統(tǒng)；主控分系統(tǒng)；其中，主控分系統(tǒng)通過電控分系統(tǒng)控制鏡筒分系統(tǒng)及機架分系統(tǒng)的運行。鏡筒分系統(tǒng)包含有光學子系統(tǒng)、探測器子系統(tǒng)、像旋子系統(tǒng)、濾光片子系統(tǒng)，以及小系統(tǒng)控制子系統(tǒng)。電控分系統(tǒng)包含有伺服控制子系統(tǒng)、計時子系統(tǒng)。電控分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng)之間采用串口通訊的方式。主控分系統(tǒng)包括有圖像采集子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、測角及測光子系統(tǒng)，及管理子系統(tǒng)。本發(fā)明彌補了現(xiàn)有技術的不足，是一種全新的望遠鏡系統(tǒng)，具有大視場、雙探測器、搜索效率高及探測能力高等特點。能實現(xiàn)對暗弱空間碎片的測角及測光，本發(fā)明的望遠鏡系統(tǒng)是一種的非常好的空間碎片觀測系統(tǒng)。
文檔編號G01B9/06GK102981262SQ20121047199
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日2012年11月20日
發(fā)明者張曉祥, 高昕, 肖維軍 申請人:中國科學院紫金山天文臺