CN109813526B - 一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，包括以下步骤：设定能覆盖跟踪精度检测的速度、加速度范围的跟踪路径；根据目标运动速度，给予跟踪初始速度，设定初始时刻，模拟虚拟空间目标D运动，望远镜启动自动跟踪；按照采样频率，计算各个采样时刻时虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y)，由Dt(X，Y)引导望远镜进行自动跟踪；计算望远镜的跟踪精度。本发明简单易行，检测精度由采用的恒星星表决定，可以达到很高的精度，远高于室内检测设备及传统检测方法能达到的精度，无需额外负担，随时可行，能够广泛地应用在光学望远镜的外场跟踪精度检验中。
Description
技术领域
本发明属于光学望远镜外场跟踪精度技术领域，具体涉及一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法。
背景技术
自光学望远镜问世以来，光学望远镜一直是人类探索空间的最重要工具。随着人造卫星上天，空间目标数量的大幅度增加，它又被广泛地用于空间目标观测，光学望远镜成为空间目标监视网中重要的组成部分，是空间目标态势感知的一种重要手段。跟踪精度是光学望远镜的重要技术指标之一。跟踪精度是指望远镜在一定的角速度和角加速度范围内实时测量跟踪目标的波动程度。
目前，跟踪精度的测量一般采用室内跟踪仿真旋转靶标和外场跟踪真实空间目标实测来实现。室内仿真旋转靶标进行等速或正弦运动模拟空间目标运动，望远镜实时跟踪该目标，同时获取目标的电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)图像，由目标的脱靶量计算跟踪精度。该方法中由于运动靶标存在较多的误差源，并且误差较大，导致旋转靶标本身的精度较低，因此被测设备精度更低；另外由于结构限制，对于大型望远镜的跟踪精度的检测，对旋转靶标的制作提出了更高的要求而增加了难度。而外场检测方法是采用望远镜实时跟踪空间目标，从获取的CCD图像中计算脱靶量来得到望远镜的跟踪精度，但由于真实空间目标运动速度区间单一，不能实现各个速度的遍历，此外真实空间目标位置的精度依赖图像处理、定心精度的限制，因此对于跟踪误差的测量引入了额外的误差源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法。本发明采用天文定位方法提供以一定角速度旋转的仿真空间目标，光学望远镜自动跟踪仿真目标，从而实现在预定的速度和加速度条件区间约束下对光学望远镜外场跟踪精度的测量。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，包括以下步骤：
(1)设定能覆盖跟踪精度检测的速度、加速度范围的跟踪路径；
(2)根据目标运动速度，给予跟踪初始速度，设定初始时刻，模拟虚拟空间目标D运动，望远镜启动自动跟踪；
(3)按照采样频率，计算各个采样时刻t时虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y)，由Dt(X，Y)引导望远镜进行自动跟踪；
(4)计算望远镜的跟踪精度。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的步骤(1)具体为：
利用望远镜采集图像，根据恒星背景计算当前天球坐标系下的指向Q(α，δ)，在天球上以点P(α，δ+r)或P(α，δ-r)为中心，以r为半径画一个圆周S，圆周S设定为虚拟空间目标D的运动路径及望远镜的跟踪路径。
上述的步骤(2)具体为：
根据步骤(1)设定的路径，此时望远镜已位于跟踪路径，给予望远镜跟踪初始速度后，开始计时，虚拟空间目标D以等速ω沿着圆周S运动，望远镜开始自动跟踪。
上述的步骤(3)包括以下步骤：
(3.1)望远镜在跟踪过程中采样，根据采样时刻t，由中心点P的天球坐标，半径r、旋转角速度ω参数，计算虚拟空间目标D在天球坐标系中的理论位置Dt(αc，δc)；
(3.2)根据望远镜采集到的CCD图像上的背景恒星信息，采用天文定位方法计算得到CCD图像的底片常数，即天球坐标系和图像坐标系的转换关系；
(3.3)根据所述天球坐标系和图像坐标系的转换关系，由理论位置Dt(αc，δc)得到采样时刻t虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y)，由Dt(X，Y)得到脱靶量Dt(Xδ，Yδ)，并利用所述脱靶量计算望远镜向CCD视场中心调整的速度参数，自动引导望远镜跟踪使得虚拟空间目标D保持在CCD视场中心；
(3.4)望远镜沿着圆周S随虚拟空间目标D作循环往复的跟踪运动，望远镜作遍历速度区间和加速度区间的变速变加速度运动，从而检测出望远镜在速度和加速度区间的跟踪精度。
上述的步骤(4)所述计算方法如下：
获取至少一个周期的数据后，根据得到的各个时刻的脱靶量序列Di(Xδ，Yδ)计算其标准偏差得到望远镜的跟踪精度。
本发明具有以下有益效果：
本发明相比于室内动态旋转靶标而言，采用天文定位方法提供的旋转仿真目标减少了机械结构件由于制造安装误差带来的静态和动态误差，其提供的仿真定位精度取决于采用的星表精度，而当前星表精度远远优于跟踪精度的测量需求，大大提高了测量跟踪精度的能力；相对于传统外场跟踪空间目标测量跟踪精度方法，传统外场检测方法跟踪的空间目标运动的速度和加速度单一或无法覆盖望远镜的速度和加速度范围，不能检测望远镜的速度和加速度全局性能，因而难以检验望远镜的真实状态。
附图说明
图1是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
参见图1，本发明的一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，包括以下步骤：
(1)设定能覆盖跟踪精度检测的速度、加速度范围的跟踪路径：
实施例中，利用望远镜采集图像，根据恒星背景计算当前天球坐标系下的指向Q(α，δ)，在天球上以点P(α，δ+r)或P(α，δ-r)为中心，以r为半径画一个圆周S，圆周S设定为虚拟空间目标D的运动路径及望远镜的跟踪路径。
(2)根据目标运动速度，给予跟踪初始速度，设定初始时刻，模拟虚拟空间目标D运动，望远镜启动自动跟踪：
实施例中，根据步骤(1)设定的路径，此时望远镜已位于跟踪路径，给予望远镜跟踪初始速度后，开始计时，虚拟空间目标D以等速ω沿着圆周S运动，望远镜开始自动跟踪。
(3)按照采样频率，计算各个采样时刻t时虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y)，由Dt(X，Y)引导望远镜进行自动跟踪
实施例中，包括以下步骤:
(3.1)望远镜在跟踪过程中采样，根据采样时刻t，由中心点P的天球坐标，半径r、旋转角速度ω参数，计算虚拟空间目标D在天球坐标系中的理论位置Dt(αc，δc)；
(3.2)根据望远镜采集到的CCD图像上的背景恒星信息，采用天文定位方法计算得到CCD图像的底片常数，即天球坐标系和图像坐标系的转换关系；
(3.3)根据所述天球坐标系和图像坐标系的转换关系，由理论位置Dt(αc，δc)得到采样时刻t虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y)，由Dt(X，Y)得到脱靶量Dt(Xδ，Yδ)，并利用所述脱靶量计算望远镜向CCD视场中心调整的速度参数，自动引导望远镜跟踪使得虚拟空间目标D保持在CCD视场中心；
(3.4)望远镜沿着圆周S随虚拟空间目标D作循环往复的跟踪运动，望远镜作遍历速度区间和加速度区间的变速变加速度运动，从而检测出望远镜在速度和加速度区间的跟踪精度。
(4)计算望远镜的跟踪精度：
实施例中，获取至少一个周期的数据后，根据得到的各个时刻的脱靶量序列Di(Xδ，Yδ)计算其标准偏差得到望远镜的跟踪精度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)设定能覆盖跟踪精度检测的速度、加速度范围的跟踪路径；
(2)根据目标运动速度，给予跟踪初始速度，设定初始时刻，模拟虚拟空间目标D运动，望远镜启动自动跟踪；
(3)按照采样频率，计算各个采样时刻t时虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y),由Dt(X，Y)引导望远镜进行自动跟踪；
(4)计算望远镜的跟踪精度；
步骤(3)包括以下步骤：
(3.1)望远镜在跟踪过程中采样，根据采样时刻t，由中心点P的天球坐标，半径r、旋转角速度ω参数，计算虚拟空间目标D在天球坐标系中的理论位置Dt(αc，δc)；
(3.2)根据望远镜采集到的CCD图像上的背景恒星信息，采用天文定位方法计算得到CCD图像的底片常数，即天球坐标系和图像坐标系的转换关系；
(3.3)根据所述天球坐标系和图像坐标系的转换关系，由理论位置Dt(αc，δc)得到采样时刻t虚拟空间目标D在CCD图像上的观测值Dt(X，Y),由Dt(X，Y)得到脱靶量Dt(Xδ，Yδ)，并利用所述脱靶量计算望远镜向CCD视场中心调整的速度参数，自动引导望远镜跟踪使得虚拟空间目标D保持在CCD视场中心；
(3.4)望远镜沿着圆周S随虚拟空间目标D作循环往复的跟踪运动，望远镜作遍历速度区间和加速度区间的变速变加速度运动，从而检测出望远镜在速度和加速度区间的跟踪精度。
2.根据权利要求1所述的一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，其特征在于：步骤(1)具体为：
利用望远镜采集图像，根据恒星背景计算当前天球坐标系下的指向Q(α，δ)，在天球上以点P(α，δ+r)或P(α，δ-r)为中心，以r为半径画一个圆周S，圆周S设定为虚拟空间目标D的运动路径及望远镜的跟踪路径。
3.根据权利要求2所述的一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，其特征在于：步骤(2)具体为：
根据步骤(1)设定的路径，给予望远镜跟踪初始速度后，开始计时，虚拟空间目标D以等速ω沿着圆周S运动，望远镜开始自动跟踪。
4.根据权利要求3所述的一种基于天文定位的光学望远镜外场跟踪精度检测方法，其特征在于：步骤(4)计算方法如下：
获取至少一个周期的数据后，根据得到的各个时刻的脱靶量序列Di(Xδ，Yδ)计算其标准偏差得到望远镜的跟踪精度。
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