一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪方法和系统

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	一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪方法和系统
	余晓光; 白金明; 季凯帆; 范玉峰; 伦宝利; 辛玉新; 丁旭; 王传军; 王德清; 业凯
申请（专利权）人	中国科学院云南天文台
专利号	ZL202211011773.0
申请号	CN202211011773.0
	2024-01-30
申请日期	2022-08-23
公开（公告）号	CN115437030A ; CN115437030B
公开日期	2022-12-06
IPC 分类号	G01V8/10G01J3/28G02B23/00
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	授权
授权日期	2024-01-30
学科领域	天文学 ; 天文学其他学科 ; 电子、通信与自动控制技术
产权排序	1
摘要	本发明公开了一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪方法和系统，包括以下步骤：预处理；在光纤孔周围取临近部分区域，对该区域成像信号进行实时监测；望远镜指向修正，望远镜控制系统驱动望远镜指向，使目标星成像完全落在光纤孔成像区域之内。
主权项	1.一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、预处理；步骤2、在光纤孔周围取临近部分区域，对该区域成像信号进行实时监测；步骤3、望远镜指向修正，望远镜控制系统驱动望远镜指向，使目标星成像完全落在光纤孔成像区域之内。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的预处理具体为：在进行高色散观测望远镜闭环跟踪前，通过调节望远镜焦点来调节目标星在CCD的成像大小，使目标星在CCD上的成像已经对准针孔镜光纤孔所在的位置内。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的在光纤孔周围取临近部分区域，对该区域成像信号进行实时监测，具体为：以光纤孔的圆心为原点，取一个半径为R圆形区域或者一个对角线长度为C的矩形区域作为监测的区域。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的望远镜指向修正具体为：步骤3.1、计算并保存当前监测区域内的信号值总值，作为起始位置信号量；步骤3.2、从CCD中获取实时拍摄的图像，计算当前时刻监测区域的信号量总值；步骤3.3、计算当前时刻成像的监测区域内信号量总值与起始位置信号量之间的偏差；步骤3.4、判断步骤3.3计算的偏差是否超出阈值范围，如果星象偏离光纤孔位置，则计算得到的信号量总值会比原始位置信号量大；这个阈值根据实际观测得到合适的值；如果在接受范围内，则继续重复步骤3.2之后监测计算；如果超出设定阈值，则星象偏离光纤孔位置较多，需要进行指向修正；步骤3.5、视星象为圆形的亮斑，通过图像拟合算法计算出星象圆心坐标位置；计算星象圆心与光纤孔圆心位置的偏差；再将偏差换算到望远镜运动坐标上；步骤3.6、将得到的偏差通过通讯接口自动输入给望远镜控制系统；步骤3.7、望远镜根据偏差进行指向修正，循环步骤3.2，直至观测结束。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3.1中的计算并保存当前监测区域内的信号值总值，作为起始位置信号量，具体为：通过图像分割技术确定光纤孔区域，再利用图像处理技术形态学原理得到质心坐标(x0，y0)和光纤孔成像的半径r；若，直接取以(x0，y0)为圆心坐标，r+d为半径的圆形区域，对该区域像素灰度值进行求和就得到该区域的信号量，作为起始位置信号量。 6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3.2中的从CCD中获取实时拍摄的图像，计算当前时刻监测区域的信号量总值，具体为：CCD采集的图像是灰度值，其中，起始位置信号量总值为灰度值之和：S0＝∑Valuexy，其中x和y表示像素坐标；当前时刻成像的监测区域内信号量总值St计算公式同起始位置信号量总值计算公式，S0表示初始时刻采样值，St表示当前时刻采样值，只是采样的时刻不同。 7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3.3中的计算当前成像的圆形监测区域内信号量总值与起始位置信号量之间的偏差，具体为：假设St为当前时刻监测区域的信号量总值，则与初值之间的偏差为δ＝St-S0；其中，当前时刻成像的圆形监测区域内信号量总值为步骤3.2中的计算结果，起始位置信号量为步骤3.1中的计算结果。 8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3.4中的判断步骤3.3计算的偏差是否超出范围，具体为：灰度偏差阈值设置为2500，如果偏差小于阈值2500在接收范围内，则继续重复步骤3.2之后监测计算；如果超出设定阈值，则星象偏离光纤孔位置较多，需要进行指向修正。 9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3.5中的视星象为圆形的亮斑，通过图像拟合算法计算出星象圆心坐标位置；计算星象圆心与光纤孔圆心位置的偏差；再将偏差换算到望远镜运动坐标上，具体为：步骤3.5.1、利用图像处理技术的二值化和连通域得到白色偏离区域部分所有像素点坐标:(x，y)；步骤3.5.2、计算偏移出来的区域每个坐标与光纤孔圆心坐标(x0,y0)之间的距离，距离最大值位置处A点就是移动的方向；步骤3.5.3、最大距离减去光纤孔成像圆形区域半径r得到星象重心的偏移量L＝square((y-y0)2+(x-x0)2)，即x、y坐标偏差的平方和，再开根号；步骤3.5.4、根据最大偏移量L对应的像素坐标(x,y)，可以计算其相对圆心(x0,y0)的偏转角a，利用三角函数公式tana＝(y-y0)/(x-x0)可求出偏转角a＝arctan(y-y0)/(x-x0)结合偏移量L，进而算出圆心位置坐标＝(x0+Lcosa,y0+Lsina)＝(x0+Lcos(arctan(y-y0)/(x-x0)),y0+Lsin(arctan(y-y0)/(x-x0)))；步骤3.5.5、x，y的偏差分别为：Lcosa，Lsina。 10.一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪系统，其特征在于，包括图像采集模块(1)、控制模块(2)和望远镜模块(3)；图像采集模块(1)和望远镜模块(3)均通过以太网或USB通讯接口与控制模块(2)相连接；所述控制模块(2)安装在计算机中。
语种	中文
专利代理人	林浩书
代理机构	北京智行阳光知识产权代理事务所（普通合伙）
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25664
专题	南方基地天文技术实验室
作者单位	中国科学院云南天文台, 云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	余晓光,白金明,季凯帆,等. 一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪方法和系统. ZL202211011773.0[P]. 2024-01-30.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
CN115437030A-一种高色散光纤（441KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文
CN115437030B-一种高色散光纤（607KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文