一種ccd天頂望遠鏡的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種國內天體測量領域的使用CCD作為觀測終端的CCD天頂望遠鏡，采用高精度傾斜儀與平面反射鏡相結合組成恒星星光反射面，改變了傳統天體測量儀器用水銀盤做星光反射面的方法，更利于儀器的流動測量；適于在地學領域和天文領域推廣應用，其可以用于垂線偏差的流動測量、海上和陸地的快速定位、以及正在組建的UT1測量等。
【專利說明】—種CCD天頂望遠鏡【技術領域】
[0001]本發明屬于天體測量儀器領域，特別是涉及一種將CCD和高精度傾斜儀等新技術應用于天體測量設備一天頂望遠鏡。
【背景技術】
[0002]照相天頂設備是通過拍攝天頂附近的恒星及測量星象在底片上的位置來歸算天文時間和緯度的一種地面光學天體測量望遠鏡，從最初僅用于緯度測量的照相天頂設備算起，至今已超過百年的時間。相對20世紀70、80年代相繼采用的甚長基線干涉測量技術(VLBI)、激光測距(SLR)等新技術儀器，等高儀、中星儀和照相天頂設備被稱為經典天體測量儀器。因照相天頂設備觀測天頂附近的恒星，最大限度地減少了大氣折射的影響，因而在經典天體測量儀器中測量精度相對是最高的。因此得到一些國家天文臺的重視，不斷得到改進，成為測量地球自轉參數(ERP)的重要設備。在我國，中科院南京天文儀器廠于1976年研制過真空照相天頂設備，1979年安裝在北京天文臺天津緯度站進行試觀測。在20世紀后期，VLBI等新技術儀器表現出了高精度、高效率測定ERP的優點，經典儀器的ERP測定工作逐漸被它們代替，大部分經典天測儀器逐步退役。
[0003]天頂照相設備觀測天頂附近的恒星，受大氣折射的影響相對較小，但是經典天測儀器多數比較笨重，自動化程度不高，操作復雜，需要較多的專業技術人員操作，觀測效率低，需要的人力多，運行成本高，而且還無法避免水銀盤帶來的污染等問題，難以廣泛應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有經典天體測量儀器笨重、自動化不高等缺點，提供一種小型、高自動化、高精度、易操作和低成本的儀器，其可以在天文學與地球科學的交叉研究中發揮重要作用。
`[0005]本發明可以實現定點和流動觀測兼容，與經典天體測量儀器相比，觀測星等高((XD天頂望遠鏡可以實現0.5秒曝光觀測至13等星、經典天頂照相設備跟蹤20秒觀測至9等星)，觀測效率高((XD天頂望遠鏡可以實現10分鐘一組約3000星次、經典天頂照相設備2小時一組20-30星次)，觀測精度高(C⑶天頂望遠鏡0.15" /組)，完全自動化觀測，無需專業人員就可以實現觀測，適于在地學領域和天文領域推廣應用，例如可以用于垂線變化測量、垂線偏差的流動測量、陸地和海上的快速天文定位、以及正在組建的ERP測量系統等。
[0006]CXD天頂望遠鏡觀測恒星在天球上的視運動，精確觀測和記錄恒星經過天球上某特定位置的時刻(例如子午線或某個等高圈)，或利用照相方式獲得某時刻天頂附近的恒星在望遠鏡視場內分布的圖像，并利用特殊的方法和技術，得到圖像中恒星與天球上某個位置的關系，與利用恒星星表計算的相應于觀測地點的恒星視位置的數據相結合，可解算出天文上的經度、緯度。
[0007]本發明的CXD天頂望遠鏡包括鏡筒部分、旋轉軸部分、移動小車、控制系統4個部分。其中鏡筒部分，由鏡筒主體、物鏡、平面反射鏡、45°反射角鏡、CCD相機、高精度傾斜儀組成；旋轉軸部分，由轉臺主體、旋轉軸部分主體采用高精密轉臺、上下兩個金屬圓盤、高速步進電機、諧波齒輪、直齒輪、帶變速箱的直流電機、傾角傳感器組成；移動小車，由帶萬向輪的小車、電動伸縮桿組成；控制系統；由電控系統、輸出系統以及數據處理系統組成。
[0008]本發明改變了以往天體測量儀器體積大、自動化程度不高、觀測效率低、需要的人力多的缺點，具備小型化、高精度、易操作、低成本等優點。實現了固定-流動觀測兼容的方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是根據本發明一實施例的CXD天頂望遠鏡樣機；
[0010]圖2是本發明CXD天頂望遠鏡的鏡筒部分結構示意圖；
[0011]圖3是本發明CXD天頂望遠鏡的光路示意圖；
[0012]圖4是本發明CXD天頂望遠鏡的旋轉軸部分結構示意圖；
[0013]圖5是本發明CXD天頂望遠鏡的移動小車部分結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。
[0015]本發明的C⑶天頂望遠鏡，如圖1所示，主要結構分為:鏡筒部分、旋轉軸部分、移動小車、控制系統四部分。
[0016]如附圖2所不，鏡筒部分王要由鏡筒王體、物鏡、平面反射鏡、45°反射角鏡、(XD相機、高精度傾斜儀組成。由直徑為20cm的雙片透鏡作為物鏡，配以平面反射鏡和角鏡組成該望遠鏡的折射式光學系統(如附圖3所示)，主焦點位于鏡筒上方的外側，星光通過鏡筒底部的平面反射鏡反射至鏡筒上部的45°反射角鏡，再反射后將恒星星象聚焦在鏡筒外側的CCD相機靶面上，鏡筒的另一側安裝有高精度傾斜儀，用于記錄觀測時的水平值。
[0017]CXD調焦系統固定在裝有滑塊的滑軌上，由螺距0.2mm的絲桿前后移動以實現望遠鏡的焦距調整，同時用兩根拉簧保證滑塊與絲桿的隨動。CCD相機用單個m6螺釘固定在滑塊上，CCD相機可做左右旋轉。框架上設計了兩個螺孔供調整CCD相機的俯仰調整，轉向角鏡也有方位俯仰調整功能。
[0018]如附圖4所示，旋轉軸部分主要由轉臺主體、旋轉軸部分主體采用高精密轉臺(精度達到Ium)、上下兩個金屬圓盤、高速步進電機、諧波齒輪、直齒輪、帶變速箱的直流電機、傾角傳感器組成；旋轉軸部分負責實現CCD天頂望遠鏡精置平、旋轉、定位功能。
[0019]望遠鏡的旋轉軸系統及鏡筒由上下兩個金屬圓盤支撐。圓盤的上盤靠三套調平系統支撐在相同直徑的下盤上。旋轉軸外軸安放在金屬圓盤上，鏡筒安放在轉臺的內軸上。轉臺內軸下端面安裝一直徑300mm齒輪盤，由步進電機和諧波變速一體的減速箱、直徑30mm小齒輪驅動，其與大齒輪咬合帶動內軸旋轉。帶變速箱的直流電機固定在上盤的上面，上盤的下面是相對編碼器和手輪，通過細牙螺栓和關節軸承固定在下盤上，用于精置平。
[0020]如附圖5所示，移動小車部分由帶萬向輪的小車、電動伸縮桿組成；C⑶天頂望遠鏡到達觀測位置后，控制系統開始工作，移動小車的電動伸縮桿伸出，支撐起CXD天頂望遠鏡，由于移動小車的存在，可實現定點觀測和流動觀測兼容。[0021]金屬圓盤的下盤相對地面分別有三個手調的水平支撐，通過調整螺旋可以調節支撐結構的著地方式:萬向輪方式或者支撐桿方式。其中和平臺接觸移動時調到萬向輪方式，觀測時調整到支撐桿方式。
[0022]控制系統主要由電控系統、輸出系統以及數據處理系統組成。電控系統采集CCD天頂望遠鏡設備上的各個傳感器的信息，了解儀器當前的工作狀態，發出控制命令驅動望遠鏡進行定位、粗置平、精置平、曝光觀測操作，數據處理系統完成數據處理，所有操作均可在輸出系統進行顯示。
[0023]CXD天頂望遠鏡采用精度為15ns的GPS秒信號同步CXD曝光時刻，確定觀測歷元。
[0024]C⑶天頂望遠鏡體積小，高1.5米，重50公斤；并且CXD天頂望遠鏡不需使用基墩。
[0025]CCD天頂望遠鏡整個觀測過程完全自動化觀測，自動置平、自動記錄觀測數據、自動處理觀測結果，無需人工操作。
[0026]C⑶天頂望遠鏡觀測精度高，單次觀測精度達到0.2" -0.3"。
[0027]本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術對本發明技術方案作出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種C⑶天頂望遠鏡，包括 鏡筒部分，由鏡筒主體、物鏡、平面反射鏡、45°反射角鏡、CCD相機、高精度傾斜儀組成； 旋轉軸部分，由轉臺主體、旋轉軸部分主體采用高精密轉臺、上下兩個金屬圓盤、高速步進電機、諧波齒輪、直齒輪、帶變速箱的直流電機、傾角傳感器組成； 移動小車，由帶萬向輪的小車、電動伸縮桿組成； 控制系統，由電控系統、輸出系統以及數據處理系統組成； 其特征在于，鏡筒部分位于CXD天頂望遠鏡的最頂端，是天頂望遠鏡的光學成像系統；旋轉軸部分位于CXD天頂望遠鏡的中間部分，是整個儀器驅動環節的執行機構，負責望遠鏡精置平、旋轉、定位功能； 移動小車位于CCD天頂望遠鏡的下方，具有粗置平功能、可放置望遠鏡主體，移動小車可實現定點觀測和流動觀測兼容； 控制系統用于CCD相機曝光控制、圖像采集、GPS時鐘信息讀取、秒信號同步、望遠鏡高速驅動和定位控制，傾角傳感器以及高精度傾斜儀數據采集、望遠鏡粗置平和精置平控制、數據處理以及輸出。
2.如權利要求1所述的CXD天頂望遠鏡，其特征在于， CXD天頂望遠鏡到達觀測位置后，控制系統開始工作，移動小車的電動伸縮桿伸出，支撐起CCD天頂望遠鏡，自動粗置平； 緊接著進行精置平，當望遠鏡水平狀態滿足觀測條件后開始觀測，控制系統驅動旋轉軸系統進行旋轉、定位； 定位結束后，鏡筒部分成像系統的CCD相機記錄曝光時刻的恒星星像數據，并且控制系統記錄這一時刻的望遠鏡水平值，最終由數據處理系統處理觀測結果輸出到輸出系統。
3.如權利要求2所述的CCD天頂望遠鏡，其特征在于，鏡筒部分的光學成像系統采用折射式光學系統，恒星星光經物鏡折射到平面反射鏡上，反射至45°反射角鏡，再反射后將恒星星象聚焦在鏡筒外一側的CXD相機靶面上。
4.如權利要求3所述的望遠鏡，其特征在于，恒星星光反射面由精度為0.05"的高精度傾斜儀與平面反射鏡相結合組成。
5.如權利要求1所述的望遠鏡，其特征在于，望遠鏡高1.5米，重50公斤。
6.如權利要求1所述的望遠鏡，其特征在于，CCD天頂望遠鏡不需使用基墩。
7.如權利要求1所述的望遠鏡，其特征在于觀測過程無需人工操作。
8.如權利要求1所述的望遠鏡，其特征在于，采用精度為15ns的GPS秒信號同步CCD曝光時刻，確定觀測歷元。
9.如權利要求1所述的望遠鏡，其特征在于單次觀測精度達到0.2" -0.3"。
【文檔編號】G01C1/00GK103852880SQ201410120003
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】田立麗, 王博, 王政, 郭金運 申請人:中國科學院國家天文臺