本發(fā)明涉及望遠鏡控制，具體提供一種望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法及引導系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、閉環(huán)跟蹤是光電望遠鏡的重要組成功能之一，當目標進入望遠鏡的成像視場時，望遠鏡圖像處理模塊開始對每幀圖像進行實時目標提取，圖像處理模塊計算得到目標區(qū)域質(zhì)心在圖像中的像素坐標，根據(jù)圖像光學參數(shù)（方位和俯仰方向的角分辨率），計算得到目標脫靶量，脫靶量表示了目標相對于望遠鏡圖像視場中心的方位和俯仰的角偏移量。根據(jù)目標脫靶量生成對伺服控制模塊的引導指令，最終實現(xiàn)望遠鏡對目標的閉環(huán)跟蹤功能。閉環(huán)跟蹤功能在望遠鏡觀測未知軌道目標，或觀測的目標的已知軌道誤差較大時起到重要作用。

2、一套完善的具備目標閉環(huán)跟蹤功能的望遠鏡系統(tǒng)，一般包含授時模塊、伺服控制模塊、相機、圖像處理模塊和望遠鏡控制模塊共5部分。已有成熟的望遠鏡閉環(huán)跟蹤技術(shù)要求授時模塊的觸發(fā)周期，相機拍照周期和伺服控制模塊接收引導指令和編碼器指向反饋的周期嚴格對齊，若無法達到上述時序的嚴格對齊，會導致望遠鏡控制模塊產(chǎn)生的望遠鏡引導指向與目標實際指向有一定偏差，最終表現(xiàn)為目標在觀測圖像范圍內(nèi)劇烈抖動，且目標運動越快抖動越劇烈，對于觀測視場較小的望遠鏡，目標可能抖動到觀測視場外部，導致閉環(huán)跟蹤的失敗。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，圖像處理模塊通過實時處理目標圖像，將計算得到的方位和俯仰脫靶量，疊加望遠鏡在該圖像中心時刻的方位和俯仰編碼器指向，最終得到該時刻的目標指向。望遠鏡控制模塊將該時刻的目標指向發(fā)送至伺服控制模塊，伺服控制模塊在下一個控制周期將望遠鏡平滑引導至相應指向。該模式適用于當前比較成熟的光電望遠鏡系統(tǒng)，依賴于望遠鏡完善的總體方案設計。授時模塊、伺服控制模塊、相機、圖像處理模塊和望遠鏡控制模塊相互之間需要具有完善的配合機制和嚴格的時間對齊才能實現(xiàn)。而這種高度復雜的配合機制和時間對齊的方式，與產(chǎn)品模塊化設計產(chǎn)生一定沖突，會增加望遠鏡的設計成本，同樣要求研發(fā)團隊具有較高的專業(yè)性和豐富的經(jīng)驗。目前部分型號的望遠鏡產(chǎn)品對伺服控制模塊和授時模塊選型，不支持已有成熟的閉環(huán)跟蹤解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法及引導系統(tǒng)，通過軌跡擬合公式，有效降低望遠鏡閉環(huán)功能對各個模塊時間對齊的依賴，降低該種情況下目標在望遠鏡視野中的抖動程度。

2、本發(fā)明提供的遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法，包括：

3、s1：預設觸發(fā)頻率，按照觸發(fā)頻率提供時間信息，其中，表示時間信息的序列號；

4、s2：預設實際引導指向的接收頻率，實際引導指向為引導望遠鏡跟蹤目標的數(shù)據(jù)；

5、s3：設定，判斷本次觸發(fā)是否進行望遠鏡引導：

6、若的余數(shù)為0，則進行望遠鏡引導，并執(zhí)行下一步；

7、若的余數(shù)不為0，則不進行望遠鏡引導，流程結(jié)束；

8、s4：預設采集頻率，按照采集頻率采集目標圖像并計算目標圖像對應的目標脫靶量，其中，表示方位目標脫靶量，表示俯仰目標脫靶量；

9、s5：獲取與當前時間信息最近的望遠鏡編碼器指向，其中，分別表示方位編碼器指向和俯仰編碼器指向；

10、s6：進行目標軌跡擬合，計算目標基準引導指向：

11、q1：計算目標近似指向；獲得目標指向信息；將目標指向信息添加至信息隊列的首位，其中，信息隊列為目標指向信息按照時間信息先后排列組成的合集；

12、q2：設定數(shù)量閾值，判斷信息隊列中的目標指向信息的數(shù)量是否小于或等于數(shù)量閾值：

13、若是，保持信息隊列不變；

14、若否，則刪除信息隊列中末端的目標指向信息，獲得新的信息隊列；

15、q3：依據(jù)信息隊列，獲得軌跡擬合公式：

16、；

17、其中，表示目標基準引導指向的方位值或俯仰值，，和表示目標基準引導指向的方位值軌跡擬合公式的系數(shù)或目標基準引導指向的俯仰值軌跡擬合公式的系數(shù)；

18、q4：通過最小二乘法求解系數(shù)，和，獲得目標基準引導指向；

19、s7：疊加目標基準引導指向和目標脫靶量，求解實際引導指向，通過實際引導指向引導望遠鏡。

20、優(yōu)選的，觸發(fā)頻率是引導頻率的整數(shù)倍。

21、優(yōu)選的，觸發(fā)頻率是采集頻率的整數(shù)倍。

22、優(yōu)選的，觸發(fā)頻率取值為100hz。

23、優(yōu)選的，數(shù)量閾值取值為20。

24、一種望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導系統(tǒng)，基于望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法對望遠鏡進行引導，包括：

25、授時模塊、伺服控制模塊、相機、望遠鏡控制模塊和圖像處理模塊；

26、授時模塊提供時間信息；

27、相機采集目標圖像并將目標圖像發(fā)送至圖像處理模塊；

28、圖像處理模塊依據(jù)目標圖像計算目標圖像中的目標脫靶量，并將目標脫靶量發(fā)送至望遠鏡控制模塊；

29、伺服控制模塊接收實際引導指向引導望遠鏡跟蹤目標，并向望遠鏡控制模塊發(fā)送編碼器指向；

30、望遠鏡控制模塊依據(jù)編碼器指向、目標脫靶量和時間信息計算實際引導指向并發(fā)送至伺服控制模塊。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

32、對于本發(fā)明所涉及的望遠鏡類型，使用已有方法對目標進行閉環(huán)跟蹤，會導致目標在圖像視場內(nèi)的劇烈抖動。

33、本發(fā)明通過軌跡公式擬合，有效降低望遠鏡閉環(huán)功能對各個模塊時間對齊的依賴，可大幅降低此類型望遠鏡在閉環(huán)跟蹤過程中目標的抖動幅度和頻率，使目標盡可能保持在觀測視場中心附近。

34、且本發(fā)明控制系統(tǒng)中，望遠鏡控制模塊與圖像處理模塊可以在一個軟件中，也可以在不同軟件中，可以在一個終端中，也可以在不同終端中，靈活性更高，更便于實現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法，其特征在于，所述觸發(fā)頻率是所述引導頻率的整數(shù)倍。

3.如權(quán)利要求1所述的望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法，其特征在于，所述觸發(fā)頻率是所述采集頻率的整數(shù)倍。

4.如權(quán)利要求1所述的望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法，其特征在于，所述觸發(fā)頻率取值為100hz。

5.如權(quán)利要求1所述的望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法，其特征在于，所述數(shù)量閾值取值為20。

6.一種望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導系統(tǒng)，基于如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任意一項所述的望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法對望遠鏡進行引導，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及望遠鏡控制技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種望遠鏡的閉環(huán)跟蹤引導方法及引導系統(tǒng)，將觸發(fā)頻率設定為接收實際引導指向的頻率的整數(shù)倍，并依據(jù)該倍數(shù)確認是否觸發(fā)望遠鏡引導，當進行望遠鏡引導時，依據(jù)目標脫靶量和編碼器指向擬合軌跡公式，計算目標基準引導指向，疊加目標基準引導指向和目標脫靶量，獲得用于引導望遠鏡轉(zhuǎn)動的實際引導指向，引導望遠鏡轉(zhuǎn)動跟蹤目標。該方法無需考慮各模塊時間對齊問題，有效降低目標在視野內(nèi)的抖動程度，提高跟蹤精度。

技術(shù)研發(fā)人員：宋力奪,姚凱男,楊岳航,徐志強,王建立,郭鵬飛,王顯軍
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15