專利名稱：基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法，非常適用于多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡的多目標(biāo)光纖定位的模擬定標(biāo)檢測、定位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)測試以及相關(guān)定位精度的判斷和驗(yàn)證。本發(fā)明還涉及這種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法所使用的設(shè)備。
背景技術(shù)：
天文學(xué)正進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，在空間/地面全波段實(shí)現(xiàn)成像和光譜觀測。然而對于光學(xué)波段物理信息含量最大、積累最多、運(yùn)用也最成熟的天體性質(zhì)和行為的認(rèn)識，相對成像巡天所獲得的數(shù)以百億計(jì)的天體的光譜信息還很極其缺乏。新型多目標(biāo)光譜巡天望遠(yuǎn)鏡及其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)正是應(yīng)運(yùn)而生，其中關(guān)鍵核心技術(shù)之一的多目標(biāo)光纖單元定位技術(shù)，主要用以在一個(gè)很大尺寸的虛擬的平面或者球面焦面上，足夠精確部署和定位大批量的光譜光纖(端面)，從而在每輪觀測時(shí)都要精確地對準(zhǔn)大量天體目標(biāo)并收集光譜能量，實(shí)現(xiàn)高精度光譜巡天。但如何在一個(gè)大尺度的平面或球面焦面上，測試大量多目標(biāo)光纖定位的精度，成功檢測和驗(yàn)證出微米級的光纖定位精度，是一個(gè)難題。當(dāng)前是針對國際上最先進(jìn)的多目標(biāo)光纖定位技術(shù)，是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機(jī)械和精密儀器系自主研制的并行可控分區(qū)的雙回轉(zhuǎn)光纖定位技術(shù)。而常規(guī)光纖定位定標(biāo)測試采用照相法，把大焦面分小區(qū)后利用光纖背照對光纖端面拍照和定標(biāo)，最終拼接組合，采用多項(xiàng)式擬合，但在實(shí)際現(xiàn)場，會額外受到定位單元機(jī)構(gòu)、相機(jī)姿態(tài)、相機(jī)位置變化、相機(jī)誤差、像質(zhì)、視寧度、光纖屬性、焦面溫度變形、焦面重力變形、分區(qū)拼接、平面與球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等眾多因素的綜合影響，實(shí)際最終全部光纖定位精度很難真正驗(yàn)證和判定。隨著多目標(biāo)光譜巡天的發(fā)展以及越來越高的單元數(shù)目和精度要求，當(dāng)前利用光纖背照(光纖遠(yuǎn)端主動(dòng)照明)的照相法的缺點(diǎn)是會受到諸如相機(jī)姿態(tài)、相機(jī)位置變化、相機(jī)誤差、像質(zhì)、定位單元機(jī)構(gòu)、視寧度、光纖屬性、焦面曲面幾何形狀、焦面溫度變形、焦面重力變形、分區(qū)拼接、平面與球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等眾多因素的綜合影響，無法準(zhǔn)確并且方便地測試定位單元機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)以及無法驗(yàn)證全部光纖定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了進(jìn)一步發(fā)展多目標(biāo)光纖定位定標(biāo)技術(shù)，克服目前定標(biāo)技術(shù)的不足，本發(fā)明針對多目標(biāo)光纖定位技術(shù)，通過簡單易行的工藝設(shè)計(jì)，造價(jià)較低地實(shí)現(xiàn)基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)，提供一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法的設(shè)計(jì)。本發(fā)明還將提供這種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法所使用的設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法，其特征在于，步驟如下
⑴.在多目標(biāo)光纖定位系統(tǒng)前面設(shè)置一個(gè)拼接的大屏幕，所述拼接大屏幕采用的可以是液晶拼接，或投影大屏幕，或等離子拼接大屏幕；⑵.對大屏幕直接整體測量，在整個(gè)大屏幕坐標(biāo)系下標(biāo)定出每個(gè)顯示單元(或稱為“小屏幕單元”，例如，單個(gè)液晶或單個(gè)等離子管)的相互空間位置坐標(biāo)；
⑶.利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在大屏幕上模擬產(chǎn)生全部光纖對應(yīng)的天文光譜觀測目標(biāo)，根據(jù)大屏幕與焦面位置幾何轉(zhuǎn)換關(guān)系，并命令光纖定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位；
⑷.通過光纖定位運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與模擬天文光譜觀測目標(biāo)源進(jìn)行相對的二維對準(zhǔn)掃描定位(可以是固定光纖定位系統(tǒng)，在大屏幕上模擬觀測目標(biāo)源位置二維變化的二維掃描，或固定大屏幕上目標(biāo)源，在焦面上用光纖定位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)二維的掃描)，用相機(jī)曝光獲取積分光纖光譜能量，通過上述獲取離散能量和位置數(shù)據(jù)的類高斯的擬合和插值處理，即可精確定標(biāo)當(dāng)前光纖定位單元理想位置和光纖定位運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位運(yùn)動(dòng)精度。本發(fā)明如圖1，通過采用和標(biāo)定拼接大屏幕(如圖2)，建立大屏幕統(tǒng)一坐標(biāo)系與理論焦面(光纖端面所在面)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用上述轉(zhuǎn)換關(guān)系和數(shù)字圖像技術(shù)的優(yōu)勢，模擬產(chǎn)生全部天文光譜觀測目標(biāo)源(如圖3)并進(jìn)行光纖初定位，通過基于全部天文光譜觀測目標(biāo)源與光纖單元的相對的位置的主動(dòng)二維掃描變化(固定一個(gè)，主動(dòng)微觀調(diào)整另外一個(gè)， 如圖4和圖5)，在光纖輸出端收集離散掃描獲得的能量，記錄對應(yīng)位置信息，通過能量數(shù)據(jù)信息的類高斯擬合和插值，即可獲取理想光纖定位位置，以及其與光纖初定位位置差別，即光纖定位精度。完成本申請第2個(gè)發(fā)明任務(wù)的方案是上述基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法所使用的，一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)設(shè)備，多目標(biāo)光纖定位系統(tǒng)的面底板背面固定有各傳光光纖，其特征在于，在所述面底板前面設(shè)置一個(gè)拼接大屏幕；該拼接大屏幕與能夠在改大屏幕上模擬產(chǎn)生(全部光纖對應(yīng)的)天文光譜觀測目標(biāo)的計(jì)算機(jī)連接；同時(shí)，設(shè)有用于天文觀測的相機(jī)。所述拼接大屏幕采用的可以是液晶拼接，或投影大屏幕，或等離子拼接大屏幕。本發(fā)明創(chuàng)新地提出和利用了拼接大屏幕模擬產(chǎn)生多目標(biāo)光纖光譜觀測目標(biāo)源，可以輕而易舉地通過全部天文光譜觀測目標(biāo)源與光纖單元的相對的位置的主動(dòng)二維掃描，獲得整個(gè)光纖定位大系統(tǒng)的光纖定位精度。在利用固定光纖單元用大屏幕上目標(biāo)源運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃描(圖4)和固定模擬的目標(biāo)源用光纖掃描(圖5)之后，根據(jù)二維高斯分布函數(shù)擬合并插值出能量極大對應(yīng)的位置，即理想光纖定位的位置；通過計(jì)算光纖初定位與理想光纖定位位置的差，即可規(guī)算定標(biāo)出整個(gè)光纖定位系統(tǒng)精度。實(shí)際天文光譜目標(biāo)源，都有一定的大小，取決于望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)像質(zhì)、臺址視寧度和跟蹤精度等的綜合效果。通過選擇匹配合適的掃描步長和網(wǎng)格，比如3X3、5X5或更多，實(shí)現(xiàn)有效二維微動(dòng)掃描。精度分析，光纖定位機(jī)構(gòu)微動(dòng)，與步進(jìn)電機(jī)細(xì)分有關(guān)，由于采用雙回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)半徑很小，從而可以實(shí)現(xiàn)微米量級；而大屏幕上天文光譜觀測目標(biāo)源的精度也可以模擬出很高的微米量級質(zhì)心誤差(目標(biāo)源尺度越大越對稱，質(zhì)心精度越高)；最終光纖定位理想位置也可以定標(biāo)到微米量級精度。此外拼接大屏幕與焦面的距離很近，但精度要求不高，因?yàn)楣饫w定位基本上對焦面上橫向位置，垂直方向不敏感。本發(fā)明不難實(shí)現(xiàn)。在獲得理想光纖定位位置并實(shí)現(xiàn)定位之后，可以實(shí)現(xiàn)光纖定位和焦面系統(tǒng)的姿態(tài)、熱變形的長期檢測。
本發(fā)明具有對全部光纖定位單元，也就是整個(gè)光纖定位系統(tǒng)的快速的高精度定標(biāo)能力。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種新穎便宜易行的一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法方案，非常適用于多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡的多目標(biāo)光纖定位定標(biāo)。利用幾何光學(xué)對準(zhǔn)和小范圍快速微動(dòng)二維掃描原理，通過建議的工藝方法實(shí)現(xiàn)了對多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡的多目標(biāo)光纖定位。原理明了，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。由于采用了拼接面板和拼接靶面，可以實(shí)現(xiàn)近實(shí)時(shí)的光纖定位定標(biāo)，對于由傳統(tǒng)的照相法發(fā)展走向?qū)崟r(shí)的主動(dòng)光纖定位1 擬定標(biāo)，提聞和實(shí)時(shí)保證了多目標(biāo)光纖定位的性能和精度，實(shí)施工藝簡單，大大減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而降低了造價(jià)。


圖I多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)系統(tǒng)示意圖2拼接大屏幕示意圖3屏幕上模擬的全部觀測天文目標(biāo)源；
圖4主動(dòng)模擬天文光譜目標(biāo)源變化以實(shí)現(xiàn)二維掃描；
圖5主動(dòng)小范圍光纖定位微動(dòng)二維掃描。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法，在圖I中，天線檢測系統(tǒng)包含焦面底板I、光纖定位單元2、虛擬的理論焦面3、拼接大屏幕4、小屏幕單元5和傳光光纖6 ;圖2為拼接的大屏幕；圖3為在大屏幕上模擬顯示的天文觀測目標(biāo)源；圖4和圖5為分別為兩種主動(dòng)對準(zhǔn)定標(biāo)方式，其中包含光纖端面7和天文光譜目標(biāo)源8，圖7為在大屏幕上主動(dòng)模擬天文光譜目標(biāo)源的位置變化，實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)二維掃描；而圖8為主動(dòng)在小范圍內(nèi)光纖定位單元機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光纖端面二維掃描。固定于焦面前面的拼接大屏幕，可以是利用小液晶或等離子拼接的大屏幕，也可以是投影儀產(chǎn)生的投影屏幕，通過計(jì)算模擬在大屏幕上顯示天文觀測目標(biāo)源，然后通過標(biāo)定出統(tǒng)一的屏幕坐標(biāo)系與焦面坐標(biāo)系幾何轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)行全部光纖對準(zhǔn)初定位，采用相機(jī)收集光纖輸出端能量；下面可以通過模擬實(shí)現(xiàn)天文目標(biāo)源的大小改變、信噪比改變和位置變化(小范圍微動(dòng)快速二維掃描)來定標(biāo)光纖定位的精度，也可以通過實(shí)際光纖定位機(jī)構(gòu)的小范圍微動(dòng)快速二維掃描來精確主動(dòng)對準(zhǔn)模擬的固定天文目標(biāo)源，獲得實(shí)際光纖定位的定標(biāo)精度。最終的光纖定位精度，可分別通過這兩種方法獲得的小范圍主動(dòng)掃描結(jié)果的擬合和插值獲得。
權(quán)利要求
1.一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法，其特征在于，步驟如下(1).在多目標(biāo)光纖定位系統(tǒng)前面設(shè)置一個(gè)拼接的大屏幕；(2).對大屏幕直接整體測量，在整個(gè)大屏幕坐標(biāo)系下標(biāo)定出每個(gè)顯示單元的相互空間位置坐標(biāo)；⑶.利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在大屏幕上模擬產(chǎn)生全部光纖對應(yīng)的天文光譜觀測目標(biāo)，根據(jù)大屏幕與焦面位置幾何轉(zhuǎn)換關(guān)系，并命令光纖定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位；⑷.通過光纖定位運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與模擬天文光譜觀測目標(biāo)源進(jìn)行相對的二維對準(zhǔn)掃描定位，用相機(jī)曝光獲取積分光纖光譜能量，通過上述獲取離散能量和位置數(shù)據(jù)的類高斯的擬合和插值處理，精確定標(biāo)當(dāng)前光纖定位單元理想位置和光纖定位運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位運(yùn)動(dòng)精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于拼接液晶大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法，其特征在于，步驟⑴中所述的拼接大屏幕是液晶拼接大屏幕，或投影大屏幕，或等離子拼接大屏幕。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法，其特征在于， 步驟⑵中所述的顯示單元，是指單個(gè)液晶或單個(gè)等離子管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬方法，其特征在于， 步驟⑷中所述的進(jìn)行相對的二維對準(zhǔn)掃描定位，是指一下兩種方式之一固定光纖定位系統(tǒng)，在大屏幕上模擬觀測目標(biāo)源位置二維變化的二維掃描；或，固定大屏幕上目標(biāo)源，在焦面上用光纖定位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)二維的掃描。
5.權(quán)利要求I所述的基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法所使用的，一種基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)設(shè)備，多目標(biāo)光纖定位系統(tǒng)的面底板背面固定有各傳光光纖，其特征在于，在所述面底板前面設(shè)置一個(gè)拼接大屏幕；該拼接大屏幕與能夠在改大屏幕上模擬產(chǎn)生全部光纖對應(yīng)的天文光譜觀測目標(biāo)的計(jì)算機(jī)連接；同時(shí)，設(shè)有用于天文觀測的相機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)設(shè)備，其特征在于，所述拼接大屏幕采用的是液晶拼接，或投影大屏幕，或等離子拼接大屏幕。
全文摘要
基于拼接大屏幕的多目標(biāo)光纖定位模擬定標(biāo)方法及其設(shè)備，步驟是⑴在多目標(biāo)光纖定位系統(tǒng)前面設(shè)置拼接大屏幕；⑵對大屏幕直接整體測量，在大屏幕坐標(biāo)系下標(biāo)定出每個(gè)顯示單元的相互空間位置坐標(biāo)；⑶在大屏幕上模擬產(chǎn)生光纖對應(yīng)的天文光譜觀測目標(biāo)，根據(jù)大屏幕與焦面位置幾何轉(zhuǎn)換關(guān)系，并命令光纖定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位；⑷通過光纖定位運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與模擬天文光譜觀測目標(biāo)源進(jìn)行相對二維對準(zhǔn)掃描定位，用相機(jī)曝光獲取積分光纖光譜能量，通過獲取離散能量和位置數(shù)據(jù)的類高斯擬合和插值處理，精確定標(biāo)光纖定位單元理想位置和光纖定位運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位運(yùn)動(dòng)精度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。提高和實(shí)時(shí)保證了多目標(biāo)光纖定位的性能和精度。
文檔編號G01D18/00GK102589607SQ20121006607
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者張勇, 李燁平 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所