專利名稱：分布式智能全自動望遠鏡系統(tǒng)的制作方法
本申請得到下列臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，這些臨時專利的申請?zhí)柺?0/105626，提交日是1998年10月26日，名為“分布式智能全自動望遠鏡系統(tǒng)”和60/143637，提交日是1999年7月14日，名為“自定向自對準的直觀自動望遠鏡”，它們的全部內(nèi)容已通過引用明顯地包含于本文中。
本申請涉及名為“可升級的望遠鏡系統(tǒng)”和名為“望遠鏡軸線旋轉(zhuǎn)用的智能馬達模塊”的待審專利申請，它們由本發(fā)明的受讓人所共有，其全部內(nèi)容已通過交叉引用明顯地包含于本文中。
本發(fā)明涉及望遠鏡或其它觀察儀器，更特別的是，它涉及具有用于這樣一些望遠鏡的分布式智能及控制系統(tǒng)的全自動望遠鏡系統(tǒng)。
本發(fā)明涉及全自動望遠鏡系統(tǒng)，它們能在程序控制下、以使用者的最小干預(yù)，實現(xiàn)對準和定向操作。不管望遠鏡系統(tǒng)是配置成經(jīng)緯座標型望遠鏡或赤道儀型望遠鏡，它都能實現(xiàn)其對準和定向功能。根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)設(shè)置有足夠的處理功能及多種應(yīng)用程序，因此對準和定向能按照大量不同的算法及各種使用者限定的數(shù)據(jù)類型的輸入而實現(xiàn)。所要求的全部是，向系統(tǒng)提供某種位置索引，以及系統(tǒng)的馬達被初始化至水平和垂直目標。時間可作為輸入?yún)?shù)而包含，不管是使用者提供的，或從外圍設(shè)備中自動抽出。位置索引以及水平和垂直目標可由使用者提供、在使用者指導(dǎo)下獲得，或從各種其它外圍設(shè)備中自動獲取。
望遠鏡系統(tǒng)具有分布式智能，這在于，其馬達控制功能由馬達模塊獨立地發(fā)展，這些馬達模塊包含微控制器，并在從手持命令模塊接收到的馬達運動命令下，結(jié)合從連接至每根馬達軸的光學(xué)編碼器導(dǎo)出的位置反饋信息，進行操作。或替而代之，編碼器可連接至望遠鏡的兩根相互正交軸中的每根軸上，而編碼器反饋信號被引至馬達模塊微控制器。
分布式智能的特征還在于，望遠鏡系統(tǒng)的手持命令模塊可設(shè)置成兩種獨立的結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)是簡化的，只向智能馬達模塊提供方向和速度命令。這樣，系統(tǒng)智能存在于馬達模塊中，而命令模塊更像方向盤，或方向控制手柄似地起作用。
在第二種結(jié)構(gòu)中，命令模塊是全功能微處理器控制的命令組件，它能執(zhí)行高層次的應(yīng)用軟件程序及實現(xiàn)數(shù)字數(shù)據(jù)的處理任務(wù)，諸如數(shù)值計算、座標系變換、數(shù)據(jù)庫操縱，和各種不同外圍設(shè)備的功能性性能的管理。
在望遠鏡系統(tǒng)上設(shè)置了中央接口面板，它支持智能馬達模塊、命令模塊(任一種形式)和外圍設(shè)備兩者之間和之間的連接。部件部分兩者之間和之間的通信是通過串行數(shù)據(jù)和控制通信通道根據(jù)以包為基礎(chǔ)的串行通信協(xié)議進行的。還設(shè)置了RS-232端口，以使命令模塊能與諸如個人計算機系統(tǒng)和/或?qū)儆诒景l(fā)明提出的其它智能望遠鏡系統(tǒng)的命令模塊的輔助RS-232能力裝置進行通信。
應(yīng)用各種通信通道使本發(fā)明提出的望遠鏡系統(tǒng)與其它裝置進行通信，以便交換存儲的信息，交換建造的和存儲的操作程序，獲取程序和/或內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的更新等。關(guān)于這一點，望遠鏡系統(tǒng)包括若干內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，至少包含一個觀察者可能感興趣的已知天體目標的天體座標(RA和DEC)的數(shù)據(jù)庫。此外，系統(tǒng)包含地理陸標的大型物體的地理座標(緯度和經(jīng)度)的數(shù)據(jù)庫。這些陸標可包含城市和城鎮(zhèn)的已知座標、諸如山脈的地物圖像，以及要包含地球表面上任何可確定點的座標，其位置是穩(wěn)定和地理上可確定的。每一數(shù)據(jù)庫使用者均可存取，從而可包含使用者特別有興趣的附加輸入。
天體三角學(xué)中任何給定問題的解決取決于能否將在一個座標系(例如經(jīng)緯座標)中獲得的測量值轉(zhuǎn)換至第二座標(天體座標系)中。本發(fā)明涉及將包含連接成圍繞兩根互相正交軸線而旋轉(zhuǎn)的望遠鏡的計算機化望遠鏡系統(tǒng)相對球形座標系進行定向的系統(tǒng)和方法。望遠鏡設(shè)置有一對馬達，每一馬達連接成圍繞互相正交軸線中的相應(yīng)一根軸線旋轉(zhuǎn)望遠鏡。每一馬達還包含位置基準指示器，它限定望遠鏡相對其相應(yīng)軸線的弧形位置。位置基準信息取自每一位置基準指示器，并提供給控制處理器，控制處理器被編程以實現(xiàn)進行座標系變換所必須的計算。
在過程的第一行中，計算機化望遠鏡系統(tǒng)能根據(jù)使用者在初始化過程期間提供的日期和時間輸入，定位其自己對準的恒星。具體講，望遠鏡圍繞其相互正交的軸線運動，直至望遠鏡指向第一位置基準。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一位置基準是北極。
望遠鏡系統(tǒng)指向第一位置基準后，該位置基準指示器的弧形位置被控制處理器記錄和存儲，以便限定第一基準位置。接著，望遠鏡圍繞第二軸線運動，以便將望遠鏡置于第二基準點。根據(jù)發(fā)明的特定方面，第二基準點是水平的，從而使望遠鏡被校平。相應(yīng)位置基準指示器的弧形位置被讀出和記錄，用以限定第二基準點。
具體講，位置基準指示器是地平緯度和地平經(jīng)度馬達組裝件的位置編碼器。將望遠鏡指向北極及校平望遠鏡，這些起著將地平緯度和地平經(jīng)度馬達組裝件的位置編碼器調(diào)整歸零的作用。望遠鏡的任何后繼離開其0，0位置的運動都能使望遠鏡系統(tǒng)得以直接算出其相距0，0基準點的地平緯度和地平經(jīng)度的位移。
應(yīng)用使用者提供的時間和日期輸入，望遠鏡系統(tǒng)咨詢熟知的天體目標的數(shù)據(jù)庫，選擇一個當時處于水平以上的特定的亮目標。輸入的時間和日期信息使系統(tǒng)得以計算出特定亮目標是否已在赤經(jīng)上充分旋轉(zhuǎn)以將其帶至觀察者的水平以上，而由觀察者輸入的地理標記形成的實際緯度和經(jīng)度輸入給系統(tǒng)提供有關(guān)觀察者的緯度的足夠信息，從而它可計算出需要觀察的目標的赤緯值。
通過命令地平緯度和地平經(jīng)度馬達進行適當運動，系統(tǒng)自動地將望遠鏡旋轉(zhuǎn)至需要觀察的目標的附近。一旦望遠鏡已旋轉(zhuǎn)至需要恒星的附近，觀察者被提示將恒星定于望遠鏡目鏡視場的中心。一旦恒星被定于目鏡視場的中心，系統(tǒng)計算望遠鏡相對夜空(天球)的位置和定向。
本發(fā)明的這些和其它特點、方面和優(yōu)點在考慮下列詳細說明、所附權(quán)利要求和附圖時將能更充分加以了解，其中

圖1是本發(fā)明提出的望遠鏡系統(tǒng)的一個實施例的半示意透視圖，它按原始的非自動化方式加以配置；圖2是圖1中望遠鏡系統(tǒng)的半示意透視圖，它包含連接至望遠鏡軸線的半智能驅(qū)動馬達，并展示了替代的控制系統(tǒng)；圖3a是本發(fā)明提出的電接口面板的半示意局部透視圖；圖3b是圖3a中電接口面板的信號和總線配置的半示意方框圖；圖4a是本發(fā)明提出的半智能馬達組裝件的半示意分解透視圖；圖4b是本發(fā)明提出的半智能馬達組裝件的電部件的半示意方框圖；圖5a是按本發(fā)明原理的實踐提出的半智能雙軸驅(qū)動馬達的運動控制系統(tǒng)的實施例的半示意前視圖；圖5b是圖5a中半智能雙軸驅(qū)動馬達的運動控制系統(tǒng)的實施例的電子部件的半示意方框圖；圖6a是按本發(fā)明原理的實踐提出的智能雙軸驅(qū)動馬達的運動控制系統(tǒng)的半示意前視圖；圖6b是圖6a中智能雙軸驅(qū)動馬達的運動控制系統(tǒng)的實施例的電子部件的半示意方框圖；圖7a是理想光電探測器的輸出特征的簡化波形圖，它展示了直角相移輸出圖形；圖7b是一個簡化波形圖，它展示了按本發(fā)明提出的光電探測器的“通”和“斷”周期；圖7c是一個簡化波形圖，它說明動力學(xué)調(diào)整的光電探測器輸出特征，顯示出理想直角相移輸出圖形；圖8是本發(fā)明提出的初始化過程的概念性流程圖；圖9是展示示例性位置輸入的數(shù)據(jù)庫表；圖10a是按本發(fā)明提出的第一、“容易”、經(jīng)緯座標型對準和定向過程的概念性流程圖10b是按本發(fā)明提出的第二、單星、經(jīng)緯座標型對準和定向過程的概念性流程圖；圖10c是按本發(fā)明提出的第三、雙星、經(jīng)緯座標型對準和定向過程的概念性流程圖；圖11a是按本發(fā)明提出的第一、“容易”、極座標型對準和定向過程的概念性流程圖；圖11b是按本發(fā)明提出的第二、單星、極座標型對準和定向過程的概念性流程圖；圖11c是按本發(fā)明提出的第三、雙星、極座標型對準和定向過程的概念性流程圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的接口協(xié)議提出的通信包的示例性行列表；圖13是均勻照明燈箱的簡化局部透視圖；圖14是按本發(fā)明提出的具有一體的馬達組合件的望遠鏡的第二實施例的透視圖；圖15是赤緯(地平緯度)馬達組裝件的簡化、分解、局部透視圖，它被結(jié)合在圖14的望遠鏡的叉臂中；圖16是赤經(jīng)(地平經(jīng)度)馬達組裝件的簡化、分解、局部透視圖，它被結(jié)合在圖14的望遠鏡的底座殼體中；圖17是本發(fā)明實施例中有用的MR傳感器的簡化示意框圖。
以下結(jié)合附圖對分布式智能全自動望遠鏡系統(tǒng)提出的詳細說明只是為了對本發(fā)明所展示的現(xiàn)有較優(yōu)實施例加以說明，而不是為了提出可建造或利用本發(fā)明的唯一形式。詳細說明陳述了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能，以及結(jié)合所示實施例進行的本發(fā)明操作中應(yīng)用的步驟次序。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，相同的或等效的功能可由所示實施例的各種修改方案在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下加以完成。
現(xiàn)將參考附圖所示實施例對分布式智能全自動望遠鏡系統(tǒng)以及此望遠鏡操作用的控制系統(tǒng)加以說明。
圖1中，望遠鏡系統(tǒng)10用于觀察天體和地面目標，它根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)造。望遠鏡系統(tǒng)10相應(yīng)地包括望遠鏡鏡管12，鏡管12安置著分辨遠方目標所需的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)含有與其相耦合，以便能進行光學(xué)系統(tǒng)焦平面觀察的聚焦物鏡和目鏡14。望遠鏡鏡管12由支架16支承，它便于望遠鏡鏡管12圍繞兩根相互垂直的軸線，即稱為地平經(jīng)度軸線的基本為垂直的軸線以及稱為地平緯度軸線的基本為水平的軸線的運動。如本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將贊賞的，支架16的水平和垂直軸線結(jié)合在一起限定了望遠鏡鏡管12的萬向架固定式支架，使望遠鏡鏡管12能在由垂直(或地平經(jīng)度)軸線限定的水平平面內(nèi)樞軸轉(zhuǎn)動，以及獨立地通過由水平(地平緯度)軸線限定的垂直平面而樞軸轉(zhuǎn)動。
此處應(yīng)指出的是，所示的望遠鏡系統(tǒng)10包括構(gòu)造成折射型望遠鏡的望遠鏡鏡管12。然而，望遠鏡的光學(xué)系統(tǒng)的形式本身與本發(fā)明的原理實踐沒有特定關(guān)系。這樣，即使按折射器加以敘述，本發(fā)明的望遠鏡系統(tǒng)10也能卓越地適用于反射型望遠鏡。所應(yīng)用的特定光學(xué)系統(tǒng)可以是牛頓、施密特-卡塞格倫、馬克蘇托夫-卡塞格倫以及為望遠鏡應(yīng)用而構(gòu)造的任何其它常規(guī)的反射或折射光學(xué)系統(tǒng)。
在圖1所示的望遠鏡系統(tǒng)實施例中，將望遠鏡鏡管和支架的組合件按以下方式加以支承是合適的，即在實際上，垂直軸線18是基本垂直的，從而望遠鏡圍繞著基本為水平的平面內(nèi)的垂直軸線樞軸轉(zhuǎn)動(或旋轉(zhuǎn))?？傮w以22表示的三角架通常起支承支架16的作用，以使地平經(jīng)度軸線18相對望遠鏡系統(tǒng)的使用者基本與水平平面相垂直。三角架22包含三條腿24a、b、c，它們按三角形形式加以布置。每條腿可獨立地加以調(diào)節(jié)以校平支架16，而與望遠鏡系統(tǒng)10使用時所放置的表面的性質(zhì)無關(guān)。
圖1中所示的望遠鏡系統(tǒng)的實施例是一個手動的非自動實施例，其中望遠鏡鏡管12圍繞地平經(jīng)度軸線18和地平緯度軸線20的樞軸轉(zhuǎn)動是通過使用者握住并手動移動軸向安裝的地平經(jīng)度控制旋鈕26和軸向安裝的地平緯度控制旋鈕28而進行的?？刂菩o26和28中的每一控制旋鈕均通過常規(guī)的齒輪傳動系統(tǒng)裝至相應(yīng)的軸銷釘上，以使望遠鏡鏡管12圍繞地平經(jīng)度和地平緯度軸線18和20的微小及精確的運動可借助控制旋鈕26和28的較大旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)。在這一點上，圖1的望遠鏡系統(tǒng)10類似于普通的手動操作望遠鏡系統(tǒng)。
除了支承望遠鏡圍繞兩根相互垂直的軸線運動外，支架16還包括電接口連接面板30，其形式將在下文更詳細地加以敘述，而其結(jié)構(gòu)能通過若干邏輯相容的步驟，支持望遠鏡系統(tǒng)10升級成為具有分布式智能的全自動望遠鏡系統(tǒng)的可能性，根據(jù)使用者沿升級系列獲取主觀上最希望的系統(tǒng)復(fù)雜性與功能受益處之間的比例的位置，每一步驟造成具有不同程度智能和功能度的全功能望遠鏡系統(tǒng)。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖2，此處描述了圖1中望遠鏡系統(tǒng)10的半示意透視圖，該望遠鏡系統(tǒng)10包含半智能馬達裝置，用于圍繞地平經(jīng)度軸線18和地平緯度軸線20樞軸轉(zhuǎn)動地移動望遠鏡。半智能馬達裝置適當?shù)匕ò胫悄?、配套的地平?jīng)度軸線驅(qū)動馬達組裝件32和半智能、配套的地平緯度軸線驅(qū)動馬達組裝件34。每一驅(qū)動馬達組裝件32和34是配套的馬達套裝部件，包括直流電刷型馬達、宿主在印刷電路板上的相關(guān)的電子套裝部件、減速齒輪組裝件以及光學(xué)編碼器組裝件，它們按題目為“望遠鏡軸線旋轉(zhuǎn)用的智能馬達模塊”的待審專利申請?zhí)岢龅男问揭黄鸩贾迷跉んw內(nèi)，該待審專利申請與此一道在本月的一天加以存擋，并由本發(fā)明的受讓人共有，其全部披露內(nèi)容通過引用明確地包含于本文中。半智能馬達組合件32和34中的每一組合件均固定至望遠鏡支架16上，并分別連接至地平經(jīng)度和地平緯度軸線18和20，從而能在馬達組裝件啟動時圍繞相應(yīng)軸線樞軸轉(zhuǎn)動地運動望遠鏡鏡管12。每一馬達組裝件32和34按下文將較詳細敘述的方式插入至電接口連接面板30中的各自相應(yīng)的塞孔中，電接口連接面板30起馬達組裝件的信號接口的作用，以及向該處提供電源和接地。電接口連接面板30使馬達控制信號得以引向每一馬達組裝件32和34，馬達控制信號向電子套裝組件提供速度和方向信息，電子套裝組件又向包括組裝件的相應(yīng)直流馬達提供適當?shù)膯有盘?。電接口連接面板30還允許在每一相應(yīng)馬達組裝件32和34與手持系統(tǒng)控制組件36之間進行信號傳遞。
操作中，使用者將手持系統(tǒng)控制組件36插入電接口連接面板30的適當塞孔中，接著將馬達組裝件32和34插入至它們各自的塞孔中，從而完成每一馬達組裝件與系統(tǒng)控制組件36之間的信號路徑。運動命令由使用者通過選取設(shè)置在系統(tǒng)控制組件36上的適當功能而向系統(tǒng)提供。對應(yīng)所要求運動的信號由控制組件36通過電接口連接面板30引向適當?shù)鸟R達組裝料。例如，假如使用者希望沿逆時針方向轉(zhuǎn)動望遠鏡，他可將命令輸入控制組件36，命令望遠鏡系統(tǒng)“向左”運動。作為響應(yīng)，地平經(jīng)度軸線馬達組裝件32接受命令啟動其一體的馬達沿特定方向轉(zhuǎn)動，從而引起望遠鏡支架圍繞地平經(jīng)度軸線18按逆時針形式進行樞軸轉(zhuǎn)動。同樣，當使用者希望沿向上方向抬高望遠鏡鏡管12，使用者可將適當?shù)摹跋蛏稀泵钶斎肟刂平M件36中，從而啟動地平緯度軸線馬達組裝件34，它轉(zhuǎn)而引起望遠鏡圍繞地平緯度軸線20向上樞軸轉(zhuǎn)動。
現(xiàn)簡要地轉(zhuǎn)向圖3a和3b，圖中展示了電接口連接面板30的機械和電氣結(jié)構(gòu)。由圖3a可看到，接口連接面板30適當?shù)匕ㄋ膫€RJ11型接頭塞孔，其中三個塞孔38、40和42包括4針RJ11接頭，一個塞孔44包括一個8針RJ11接頭。除RJ11連接外，電接口連接面板還包含一個“微針”型的12伏電源塞孔46和一個可視的“電源存在”指示器，它包括一個LED48，LED48被安裝成通過位于面板中電源針46附近的凹入孔進行照明。
圖3b展示4針RJ11接頭、8針RJ11接頭以及12伏電源針46之間和互相間的電連接。外電源通過適當?shù)?2伏電源48輸送至包括電接口面板30的各種接頭，12伏電源48可包括專用12伏電池組，或替而代之，包括一個轉(zhuǎn)接器，它制造成例如通過附屬電源插頭或卷煙狀手電筒與12伏汽車電池相連。外電源48插入至12伏電源針46中，它從針的中心端子獲取12伏電位，并將其分配給8針RJ11接頭44的1號針以及每一4針RJ11接頭38、40和42中的4號針。此12伏電位按常規(guī)方式接觸套在中心端子周圍的套管，以回路或接地電位作為基準，然后基準電位引至8針RJ11接頭44的8號針以及4針RJ11接頭38、40和42的1號針。此外，12伏電源跨越串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電阻器50和LED二極管48的組合而降壓，以使當電源接通時，LED48發(fā)射。這樣，使用者可檢查放置在電接口連接面板的凹入孔48中的LED，確定系統(tǒng)是否接通電源。
除電源和地線外，每一4針RJ11接頭38、40和42還包括雙線串行信號線路，其中每一接頭的3號針表示稱為“CLK”的串行信號，而每一接頭的2號針表示稱為“DATA”的串行信號。第一個4針RJ11接頭38布置成支持各種輔助設(shè)備的接頭，其每條串行信號線表示成“AUX”。相應(yīng)包括針3和2的CLK和DATA信號分別表示成AUX CLK和AUX DATA。同樣，下一個4針RJ11接頭40布置成向地平緯度馬達組裝件34(或赤緯馬達組裝件)提供串行的CLK和DATA信號，而其CLK和DATA信號線則分別表示成ALT CLK(Dec CLK)和ALT DATA(DecDATA)。4針RJ11接頭42布置成向地平經(jīng)度馬達組裝件32(或赤經(jīng)馬達組裝件)提供串行的CLK和DATA信號，而其CLK和DATA信號分別稱為AZ CLK(RA CLK)和AZ DATA(RA DATA)。
每一相應(yīng)4針RJ11接頭的每一組相應(yīng)的CLK和DATA信號電連接至8針RJ11接頭44的相應(yīng)的CLK和DTATA信號針。這樣，接頭42的AZ CLK和AZ DATA信號針分別連接至8針RJ11接頭的針6和7。ALT CLK和ALT DATA分別連接至接頭44的針4和5，而AUX CLK和AUX DATA則分別連接至接頭44的針2和3。這些信號中的每一信號源合適地構(gòu)成手持控制組件36，它沿著軟的8根導(dǎo)線的電纜提供這樣的信號，8導(dǎo)線電纜以8針RJ11陽接頭為端頭，它適用于與放置在電接口連接面板30上的8針接頭44相連。
這樣，將看到，電接口連接面板30提供了外電源與控制組件、若干單獨設(shè)置的馬達組裝件與各種任選的輔助電子設(shè)備部件之間和互相間的電源和控制信號電路由選定方法，輔助電子設(shè)備包括諸如電子聚焦器、電子校平裝置、全球定位系統(tǒng)接收器等，只要輔助電子設(shè)備布置成沿支持時鐘和數(shù)據(jù)信號的2導(dǎo)線信號總線進行通訊。
接口面板30可看成是實質(zhì)性的分布軸線，它能通過2導(dǎo)線串行總線連接在自動望遠鏡系統(tǒng)的各部件之間及互相間進行連接。每一2導(dǎo)線串行總線在一根電線上傳遞包式命令及數(shù)據(jù)信號，在另一根電線上傳遞時鐘信號。每一條串行總線連接于諸如系統(tǒng)控制組件(圖2的36)的智能或半智能信號源與或軸驅(qū)動馬達組裝件或輔助裝置之間。系統(tǒng)不同部件之間和互相間的2導(dǎo)線串行電纜是本發(fā)明的一個重要特點，因為它使部件能應(yīng)用小、薄、軟的電纜加以連接，此小、薄、軟的電纜適于應(yīng)用包協(xié)議進行串行通訊。命令和數(shù)據(jù)從裝置至裝置在“輥縫尺寸”包中通過，這些“輥縫尺寸”包僅僅向接收裝置通知該裝置將執(zhí)行的命令。大、厚、字節(jié)寬度的電纜，通常包括大量導(dǎo)線，適于地址和數(shù)據(jù)兩條總線的要求，在按本發(fā)明提出的智能望遠鏡系統(tǒng)中將不再要求。每一新型部件的尺寸加以適當規(guī)定，并具備適當程度的智能，以便能快速、簡便地與軟的串行接口電纜連接在一起，以實現(xiàn)系統(tǒng)整體的好處。
值得提出的是，小、薄、軟的串行互聯(lián)電纜的應(yīng)用大大減少作用在系統(tǒng)上的慣性阻力，而這在應(yīng)用常規(guī)的多導(dǎo)線電纜時一般是存在的。此外，小、薄、軟的電纜的應(yīng)用大大減少常規(guī)馬達和電纜系統(tǒng)作用在望遠鏡支架上的彈簧應(yīng)力。
與本發(fā)明原理的實踐有關(guān)的是為包括圖2中的或地平經(jīng)度或地平緯度軸線馬達組裝件32和34的馬達組裝件裝備的智能程度。現(xiàn)參看圖4a和4b，任一馬達組裝件的智能實現(xiàn)于宿主在印刷電路板上的電子線路50中，印刷電路板至少與馬達52及光學(xué)編碼器子系統(tǒng)54一起設(shè)置在馬達組裝件殼體內(nèi)。電子線路50通過串行接口總線與外部世界聯(lián)系，該總線通過4針接頭56與線路連接。接頭56適合于或通過地平緯度馬達RJ11接頭40，或通過地平經(jīng)度馬達RJ11接頭42以電纜連接至控制源，其中RJ11接頭40或RJ11接頭42已結(jié)合圖3a和3b的接口面板30加以敘述。電源和接地分別從接頭56的針1和4獲取，并按規(guī)定路線發(fā)送至電力供應(yīng)分配線路58，其中電池功率在被分配至構(gòu)成線路包50的有功部分之前被過濾，并調(diào)節(jié)至線路要求的正常電壓電平。此外，原始的電池電壓被過濾，并提供給馬達驅(qū)動器線路51以及相應(yīng)的馬達52。這樣，電力分配線路58既能提供適用于電子線路的受調(diào)節(jié)的低電壓，又能提供適于馬達應(yīng)用的過濾后的高電壓。但理解的是，雖然12伏較受歡迎作為電池供電電壓，不過電池不必受限于此。只要馬達及其相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動器線路能在較高的電壓電平下運行，則能應(yīng)用如16-18伏高的電壓。
串行接口的CLK和DATA線路被連接至微處理器60的相應(yīng)的輸入，該微處理器60在功能上能在固件程序控制下控制其相關(guān)聯(lián)馬達52的運行。微處理器60最好完成成8位的微處理器或控制器，例如由微芯片技術(shù)公司(Microchip Technology，Inc。)生產(chǎn)和銷售的PIC16C54、微處理器，并通過按照由光學(xué)編碼器組裝件54提供的反饋信號所計算的特定馬達運動命令，起著既控制其相關(guān)聯(lián)馬達52的運動方向，又控制其相關(guān)聯(lián)馬達52的運動速度的作用。
雖然PIC16C54按微處理器加以敘述，但在技術(shù)上，它是一個8位、全靜態(tài)、基于EPROM/ROM的CMOS微控制器，應(yīng)用具有33個單詞/單周期指令的RISC結(jié)構(gòu)。PIC16C54使用哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，其中程序指令和數(shù)據(jù)在單獨的總線上存取，從而帶寬較傳統(tǒng)的馮諾埃曼(von Neumann)結(jié)構(gòu)有改進，在馮諾埃曼結(jié)構(gòu)中，程序指令和數(shù)據(jù)在同一總線上提取。PIC16C54包括一個512×12指令EPROM/ROM存貯器，用于宿主操作程序指令系統(tǒng)以及25字節(jié)的通用目的SRAM寄存器文件存貯器。將程序和數(shù)據(jù)存貯器分開使指令的大小得以不同于8位寬的數(shù)據(jù)字節(jié)。指令操作碼是12位寬的，這使其所具的所有指令均為單詞型指令。
通常，PIC16C54包括三個I/O端口；一個名為端口A，并標記為針A0至A3的4位I/O寄存器；一個名為端口B，并標記為針BO至B7的8位I/O寄存器；以及一個名為端口C，標記為針C0至C7的8位I/O通用目的寄存器。所有端口均可用于輸入和輸出兩種操作。每一I/O針是三狀態(tài)的，并能個體地或作為輸入或作為輸出而加以編程。
如圖4b所示的，串行CLK和DATA輸入分別被引向微控制器的A端口的位-0(A0)和位-1(A1)針。接著，微控制器60的位-2(A2)和位-3(A3)針限定馬達運動控制輸入，并被引向馬達驅(qū)動器線路51，由此被引向線路的相關(guān)聯(lián)馬達52，以便限定馬達運動及其方向的范圍。如在下文將更詳細描述的，微控制器60的B端口的I/O針B0—B7被編程以接收光學(xué)編碼器組裝件54提供的反饋信號，它們根據(jù)應(yīng)用固件程序加以處理，以便限定編碼器，因而也即馬達的位置。時鐘輸入和輸出針(分別為0S C1和OS C2)被連接至晶體振蕩器61，它在4倍的指令周期率，或20MHz下運行，并限定微控制器60的定時基準信號。
命令根據(jù)包通信協(xié)議，以串行形式提供給微控制器60的數(shù)據(jù)輸入A1，其中每一命令包括信息的一個或多個字節(jié)，且每一信息字節(jié)逐漸由提供給微處理器的CLK針A0的時鐘信號依次計時進入微處理器60中。如那些熟悉PIC16C54I/O的人士將理解的，數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，而時鐘信號則通常由諸如不久將說明的控制組件的總線主裝置發(fā)射。
被微處理器60接收和加工的典型命令包括馬達運動命令，更精確些則稱為“步進率”命令，根據(jù)它們微控制器被指令以什么樣的速度、在那一方向以及至什么程度以運動其相關(guān)聯(lián)的馬達。由于每一馬達受反饋控制，對應(yīng)實際馬達運動的反饋信息被貯存在位于微控制器60內(nèi)部的“錯誤計數(shù)”寄存器中，那里它可加以應(yīng)用，并可讀出至后續(xù)處理器以進行評定。其余可被微控制器60處理的命令包括用于向寄存器等錯誤計數(shù)數(shù)據(jù)和讀微控制器狀態(tài)信息的命令，包括自最后狀態(tài)的讀操作之后的馬達PWM計數(shù)和馬達位置的改變。
由所展示實施例的特定微控制器60支持的其它命令包括涉及各種功率節(jié)省特性，通常完成于現(xiàn)代集成線路中的命令。特別是“睡眠”命令，此命令將微控制器置于“睡眠”模式，它在接口時鐘信號接著向低驅(qū)動時終止。當處于“睡眠”模式時，如能夠的話，監(jiān)視計時器將被清除，裝置的振蕩器驅(qū)動器將被斷開。I/O端口保持于執(zhí)行“睡眠”指令前它們所在的狀態(tài)，即向高驅(qū)動、向低驅(qū)動、或高阻抗(三種狀態(tài))。
收到馬達運動(或步進率)的命令，它表示電子線路50命令馬達運動，微控制器60中的操作固件立即使適當?shù)腜WM信號在適當?shù)拿}沖率和工作循環(huán)下，提供給其相應(yīng)的馬達驅(qū)動器線路，因而提供給馬達52。以達52響應(yīng)其運動命令而運動；其范圍、方向和速度由光學(xué)編碼器系統(tǒng)54加以計算，此光學(xué)編碼器系統(tǒng)54以閉回路形式提供馬達定位的反饋信息。
應(yīng)用于自動望遠鏡控制方面的常規(guī)或經(jīng)典的閉回路控制系統(tǒng)中，可在馬達軸與望遠鏡的焦平面之間的任何位置放置一個或多個位置反饋傳感器。一旦位置反饋傳感器被標定成，其輸出能轉(zhuǎn)換成表現(xiàn)天體位置，則傳感器將通過此定標自動校正來自馬達軸直至位置反饋傳感器方面的任何系統(tǒng)性錯誤。
在本發(fā)明的特定實施例中，光學(xué)編碼器組裝件54包括盤55(由圖4a可最清楚地看到)，圍繞其周邊設(shè)置了透明和不透明的窄縫交錯的圖形，當旋轉(zhuǎn)通過光源和光電探測器的路程時，它能產(chǎn)生一系列脈沖。光學(xué)編碼器盤按題目為“望遠鏡軸線旋轉(zhuǎn)用的智能馬達模塊”的待審專利申請中描述的方式連接至驅(qū)動馬達52的軸，該待審專利申請由本發(fā)明的受讓人共有，其全部披露內(nèi)容通過引用明確地包含于本文中。由于馬達52借助齒輪裝置(輪齒和螺桿)連接至其相應(yīng)的望遠鏡軸線，因而不必要如應(yīng)用皮帶或摩擦傳動離合器情況那樣考慮驅(qū)動鏈的打滑。因此，光學(xué)編碼器盤能直接連接至馬達軸，并以足夠的精度提供位置信息，以使精確地探測和跟蹤天體目標成為可能。
光學(xué)編碼器輪55相對馬達線路的線路板設(shè)置成，其交錯齒(或窄縫)旋轉(zhuǎn)通過由LED二極管62和一對雙極光電探測器晶體管63和64發(fā)展的光源路徑。在本發(fā)明的所示實施例中應(yīng)用一對光電探測器晶體管是為了分辨直角相移中的增量式馬達軸角向位移。這樣將看到，按本發(fā)明的編碼器系統(tǒng)是一個增量式編碼器系統(tǒng)，它與其中光學(xué)編碼器盤的圖形或由二進制碼或由葛萊(Gray)碼限定的絕對編碼器系統(tǒng)相反。
對每一已分辨的馬達軸的增量角步進而言，脈沖由微控制器60加以計數(shù)，而代表望遠鏡圍繞軸線的全運動的總編碼器計數(shù)值則根據(jù)給予相應(yīng)馬達的運動范圍命令加以計算。因此，能看到，如果一個特定的馬達接受命令在正的(向上)方向?qū)⑼h鏡旋轉(zhuǎn)通過51秒弧度，微控制器60能評定光學(xué)編碼器系統(tǒng)54以不多不少地確定馬達確實精確地運動了這個量。如果，測量的馬達運動與命令的馬達運動不一致，微控制器60能計算隨后的馬達命令的方向和范圍，用以將馬達(從而望遠鏡)運動至其要求的位置。
現(xiàn)在將結(jié)合圖7a、7b和7c中的波形圖說明編碼器系統(tǒng)54的運行。此外，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯然，光學(xué)編碼器輪55周邊設(shè)置的齒之間的間隔距離映射成分隔光電探測器晶體管63和64的線性移動距離，以致當光學(xué)編碼器輪在光電探測器之前旋轉(zhuǎn)時，每一相應(yīng)的光電探測器將限定周期性輸出信號，它代表由LED二極管62發(fā)射的光源的亮度的增加和減少。應(yīng)進而指出的是，周期信號是90°不同相的，從而確定直角相移中的信號。
最理想的信號特征表示成圖7a中的波形圖，雖然在現(xiàn)實世界中不能實現(xiàn)。從每一光電探測器發(fā)出的輸出信號被表示成具有50％工作周期的矩形波，其中由2號光電探測器發(fā)出的輸出信號比1號光電探測器發(fā)出的輸出信號滯后90°。將兩種輸出信號結(jié)合在一起進行計算，顯然，存在4種獨立的信號組合值，且這4種組合以周期形式按時間進行重復(fù)。這4種信號值的可能組合是通—斷、通—通、斷—通和斷—斷。因為信號組合以特殊的預(yù)定圖形出現(xiàn)，編碼器輪55，因而也就是馬達的運動方向能通過計算圖形的發(fā)展而加以確定。例如，對于給定的通—斷初始相態(tài)，如果圖形過渡至通—通相態(tài)，則馬達沿向前方向運動。如果通—斷相態(tài)過渡至斷—斷相態(tài)，則馬達沿相反的(大概)向后方向運動。此外，每一相態(tài)過渡在此定義什么被稱謂一個“滴答聲”，以及定義將編碼器輪55從第一齒旋轉(zhuǎn)至下一齒(1個周期)所需的1/4角向旋轉(zhuǎn)。
“開”和“斷”的定義以光電探測器輸出信號在兩個預(yù)置閾值電壓之間的通過為基礎(chǔ)。如在圖7b所示，每一光電探測器的輸出信號限定一個周期性波形，它按下文將更詳細加以說明的方式進行調(diào)節(jié)以便在特定的電壓包絡(luò)線內(nèi)振蕩。根據(jù)本發(fā)明的實踐，每一光電探測器當其電壓偏離達到和超過2.0伏的閾值電平時被定義成處于“通”態(tài)。每一光電探測器在其信號電平下降至約0.8伏值之前仍處于“通”態(tài)，由此，光電探測器輸出被認為從“通”轉(zhuǎn)換至“斷”態(tài)。光電探測器在其電壓值重又達到2.0伏的閾值電平之前仍處于“斷”態(tài)，由此，它轉(zhuǎn)換至“通”態(tài)。因此可看到，由相應(yīng)光電探測器發(fā)出的每一信號限定交錯的“通”周期和“斷”周期，以便限定直角相差的圖形。
在圖7c中，從圖7b的兩個光電探測器發(fā)出的周期信號已被疊加，以便限定直角相差的圖形通—斷、通—通、斷—通和斷—斷。
請回復(fù)至圖4b，光電探測器晶體管63和64最好按MPN晶體管加以完成，其中它們的收集極端子共同連接至Vcc，而它們相應(yīng)的發(fā)射極端子連接至微控制器60的I/0針B0至B1。這樣，微控制器就能對每一直角相差滴答聲進行計數(shù)，計算出直角相差圖形，以便通過計算每一光電探測器的輸出值，既確定馬達的速度，又確定馬達的方向。至于馬達運動命令，微控制器60成形成向馬達驅(qū)動器51提供PWM信號，馬達驅(qū)動器51轉(zhuǎn)而又向其相關(guān)聯(lián)的馬達52輸送適當?shù)鸟R達旋轉(zhuǎn)信號。微控制器60在每秒150次脈沖的重復(fù)率下輸出PWM信號(脈沖)，并通過改變每一脈沖的工作循環(huán)以確定馬達的實際速度。例如，為在其最大速度下運行馬達，每一脈沖的工作循環(huán)將設(shè)置成約99％，即基本上總是通，而重復(fù)率設(shè)置于最大的每秒150次脈沖的重復(fù)率。相反，如果微控制器60受令在恒星速率下運行馬達52，微控制器60將在基本為更低的重復(fù)率下向馬達驅(qū)動器51發(fā)出具有約2％工作循環(huán)的PWM脈沖。在這一方面應(yīng)指出的是，當在恒星速率下運行時，PWM脈沖率應(yīng)等于或超過約每秒45次脈沖，以便最終的望遠鏡運動在人眼看來不會有明顯的跳動。已確立，在重復(fù)率超過每秒45次重復(fù)下的逐步運動在人眼看來是平穩(wěn)和連續(xù)的。這樣，PWM脈沖率應(yīng)附合或超過此每秒45次脈沖的重復(fù)率，馬達機械齒輪系統(tǒng)則作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。給定最大PWM脈沖率為每秒150次脈沖，應(yīng)看到，此最大脈沖重復(fù)率限定約6毫秒的相似脈沖過渡邊緣之間的最小時間窗口。為確定馬達速度，微控制器60對它從光學(xué)編碼器系統(tǒng)在6毫秒定時窗口內(nèi)接收到的“滴答聲”進行計數(shù)。微控制器計算在窗口中接收到的滴答聲數(shù)，并與預(yù)期的滴答聲數(shù)加以對比，如果接收到的滴答聲數(shù)大于或小于預(yù)期的滴答聲數(shù)，于是在內(nèi)部寄存器中確定一個錯誤計數(shù)。然后微控制器根據(jù)錯誤計數(shù)的大小和符號調(diào)節(jié)馬達脈沖工作循環(huán)以便減慢或加速馬達。所得的滴答聲數(shù)再與標稱確立的值進行比較，并將超過的滴答聲數(shù)加入至錯誤計數(shù)寄存器，而將欠缺的從其中減去。過程一直持續(xù)至錯誤寄存器基本減少至零，這意味著現(xiàn)在馬達正在其預(yù)期速率下運行。除計算馬達速度外，微控制器60還將整個馬達運動操作期間它命令馬達進行運動的“滴答聲”數(shù)貯存在一個單獨的內(nèi)部寄存器中。這樣，從馬達運動命令的開始至結(jié)束，微控制器保持了馬達曾運動通過的總滴答聲數(shù)的記錄。此內(nèi)部寄存器可用于被一個單獨的控制組件按下文將進一步說明的方法進行周期性詢問，此單獨的控制組件能將滴答聲計數(shù)轉(zhuǎn)換成望遠鏡圍繞軸線的角向位移，因而也就是望遠鏡系統(tǒng)的位置向量。
除了命令馬達運動和計算光學(xué)編碼器反饋信號外，微控制器60可將最后受令的馬達運動保持于限定在RAM存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)場中。此最后受令的馬達運動(與次前的馬達運動命令相差的增量)保持于RAM中，也可用于由系統(tǒng)控制器通過向微控制器60提供適當?shù)拇尜A器存取命令進行存取。這樣，可看到，包括本發(fā)明的電子線路包50的馬達控制電子線路構(gòu)成獲取、貯存和調(diào)用其相應(yīng)馬達，也即望遠鏡相對對應(yīng)軸線的馬達位置信息的裝置。
包括電子線路包50的馬達控制線路的附加特點是其能智能地計算馬達運動命令與從光學(xué)編碼器系統(tǒng)54讀出的實際馬達運動之間的對應(yīng)。具體講，微控制器60包含了這樣的固件，它根據(jù)從光學(xué)編碼器系統(tǒng)54接收到的滴答聲，計算馬達的PWM脈沖，以便確定了馬達確實正在運動。PWM閾值設(shè)置在固體內(nèi)，以使，如果PWM閾值已達到，但微控制器沒有從光學(xué)編碼器系統(tǒng)接收到任何相應(yīng)的運動滴答聲，則馬達被認為“鎖定”或“燒光”，微控制器停止發(fā)布任何進一步的運動命令，直至復(fù)位。這樣將可看到，包括電子線路包50的線路包含了得以智能化計算馬達PWM命令與編碼器運動響應(yīng)度量的關(guān)系曲線的裝置，以便確定可能的馬達鎖定或燒光。
完成于示例性電子線路包50中的一個附加特點是能自適應(yīng)地調(diào)節(jié)光學(xué)編碼器LED二極管62的亮度，以便提供微控制器60接收到的光電探測器信號的最佳正方性和振幅特征。特別是，LED亮度通過將五個并聯(lián)電阻器中的一個或多個電阻器轉(zhuǎn)接至Vcc與微控制器輸入之間的LED電流路徑中加以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)。5個電阻器65a至65f在一端共同并聯(lián)至LED二極管62。每一電阻器65a-65f的另一端連接至構(gòu)成微控制器60的B端口的相應(yīng)I/O針(B2至B7)。一個或多個電阻器通過將它們的I/O針選成是有功的而有選擇地包含至LED線路中。
當計算所得的特定光電探測器輸出信號是約50％時間為“通”，約50％時間為“斷”時，則此LED亮度被認為是最佳的。此條件可在每一光電探測器信號的振幅在以下情況時獲得，即它至少超過2.0伏的閾值，但又不是強得足以使它在0.8伏的“斷”閥值范圍內(nèi)“漏氣”。換言之，如果信號振幅太低，光電探測器不能“接通”。相反，如果信號振幅太高，即信號飽和，則光電探測器不能“切斷”。
LED亮度可借助固件程序加以優(yōu)化，此固件程序在望遠鏡系統(tǒng)起動時的初始化過程期間加以調(diào)用。具體講，如圖8的流程框圖所示，首先，微控制器60使其相關(guān)聯(lián)的馬達加速旋轉(zhuǎn)，并在預(yù)定速度下，沿預(yù)定方向運動預(yù)定的時間間隔。在此間隔期間，微控制器60計算單獨一個光電探測器的輸出，并確定光電探測器輸出信號的有效工作循環(huán)。
如果所覺察到信號的工作循環(huán)是如此的，即光電探測器的“通”的時間周期長于其“斷”的時間間隔，微控制器斷定LED的亮度大于要求的標稱值。相反，如果有效信號工作循環(huán)是這樣的，即光電探測器的“斷”的時間間隔長于其“通”的時間間隔，則微控制器斷定LED的亮度低于其要求的標稱值。據(jù)此，電阻器65a至65f有選擇地啟動進入LED線路。在電阻器每次重新布置后，微控制器再次計算光電探測器信號的有效工作循環(huán)，直至有效工作循環(huán)達到要求的50％的點。一旦獲得要求的LED亮度特征，微控制器60對應(yīng)B2至B7的輸入審查寄存器的態(tài)。對于每一針的寄存器態(tài)根據(jù)該針的I/O是否是激活的、待用的或三態(tài)的，將具有特定的值。限定為返回必要的探測器輸出特征所要求的針激活配置的寄存器態(tài)作為初始化的I/O配置值傳向外部系統(tǒng)控制器，在那里它被存儲在非易失存儲器中以便將來訪問。或者，為返回必要的探測器輸出特征所要求的微控制器I/O配置可作為I/O配置值保存在微控制器的REM存儲器中，當被外部系統(tǒng)控制器詢問時，它可從此處加以檢索。不管是如何保存的，以及它最終保存在那里，I/O配置值可用于在望遠鏡系統(tǒng)每次初始化時傳向馬達的微控制器。I/O配置值只需獲得一次，當望遠鏡系統(tǒng)首次準備以供使用時。但是，I/O配置可在使用者的啟動時重新獲取和/或重新計算以便計及LED輸出強度在長時間間隔中的逐漸下降。這將對這些觀察者是有用的，即他們在幾乎是連續(xù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用他們的望遠鏡系統(tǒng)，以及他們要求自動馬達控制性能有最大的精度。
這樣將看到，微控制器60結(jié)合電阻器65a至65f、LED二極管62以及光電探測器晶體管63和64構(gòu)成自適應(yīng)調(diào)節(jié)LED亮度特征的裝置，以便獲得最佳的光電探測器輸出信號的正方形和振幅特征。最佳輸出信號特征是本發(fā)明的重要特征，因為它能使所作的馬達速度和方向的計算顯著地比普通系統(tǒng)具有更高的精度和細度。
適于結(jié)合半智能型馬達組裝件一起應(yīng)用的手持控制組件的一個具體實施例示于圖5a和5b中。圖5a是半智能型驅(qū)動馬達的運動控制組件70的外側(cè)部分的前視圖，它展示了望遠鏡系統(tǒng)的使用者可應(yīng)用的各種功能鍵，以便命令望遠鏡運動通過各種演變。運動控制組件70包括封閉在功能性殼體內(nèi)的手持、自持計算機控制組件。運動控制組件如雙軸線馬達驅(qū)動校正器似地加以操作，它能使望遠鏡軸線馬達進行從長曝光天體攝影術(shù)所必須的在恒星速率下的十分小的跟蹤校正至新目標探測所要求的十分快速的旋轉(zhuǎn)運動的運動。運動控制組件支援馬達運動命令，用以將望遠鏡微旋轉(zhuǎn)至，和將望遠鏡精確定中心在所選的天體目標上。此外，運動控制組件70能指令某些特定的運動函數(shù)，諸如為望遠鏡馬達選擇各種驅(qū)動速率，調(diào)節(jié)任選電子聚焦器等。
方向鍵標有指示運動方向(上、下、左和右)的方向箭頭，它們能使望遠鏡系統(tǒng)沿特定方向在若干允許的可設(shè)置速度中的任何一種速度下運動或微旋轉(zhuǎn)。速度鍵72借助按下此鍵，同時按下方向鍵中的一個鍵，用于改變望遠鏡系統(tǒng)運動的速度。如前所述，能向按本發(fā)明提出的半智能馬達組裝件給出指令的允許速度的數(shù)只受限于構(gòu)成速度和方向命令的速度位的數(shù)。在說明的特定實施例中，能向半智能馬達組裝件給出指令的可設(shè)置速度數(shù)人為地受限于4。在這個時候，指出以下是重要的，即這些可設(shè)置速度被稱為，觀察者中斷在充分了解的恒星速率下進行的標稱望遠鏡跟蹤運動時，由觀察者給出指令的望遠鏡運動。
在所示實施例中實現(xiàn)的四種所選速度從望遠鏡運動的最高速度變化至略超過恒星速率的速度。最高速度對應(yīng)從每秒約4°至約9°的望遠鏡偏轉(zhuǎn)。最高速度對于將望遠鏡旋轉(zhuǎn)至觀察者希望瞄準的新目標附近特別有用。第二速度對應(yīng)約每秒0.75°的望遠鏡速度，它可用于將所選目標定位于寬視場目鏡的中心。第三速度對應(yīng)的恒星速率的32倍(約每秒8′弧度)，可用于將所選目標定位于高倍目鏡的中心。最慢的可設(shè)置速度約為恒星速率的4倍(約每秒30′的弧度)，通常用于在天體攝影術(shù)期間對望遠鏡系統(tǒng)進行精確的定中心，和對其進行引導(dǎo)。
每一單獨的可選擇速度與相應(yīng)的速度指示器LED相關(guān)聯(lián)，當該特定速度被選中時，此速度指示器LED照亮。例如，第一LED74在被選中速度為最高時照亮，第二LED76在被選中速度為每秒0.75°的速率時照亮，第三LED78在被選中速度為32倍的恒星速率時照亮，而第四LED80在被選中速度為4倍的恒星速率時照亮。這樣，當前選中的速度由速度鍵72附近的速度指示器LED加以指示，按壓速度鍵72使被選速度增加至下一個速度，并照亮相應(yīng)的速度指示器LDE。
焦點調(diào)整鍵82和84用于使運動控制組件70能調(diào)整任選電子聚焦器的操作，它可與望遠鏡取景器的調(diào)焦圈相連接。出現(xiàn)于取景器中的圖像可通過按下“入”82或“出”84的焦點鍵而加以聚焦，因為按下“入”82或“出”84的焦點鍵引起“方向和運動”命令按下文將較詳細加以說明的方式通過輔助總線系統(tǒng)發(fā)給輔助調(diào)焦裝置。
“模式”鍵86可用于限定某一特定的功能操作，諸如跟蹤速率改變、方向反射、支架結(jié)構(gòu)識別等。對每一能由系統(tǒng)加以限定的模式功能，LED組指示在任一給定時間那一個被選模式功能正在運行。例如，當功率首先被施加于馬達控制組件時，全部4個LED快速閃爍，表示組件已準備好進行操作。按下殼體上的任一鍵，使第一LED74變成穩(wěn)定，而其余LED斷開。
為選擇支架結(jié)構(gòu)(經(jīng)緯座標型或赤道儀型)，使用者按住模式鍵86直至第一和第二LED74和76均穩(wěn)定地點亮，而第三和第四LED78和80則回復(fù)至閃爍。這操作置馬達控制組件于經(jīng)緯座標型模式。為設(shè)置系統(tǒng)進入赤道儀模式，對南半球操作按壓速度鍵72一次，對北半球操作則兩次。第三次按壓速度鍵則將系統(tǒng)回復(fù)至經(jīng)緯座標型模式。繼支架結(jié)構(gòu)模式選擇之后，使用者按壓模式鍵86，直至只有第一LED點亮。于是組件退出模式功能，并啟動方向鍵。如果赤道儀模式被選中，則現(xiàn)在驅(qū)動馬達被設(shè)置成在恒星速率下跟蹤目標。
望遠鏡系統(tǒng)的跟蹤速率也可借助通過模式鍵86訪問跟蹤速度模式功能，以從缺席的恒星速率起的0.5％增量而加以改變。為進行這一操作，使用者按壓模式鍵直至模式功能在LED組上表明激活(LED74和76“通”穩(wěn)定，而LED78和80指示最后選中的跟蹤模式)。按壓“入”鍵82引起跟蹤速率增加0.5％，并引起第4LED84穩(wěn)定點亮。按壓“出”鍵84引起跟蹤速率減少0.5％。第三LED 78穩(wěn)定點亮以指示此情況。為退出跟蹤速度改變模式，再按壓模式鍵86，它使望遠鏡回復(fù)至正常操作。
半智能驅(qū)動馬達的運動控制組件70的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示于圖4b的示意框圖中。如看到的，運動控制組件70的操作焦點是基于EPROM/ROM的8位微控制器88，并以由微芯片技術(shù)公司(Microchip Technology，Inc.)生產(chǎn)和銷售的PIC16C54作為實例。上文結(jié)合圖4a描述的功能鍵向微控制器88提供輸入，作為響應(yīng)，微控制器88發(fā)出控制輸出信號，這些輸出信號被引向具有針結(jié)構(gòu)的8針輸出管座90，它對應(yīng)電接口連接面板的8針RJ11接頭(圖3b的44)，運動控制組件70計劃與其相連。根據(jù)輸入微控制器88的各種方向、速度、焦點和模式命令，微控制器為地平緯度馬達(ALT CLK和ALT DATA)、地平經(jīng)度馬達(AZCLK和AZDATA)、以及輔助總線用的控制信號對(AUX CLK和AUX DATA)發(fā)展和輸出控制信號。運動、速度、焦點和模式命令被微控制器88所接收，適當?shù)妮敵隹刂菩盘枏亩鶕?jù)軟件或固件程序加以發(fā)展，軟件或固件程序被微控制器88所宿主，并通常存貯在諸如可編程ROM存儲器的內(nèi)部存儲器空間中。
除方向、速度、焦點和模式命令外，微控制器88適用于在北和南半球操作之間以及在赤道儀/經(jīng)緯座標型跟蹤模式之間進行區(qū)別。設(shè)置了一對跨接線，應(yīng)用第一跨接線92，通過其存在和消失相應(yīng)地區(qū)分北和南半球操作。南半球操作通過在第一跨接線位置92存在一根跨接線而加以限定，該跨接線完成電短接，并在RTCC和B6輸入上均維持I/O激活態(tài)。對于北半球操作，跨接線從第一跨接線位置92上消失，將RTCC輸入置于I/O待用態(tài)。
同樣，赤道儀和經(jīng)緯座標型操作模式通過在第二跨接線位置94上存在或消失一根跨接線分別加以區(qū)別。經(jīng)緯座標型模式通過短接跨接線位置，從而在RTCC和RBC輸入上維持I/O激活態(tài)而限定。赤道儀模式由RTCC上的I/O待用態(tài)指示，同時B7輸入仍保留激活。
關(guān)于控制組件的微控制器88與半智能馬達組裝件的微控制器60之間的通信，命令以串行形式根據(jù)包通信協(xié)議向半智能馬達組裝件提供，其中每一命令包包括一個或多個字節(jié)的信息，每一信息字節(jié)依次地通過串行時鐘信號一點一點地計時錄入接收微控制器。根據(jù)本發(fā)明原理的實踐，每一半智能馬達組裝件借助雙線串行接口連接通過控制組件的管座90直接連至控制組件的微控制器88，由此也即連接至微控制器88的適當?shù)腎/O針。這樣，在控制組件與馬達組裝件之間通信的信息之前不必加上標題信息。但是，由于輔助串行接口能宿主多樣輔助裝置，在控制組件的微控制器88與特定輔助裝置之間通信的信息之前必須加上地址標題以便識別信息的預(yù)定接收者。
對于馬達運動命令，這些命令通過相應(yīng)的雙線串行接口直接發(fā)布給馬達組裝件的微控制器。馬達運動命令，更確切地稱為步進速率命令，在十六進制中，按(00h)加以識別，并包括3字節(jié)的信息。步進速率定義成步進數(shù)或約每6毫秒發(fā)現(xiàn)的“滴答聲”數(shù)。格式是二進制數(shù)的補碼，并以第一個數(shù)代表整個步進或“滴答聲”，而下兩個字節(jié)代表其分數(shù)部分。每一步進速率命令包含符號(+/-)，它確定馬達運動的方向。
十六進制以(01h)表示的經(jīng)二步進速率命令的格式化基本等同于(00h)命令，但用于大于2倍恒星速率的步進速率。在控制組件微控制器與馬達組裝件微控制器之間的附加信息通信包括“改變錯誤計數(shù)”命令(02h)，它發(fā)布馬達微控制器錯誤計數(shù)寄存器的一次改變的命令。“設(shè)置LED位置”(03h)命令發(fā)出I/O配置字節(jié)，它已被儲存以備該特定馬達組裝件之用，以便對其光電探測器性能進行最優(yōu)化?！安檎襆ED位置”(04h)命令在需要馬達組裝件查出最佳LED電流，以便優(yōu)化光電探測器性能時向馬達組裝件發(fā)送?！叭〉肔ED位置”(09h)命令指令馬達組裝件寫下對應(yīng)最佳光電探測器性能的I/O配置字節(jié)。
諸如“在正方向接通馬達”(06h)和“在負方向接通馬達”(07h)的附加命令也由控制組件向馬達組裝件的微控制器提供?！盃顟B(tài)”(08h)命令從馬達組裝件的微控制器讀出，“狀態(tài)”命令的長度通常是3個字節(jié)，還包含附加的標記位。信息的前2個字節(jié)包括自最后狀態(tài)被讀出后在馬達位置中被確定的變化。下一個字節(jié)包括PWM脈沖計數(shù)，它用于確定馬達是否處于失速條件。最終位即標記位，一個非法編碼器標記，它表明在當今馬達位置變化期間，編碼器“滴答聲”被丟失。此位通常在數(shù)據(jù)讀出后被復(fù)位，作為被確定的馬達位置信息。
那些熟悉PIC16C5X串聯(lián)微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作編程的人士將能在日常工作中發(fā)展附加應(yīng)用和命令組，它們適合于，例如，控制LED操作、發(fā)展數(shù)字鐘或控制鍵盤。在本發(fā)明原理的實踐中全部所要求的是，控制組件微控制器能與一件或多件馬達組裝件進行通信，從而至少發(fā)布馬達速度和方向改變的命令，馬達組裝件執(zhí)行它們時不需進一步干預(yù)控制組件的部件。智能的這一分布使馬達組裝件和控制組件均得以采用較簡單的部件加以完成，其中每一相應(yīng)的裝置擔負特定的功能組；控制組件將鍵盤輸入轉(zhuǎn)換成馬達運動命令，馬達組裝件接收馬達運動命令，并使望遠鏡圍繞其軸線產(chǎn)生要求數(shù)量的運動。命令和狀態(tài)信息在控制組件與馬達組裝件之間借助雙線串行接口根據(jù)包通信協(xié)議進行通信?？刂平M件能借助計算馬達組裝件返回的狀態(tài)信息以確定其命令已被適當?shù)貓?zhí)行。根據(jù)馬達運動命令進行的望遠鏡的適當運動通過對光學(xué)編碼器系統(tǒng)發(fā)展的反饋信號進行的計算加以確保，光學(xué)編碼器系統(tǒng)在機械上與馬達相連接，而在電子學(xué)上由馬達組裝件的微控制器組件加以計算。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，手持控制組件和馬達組裝件在一起適當?shù)靥峁┝朔植际今R達控制智能的裝置，并將智能分成第一和第二部分，第一部分響應(yīng)使用者的輸入，并將此輸入轉(zhuǎn)換成適當?shù)拿钚盘?，第二部分響?yīng)命令信號，并將命令信號轉(zhuǎn)換成適于馬達驅(qū)動器線路應(yīng)用，以實現(xiàn)馬達運動的信號。系統(tǒng)的分布式智能的兩個部分通過雙線串行接口連接在一起，此雙線串行接口得以使數(shù)據(jù)和命令信號能在兩部分之間通過薄的軟電纜進行雙向通信。
適用于根據(jù)本發(fā)明提出的望遠鏡系統(tǒng)的智能控制的手持控制組件的附加實施例展示于圖6a和6b中。圖6a敘述了出現(xiàn)在系統(tǒng)使用者之前的智能望遠鏡系統(tǒng)控制器的外觀，而圖6b以半示意性框圖形式展示了電子系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)，這些部件向控制器100提供了功能性。
圖6a是智能望遠鏡系統(tǒng)控制器100的外觀部分的前視圖，它展示了望遠鏡系統(tǒng)的使用者所使用的各種功能鍵，以便命令望遠鏡通過各種估值而運動。智能控制器100包括手持外殼，它起著全范圍控制組件的作用，能智能地限定和指令天文觀察要求的馬達運動，以及以相似于微計算機的方式完成各種預(yù)先和事后處理的特征。
智能控制器100適當?shù)匕薒CD顯示屏102，它能顯示使用者在操作望遠鏡系統(tǒng)中可加以咨詢的文本、數(shù)字及圖形的輸出數(shù)據(jù)。使用者詢問的所有提示性的、確認的信息等均顯示在LCD屏幕102上。用指示上、下、右和左的方向箭頭加以標記的望遠鏡運動方向鍵112提供為使望遠鏡系統(tǒng)能沿特定方向、以若干許可的可設(shè)定速度中的任一速度進行運動或微旋轉(zhuǎn)所必須的輸入。如前所述，能向本發(fā)明提出的半智能馬達組裝件發(fā)出命令的許可速度的數(shù)僅受限于構(gòu)成速度和方向命令的速度位的數(shù)。在所敘述的具體實施例中，能向半智能馬達組裝件發(fā)出命令的許可速度數(shù)為8，并以8個許可速度中的一個反向作為馬達停止命令。馬達速度的改變通過輸入數(shù)字鍵盤104上的數(shù)字值而實現(xiàn)。為改變或限定一個特定的馬達速度，使用者按、放對應(yīng)要求速度范圍(1為最慢，9為最快)的要求數(shù)字鍵。一旦選定要求的速度，按下要求的運動方向鍵112，于是系統(tǒng)命令相應(yīng)的半智能馬達組裝件在要求速度下，沿要求的方向運動望遠鏡系統(tǒng)。
設(shè)置了滾動鍵106和108以便使用者可通過數(shù)據(jù)庫表格，或通過可能顯示于LCD顯示屏102上的可用的菜單任選項進行滾動。設(shè)置在滾動鍵106和108之間的是“？”鍵100，當按下時，它訪問內(nèi)部“幫助”文件，使LCD屏幕102在顯示的首行，顯示所選菜單項目的簡要說明。輸入鍵113選擇文件菜單或任選項，或被用于限定根據(jù)系統(tǒng)的提示所作的輸入的完成。模式鍵114使使用者得以退出當前菜單，回至前一張菜單，而走向鍵115則例如命令望遠鏡系統(tǒng)將望遠鏡轉(zhuǎn)向由內(nèi)部天體目標數(shù)據(jù)庫表中選取的目標。
智能望遠鏡系統(tǒng)控制器100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示于圖6b的示意性框圖中。如由圖可見，智能控制器總體以100表示，它適當?shù)匕艘粋€雙處理器系統(tǒng)，其雙處理功能由第一總體目的微處理器120，其實例如68HC11，由摩托羅拉(Motorola)生產(chǎn)和銷售的微處理器系列68 HCXX中的一員；以及第二目的配置微處理器或微處理器121加以完成，微處理器121的實例可如PIC16C57微控制器，它由微芯片技術(shù)公司(Microchip Technology.Inc.)生產(chǎn)和銷售。
總體目的微處理器121連接至16位的地址和數(shù)據(jù)總線(AD
)以及8位的數(shù)據(jù)總線(D
)，它們使微處理器121得以與可編程只讀存儲器(ROM)的存儲器線路124以及隨機存取存儲器(RAM)126進行通信。此外，數(shù)據(jù)總線的4個最有效位(D[4，7])被連至系統(tǒng)的LCD顯示驅(qū)動器線路127，以提供微處理器121與系統(tǒng)的LCD顯示器120之間的接口。如下文將更詳細地敘述的，微處理器121負責(zé)完成本發(fā)明提出的系統(tǒng)的頂層固件結(jié)構(gòu)，以及執(zhí)行與示例性智能望遠鏡系統(tǒng)有關(guān)的可加載應(yīng)用軟件程序。
可編程只讀存儲器線路124最好接FLASH可編程ROM加以完成，并設(shè)置成以便宿主用于被下載的應(yīng)用和軟件程序的指令組、諸如天體目標位置數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表、Messier目標的目錄表、以地球為基準的緯度/經(jīng)度相關(guān)表等。雖然按FPROM加以敘述，但ROM存儲器可由EEPROM加以完成，或由任何其它類型的可編程非易失存儲器元件加以完成。確實，ROM124可由外部大容量存儲組件來完成，諸如硬盤驅(qū)動器、可編程CD-ROM等。全部要求的是存儲器124能寫入，以便其宿主的數(shù)據(jù)庫和表格可更新；以及是非易失的，以便其宿主的數(shù)據(jù)庫和表格能在引導(dǎo)或加電復(fù)位時被系統(tǒng)應(yīng)用。
微處理器121還借助2位串行型控制總線123連至微控制器122，它又借助多重接口信號線連至各種功能鍵(總體以132表示)，它們構(gòu)成此系統(tǒng)的操作員/系統(tǒng)的連系裝置。在此方面，微控制器122起著系統(tǒng)的I/O和接口控制器的作用，它對取自鍵盤的使用者輸入進行轉(zhuǎn)換，并通過串行接口123向系統(tǒng)微控制器提供從使用者輸入導(dǎo)出的命令和控制信號。串行接口總線123還包括兩根信號線CLK和DATA，其作用大致相同于馬達組裝件與結(jié)合圖5b敘述的控制組件的特定實施例之間的2線串行接口。接口總線123是雙向的，命令和數(shù)據(jù)信號根據(jù)包傳輸協(xié)議進行通信。
系統(tǒng)微處理器121還借助附加的2線(支持普通Tx和Rx信號線)串行雙向接口總線133連至RS-232接口端口線路128。RS-232端口線路128又連至RS-232接口控制器129，通過此RS-232接口控制器129可實現(xiàn)微處理器121與諸如個人計算機(PC)、萬維網(wǎng)(World WideWeb)接口連接等外部信息源之間的雙向通信。確實，RS-232端口128可配置成去與一個相同的RS-232端口通信，該相同的RS-232端口包括另一個單獨的智能控制器系統(tǒng)，它連同另一單獨的望遠鏡系統(tǒng)進行操作。將看到的是，當在適當?shù)腎/O控制應(yīng)用固件下操作時，微處理器121連同RS-232端口128形成快速、方便地將系統(tǒng)連接至程序代碼、數(shù)據(jù)或其它信息的外部源的裝置，使用者可能希望將這種信息包括在構(gòu)成本發(fā)明智能控制器的操作指令或數(shù)據(jù)表中。
同樣，微控制器122被連接至附隨串行接口的接頭130，它適當?shù)匕ㄒ粋€適于連接至電接口面板(圖3a和3b中的30)的8針插座的8針RJ11-型接口。串行接口接頭配置成支持在微控制器122與兩件望遠鏡軸線驅(qū)動馬達組裝件連同若干輔助裝置之間通過相應(yīng)的2線串行接口總線進行通信。如此配置后，IPC16C57微控制器122將理解為使用者的I/O接口鍵132與68HC11微處理器121之間的連接，用以產(chǎn)生適用于半智能馬達組裝件和/或輔助裝置，諸如電子調(diào)焦系統(tǒng)的命令和控制信號，并向串行電接口面板(圖3a和3b中的30)提供這樣的命令和控制信號，用于至它們適當終點的路徑選擇。晶體振蕩器線路135進一步連接在微控制器的時鐘輸入(OSC1和OSC2)之間，并向微控制器122提供8MHz的操作時間信號。
功率也通過串行接口接頭130從外電源接受。功率和接地針連至供電線路134。供電線路134最好由電壓調(diào)節(jié)器完成，其功能是將12伏(例如)的供電輸入調(diào)節(jié)至現(xiàn)代集成線路要求的降低的電壓電平。對供電線路134提出的有關(guān)考慮是，它必須為擠滿系統(tǒng)100的眾多LED提供適當?shù)妮斎腚妷汉碗娏鳌Ｌ貏e是，LCD顯示器120由LED裝置從背后進行照明，這些LED布置在線路136中，并圍繞顯示屏以新的型式加以設(shè)置，以提供顯示屏整個表面的均勻照明。LED線路136的運行由微控制器122控制，其結(jié)構(gòu)下文將詳細說明。
根據(jù)本發(fā)明，68HC11微處理器121完成高層次的應(yīng)用軟件執(zhí)行任務(wù)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)值加工，以便限定向PIC16C57微控制器122提供適當?shù)倪\動命令。微控制器122或從微處理器121，或從使用者的接口鍵通過接口總線123接受運動命令輸入，并將接受的運動命令適當?shù)靥幚沓蛇\動控制處理器適用的命令和控制信號。
為使系統(tǒng)完整，并給予微處理器121某個實現(xiàn)適合于天體運動的時間計算手段，設(shè)置了實時時鐘138，并將其連接至微處理器121的時鐘輸入，以及連接至微控制器122的時鐘輸入。實時時鐘138最好按諸如UTC時鐘的精確定時基準時鐘信號發(fā)生器加以完成，它被微處理器121用于計算恒星時間間隔，并最好作為控制組件100的一體部件而存在。可替代的是，時鐘138可按單獨的脫板集成線路加以完成，它包括通過RS-232接口與系統(tǒng)通信的普通UTC時鐘；或者在板UTC時鐘和改進型線路，用于在向微處理器121提供定時基準信號之前將UTC時間間隔轉(zhuǎn)換成恒星時間間隔。
這樣將可看到，智能望遠鏡系統(tǒng)控制器100包括一種手段，它適用于向包含本發(fā)明提出的半智能馬達組裝件的望遠鏡系統(tǒng)添加全智能。智能望遠鏡系統(tǒng)控制器通過分叉系統(tǒng)的處理和控制功能而實現(xiàn)此功能，即分叉成第一子系統(tǒng)，它包括為處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)而運行的微處理器；和第二微控制器系統(tǒng)，它用于實現(xiàn)I/O控制。系統(tǒng)的智能借助使“新目標”能通過RS-232端口進行的可裝載性而與最新潮流保持同步。系統(tǒng)軟件、更新的天體目標目錄表等可通過RS-232端口，從PC、附加盤或軟盤驅(qū)動器、萬維網(wǎng)位置、按本發(fā)明提出的單獨的智能望遠鏡系統(tǒng)控制器等裝入系統(tǒng)。
特別是，使用者可將他的系統(tǒng)的應(yīng)用程序及他的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容應(yīng)用RS-232端口“克隆”至另一使用者的系統(tǒng)中，以實現(xiàn)雙向通信?；蛱娑?，使用者可通過RS-232接口從第二臺智能望遠鏡系統(tǒng)控制器接收程序和數(shù)據(jù)信息，從而將該控制器“克隆”至他自己的中。“克隆”功能借助訪問設(shè)置在控制器100的外部上的各種使用者接口鍵而得以實現(xiàn)。例如，使用者可按下模式鍵114直至系統(tǒng)的I/O菜單出現(xiàn)在控制器的LCD顯示器上。然后，使用者可應(yīng)用滾動鍵106和108滾動通過菜單，直至“克隆”菜單任選項出現(xiàn)于屏幕中。如果在本發(fā)明提出的兩臺智能系統(tǒng)控制器之間進行適當?shù)倪B接，如果對每一控制器設(shè)置了適當?shù)妮斎牒洼敵鰻顟B(tài)(控制器被克隆輸出數(shù)據(jù))，使用者可按下輸入鍵113，啟動此過程。
若干其它的系統(tǒng)用途由本發(fā)明提出的智能望遠鏡系統(tǒng)控制器的微處理器121加以支持。例如，系統(tǒng)可通過調(diào)用兩個功能性下降的，稱為“睡眠模式”和“停置模式”的模式中的一個而置于中止狀態(tài)。如上所述，由于系統(tǒng)和定時基準最好是晶體控制的，連至微處理器121的時鐘130，因而要求外部的日歷輸入，以便系統(tǒng)能正確地計算系統(tǒng)的局域時角，從而相對特定觀察者的天球的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。當系統(tǒng)置于“停置模式”時，所有系統(tǒng)定向參數(shù)(將接著說明)保存在緩沖器/暫存盤RAM 126中，當使用者希望進行額外觀察時可由此處再調(diào)用它們。系統(tǒng)一旦被定向，并已被置于“停置模式”，所有要求的是，使用者輸入日歷數(shù)據(jù)，以便望遠鏡系精確地知道(或更正確地講，回憶)其相對天空的定向。
在“睡眠”模式，系統(tǒng)重新回憶其定向參數(shù)，但將時鐘138保持于操作狀態(tài)，同時將給予系統(tǒng)其余部件的功率降至維持水平。這樣，在“睡眠”模式，系統(tǒng)準備在使用者給它運行命令的任何時候“覺醒”。
在支持系統(tǒng)的用途外，智能望遠鏡系統(tǒng)控制器還能支持多種輔助裝置，它們可連接至望遠鏡系統(tǒng)，以便強化其能力。有關(guān)的這些裝置包括自動聚焦組件、時鐘和日期模塊、語音識別模塊和相關(guān)的音頻輸出模塊、自動對準工具(鏡管校平器和/或軸線平面儀)、全球定位系統(tǒng)(G.P.S.)模塊、光度計、自動導(dǎo)向儀、標度線照明器、盒式閱讀器站(用于定向儀、新修訂本、新語言、目標庫、數(shù)據(jù)存儲)等。每一輔助裝置按菊花鏈形式通過構(gòu)成串行輔助總線系統(tǒng)的AUX DATA和AUX CLK信號線連接至系統(tǒng)。如Alt(Dec)和Az(RA)串行總線連接在控制器和馬達組裝件之間的情況，輔助總線是一個2線串行通信接口，還包括輸送6—18，最好是12伏功率的輸送電壓線和接地電位線。
2線接口包括雙向數(shù)據(jù)線，它應(yīng)用包傳輸協(xié)議支持數(shù)據(jù)通信；和一條時鐘線，它支持通常被總線主控器發(fā)射的時鐘信號，在此情況總線主控器是系統(tǒng)控制器。因為輔助裝置是菊花鏈配置的，每一裝置設(shè)置有唯一的總線地址，從而命令能被訪問的特定裝置有效地加以處理。根據(jù)本發(fā)明，總線地址被表示成限定地址字節(jié)的二進制數(shù)字值。這樣，系統(tǒng)能與多達256個單獨地址，因此也就是與256個單獨裝置進行通信。但是，如下文將解釋的，一個地址，“字節(jié)零”地址，被反向作為廣播地址，表明隨后的命令或一些命令將被與總線相連的所有裝置所執(zhí)行。
通過輔助接口總線進行的所有通信交易均根據(jù)包傳輸協(xié)議實現(xiàn)。所有總線活動性由總線主控器(通常是系統(tǒng)控制器)開始，它將通信包加至被選的目標裝置。一旦主控器至目標的通信完成，目標裝置將信息或狀態(tài)通信包返回給總線主控器。如在圖12的接口協(xié)議的包內(nèi)容簡化框圖所示，所有包均以“計數(shù)字節(jié)”開始，它限定構(gòu)成該特定的啟動或應(yīng)答包的字節(jié)數(shù)。在啟動包情況，第二個字節(jié)構(gòu)成特定目標裝置的“地址字節(jié)”，它將執(zhí)行命令，隨后是“命令字節(jié)”，它限定要實施的操作。“中間字節(jié)”對每一裝置都是唯一的，在啟動包情況，它們跟隨“命令字節(jié)”之后，在應(yīng)答包情況，它們跟隨“計數(shù)字節(jié)”之后?！白詈笞止?jié)”對每一裝置也是唯一的，并且是被主控器傳輸?shù)膯影淖罱K字節(jié)。可任選的是，目標裝置可配置成用以如應(yīng)答包的最終字節(jié)似的傳輸“最后字節(jié)”。
時鐘信號由所有信息傳送器的總線主控器加以驅(qū)動，而與數(shù)據(jù)流的方向無關(guān)。此外，總線主控器可暫時放棄對總線的控制，指定特定的裝置暫時承擔總線主控器在第三方數(shù)據(jù)傳送操作中的作用，諸如在CCD成像器與磁盤機之間。所有輔助裝置是“I/O熱”的，因為所有裝置總是“窺探”總線，并能算出所有傳輸于其上的包的值。一旦裝置確定包標題包含其地址，包的剩余部分按時錄入其I/O寄存器，然后，執(zhí)行命令。
某些廣播命令對所有輔助裝置是共同的，并由“廣播地址”加以識別，表明所有連接至總線的裝置要執(zhí)行后繼命令。實例的廣播命令包括“總線復(fù)位”命令，它用實行總線的軟復(fù)位及將每一裝置置于其自己特定的低功率模式的“睡眠”命令?！霸儐枴泵畈灰欢ㄊ菑V播命令，但仍然指向總線上的所有裝置；雖然是按次序地?！霸儐枴泵钣糜诖_定裝置在總線上的存在。啟動包通過總線地址而循環(huán)，當它們的地址被接收時，聚居于總線的裝置回復(fù)一個識別裝置的修訂數(shù)或模塊類型的狀態(tài)字節(jié)。
輔助裝置命令組的全頻譜在智能系統(tǒng)控制器(圖6a和6b的100)中由于其微處理器(6b的121)的能力范圍而能容易地完成。將理解到，全頻譜命令組可通過理性熟練的程序員而包含在微處理器中，他使智能系統(tǒng)控制器100能支持輔助裝置的全頻譜?？s小的輔助裝置命令組完成于半智能系統(tǒng)控制器(圖5a和5b的70)中，因為其微控制器88的能力相對全智能系統(tǒng)的能力較受限制。這樣，在半智能配置中只有某些輔助裝置受到支持，諸如電子聚焦組件，然而將系統(tǒng)升級至全智能配置的本領(lǐng)仍舊沒有減少。確實，串行輔助接口總線具備特定的啟動特點，能憑借其簡單性及2線串行總線概念獲取系統(tǒng)升級能力。將能力加至本發(fā)明的望遠鏡系統(tǒng)如僅將輔助裝置連至總線一樣簡單。于是，總線提供了這樣的結(jié)構(gòu)，其中的智能和能力在逐件基礎(chǔ)被加入、被削減或被修改。
每一連接至系統(tǒng)的部件具有其自身的操作智能，并只要求具有控制實體的串行命令接口以實現(xiàn)其指定的功能。由于每一部件具有足夠智能(處理能力)去執(zhí)行其任務(wù)，而無需更高層次的監(jiān)控，因此控制實體可自由地執(zhí)行應(yīng)用程序、進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算、維持數(shù)據(jù)庫輸入等。
具有分布式智能的自動望遠鏡系統(tǒng)的主要控制，根據(jù)本發(fā)明，由全智能望選鏡系統(tǒng)控制器100提供。自動望遠鏡系統(tǒng)的所有功能基本上能借助按下設(shè)置在控制器100的鍵盤部分上的各種字母、數(shù)字和功能鍵通過控制器100的鍵盤部分而完成。一旦自動望遠鏡系統(tǒng)已被適當?shù)貙?，如下文將更詳細說明的，儲存在設(shè)置于控制器中的專用存儲器空間中的目標菜單庫被用于將望遠鏡系統(tǒng)自動旋轉(zhuǎn)至觀察者希望觀察或照相的任一特定的天體(或地面)目標。但是，確實在觀察開始前及在系統(tǒng)的初始準備期間，使用者必須根據(jù)初始化或準備過程通過輸入一定信息首先初始化系統(tǒng)，初始化或準備過程可結(jié)合圖8的初始化過程流程框圖得到最好的了解。
在構(gòu)成望遠鏡系統(tǒng)的每一單獨部件通過電子接口連接面板(圖2的30)連接至一起后，智能系統(tǒng)控制器100被插入控制組件端口(圖3a和3b的44)中，功率輸至系統(tǒng)。在加電復(fù)位后，一個警告信息顯示在系統(tǒng)控制器100的LCD屏幕102上，警告使用者不要通過望遠鏡直接看太陽。警告在LCD屏幕102上保留幾秒鐘時間，其后，系統(tǒng)控制器提示使用者通過按格式化的日期字段輸入適當?shù)臄?shù)字以輸入當前的日期。一個實例性的日期字段可表現(xiàn)為“01—1月(Jan)—1999”。當被系統(tǒng)提示去輸入諸如日子和年份的數(shù)字值時，通過按壓數(shù)字鍵盤104的相應(yīng)數(shù)字鍵而輸入。當前月份則借助應(yīng)用為此目的而設(shè)置的向上106和向下108的箭頭鍵滾動通過月份的表格而輸入。特別是，一旦一個特定的數(shù)字值被輸入，日期光標就自動跳至下一個空間。如在輸入期間出現(xiàn)錯誤，可按下向右或向左方向鍵，以便將光標向后或向前一直移動至它被設(shè)置在錯誤輸入上。然后，正確輸入可通過按下數(shù)字鍵盤104上的相應(yīng)數(shù)字鍵而進行。
數(shù)字鍵被用于輸入當前的日子。接著，使用上106和下108滾動鍵以循環(huán)通過月份的列表。當當前的月份顯示時，向右箭頭鍵引起光標移至年份字段，可應(yīng)用數(shù)字鍵104將當前的年份輸入至其中。在所有日期信息被正確輸入后，使用者按下輸入鍵113，以便通知系統(tǒng)，當前日期已輸入，這樣日期設(shè)置過程就結(jié)束。
接著，系統(tǒng)提示使用者輸入當前時間。應(yīng)指出的是，系統(tǒng)按24小時模式進行操作，因此，時間應(yīng)應(yīng)用24小時時鐘輸入(即下午900按2100輸入)。如日期輸入情況一樣，使用者按下輸入鍵113，以便通知系統(tǒng)，時間輸入過程已經(jīng)結(jié)束。值得提出的是，在此點上，使用者輸入的時間應(yīng)略超前于按下輸入鍵前的當前時間。輸入鍵在當前時間符合使用者輸入時間的嚴格瞬間被按下。此過程通過給予系統(tǒng)以更精確的正確時間的指示，對提高系統(tǒng)接受的定位計算的精確度十分有用。不言而喻，提供給系統(tǒng)的時間指示越精確，系統(tǒng)越能更好地在目標公布的赤經(jīng)的基礎(chǔ)定位目標，以及系統(tǒng)能更精確地定位望遠鏡以觀察它們。
此時，系統(tǒng)控制器100的定位鍵112被激活，以使它們能用于運動望遠鏡。使用者能或者立即著手使用望遠鏡而不進一步初始化數(shù)據(jù)輸入，或繼續(xù)進行數(shù)據(jù)輸入，以使發(fā)明的系統(tǒng)能實現(xiàn)附加特點。如使用者選擇繼續(xù)初始化，下一個過程顯示夏令時間特點的狀態(tài)。夏令時間在美國和加拿大的絕大部分地區(qū)從四月份的第一個星期日至十月的最后一個星期日生效。使用者被提醒去調(diào)查他們的地理局域時間是否符合夏令時間。顯示的狀態(tài)是處于“負缺席”狀態(tài)，它表明夏令時間特點不可能。如使用者目前正處于夏令時間，按下輸入鍵113一次，使顯示指示從“否”改變至“是”。當要求的設(shè)置顯示在屏幕上時，模式鍵114被按下，表示夏令時間過程結(jié)束。
日期輸入任選項的下一順序能實現(xiàn)本發(fā)明的特定的新定向特點，其中觀察者的緯度和經(jīng)度由使用者可指定作為他的觀察位置的合理近似點的最近的城市或其它地理陸標的緯度和經(jīng)度加以近似。例如，下一個過程步驟使LCD顯示102請求輸入使用者的主要觀察臺站的國家、州或省?！吧稀?06和“下”108滾動鍵被用于滾動通過存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的各個國家、州和省的名單，直至觀察者的國家、州或省出現(xiàn)在屏幕上。選擇觀察者的國家、州或省之后，要求觀察者借助應(yīng)用“上”和“下”滾動鍵，循環(huán)通過城市和地理特征的按字母排列名單，以選擇離他們的主要觀察位置最近的城市或主要地理特征。當要求的城市或特征顯示于LCD屏幕上時，使用者按下輸入鍵113，通知系統(tǒng)最終的位置過程已完成。于是，被選站臺的地理座標(緯度和經(jīng)度)作為第一近似觀察位置標記輸入系統(tǒng)存儲器中，它將用于結(jié)合當前時間以定向和對準望遠鏡的全自動應(yīng)用。
此最終定位過程通過一張數(shù)據(jù)庫表而能實現(xiàn)，如圖9所示，此表包括多個以字母排列的地理位置，且每一地理位置對應(yīng)它們已知的緯度和經(jīng)度。圖9展示了一個實例性頂層次位置表的部分數(shù)據(jù)庫名單和包含于所示加利福尼亞輸入位置的子層次數(shù)據(jù)庫名單。位置的數(shù)據(jù)庫名單通常存儲在系統(tǒng)的ROM存儲器124中，但也可替而代之存儲在外部磁盤機、軟盤驅(qū)動器、或某個其它的這種大容量存儲裝置中，只要位置數(shù)據(jù)庫名單存儲在某種形式的非易失性的存儲器中，從而對系統(tǒng)加電，在需要時就能訪問它。
這樣的最終位置過程顯然是需要的，當人們考慮到在任何時候，特定天體目標的位置只是觀察者的緯度以及觀察者的離開天體子午面的局域時角位移的函數(shù)，轉(zhuǎn)而是觀察者的經(jīng)度及觀察者的局域日歷的函數(shù)。這樣，一旦知道觀察者的緯度和經(jīng)度，以及知道日歷(按通用時間座標表示)，觀察者就有了計算任何絕對座標已知的天體目標或在地平緯度和地平經(jīng)度中，或在赤緯和赤經(jīng)中相對方位所必須的全部信息。當觀察者輸入他的緯度和經(jīng)度的合理的近似，并輸入他的局域時間，則系統(tǒng)能對夜空相對該觀察者的定向進行合理的近似。如下文將更詳細敘述的，可對此“第一次近似”的定向過程進行進一步校正，以便更精確、更詳細地限定夜空相對望遠鏡的定向。
最終定位過程之后，系統(tǒng)接著提示使用者輸入配置和對準模式，該模式被用于系統(tǒng)控制器100與之連接的望遠鏡系統(tǒng)。系統(tǒng)具有兩種配置和對準模式；經(jīng)緯座標型和極座標型(赤道型)。這兩種配置和對準模式之間的選擇借助應(yīng)用“上”106和“下”108箭頭鍵滾動通過選擇而進行，直至合適的配置和對準模式出現(xiàn)于屏幕上。當合適的模式出現(xiàn)時，使用者按下模式114鍵，從而將最適合于望遠鏡系統(tǒng)的配置和對準方法通知系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)配置被確定，控制器開始馬達試驗，將望遠鏡水平和垂直地(RA和Dec)旋轉(zhuǎn)一個短距離。馬達試驗完成后，系統(tǒng)初始化完成，望遠鏡系統(tǒng)準備被對準以進行觀察。
系統(tǒng)在功率首次施加于系統(tǒng)控制器100時，或在系統(tǒng)被確認為復(fù)位的任何時候進行初始化。在其后的觀察時間期間，當功率施加至系統(tǒng)控制器100上時，控制器在內(nèi)部初始化，并僅僅提示使用者輸入一個連同太陽警告應(yīng)用的隨機選擇數(shù)，然后輸入時間和日期。由此點，系統(tǒng)直接進行至望遠鏡對準，此外，如果在初始化過程期間，規(guī)定極(赤道)型配置和對準模式，則系統(tǒng)控制器100自動啟動赤經(jīng)(RA和Dec)的馬達子組裝件。
由于系統(tǒng)控制器可進行操作以限定望遠鏡相對經(jīng)緯座標型和極(赤道)型配置及對準兩種模型的對準，因此逐一討論與每種模型相關(guān)的不同對準模型是合適的，且首先敘述經(jīng)緯座標型模型。根據(jù)發(fā)明原理的實踐，系統(tǒng)能使使用者在四種不同對準過程中進行選擇，其中三種涉及將望遠鏡對準天球，而其中一種在大地對準方面應(yīng)用。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，配置成在經(jīng)緯座標型模式下操作的望遠鏡不能通過在赤道座標中操縱而在硬件中“停止天空”。因此，在跟蹤天體目標時，經(jīng)緯座標型望遠鏡結(jié)構(gòu)必須在軟件中“停止天空”。極軸或赤道儀支架只能在一根軸線上以常速驅(qū)動，與此相反，臣軸—豎軸望遠鏡支架的兩根軸線均必須以在很寬的動力范圍內(nèi)變化的速率加以驅(qū)動。具體講，經(jīng)緯座標型望遠鏡系統(tǒng)的臥軸和豎軸馬達的驅(qū)動速率方程分別如下方程1dZdh=15sinAcosφ]]>方程2dAdh=-15(sinφ+cotZcosAcosφ)]]>其中z是觀察者的計算天頂距離，h是觀察者的局域時角(或LHA)，A是方位(從南向西測量)，而φ是觀察者的緯度。目標的天頂距離z隨時角h的改變率，以及目標的方位A相對時角h的改變率以單位(恒星秒)-1加以限定。這樣，為了望遠鏡系統(tǒng)能適當?shù)孛闇屎透櫧o定的天體目標，望遠鏡系統(tǒng)必須了解其相對天空的定向，從而能計算觀察者的緯度和局域時角(φ，h)。
幾個世紀來，大量思想和考慮已給予各種方法，用于根據(jù)天體目標相對天體座標系統(tǒng)的位置計算值確定緯度和經(jīng)度。具體講，天體導(dǎo)航領(lǐng)域直接涉及根據(jù)太陽、月亮、行星及各種已知恒星的位置獲得的測量確定觀察者緯度和經(jīng)度的數(shù)學(xué)方法。雖然位置確定方法學(xué)已進化了幾個世紀，但它們?nèi)栽诟拍钌媳豢醋鞔_定性的各種數(shù)學(xué)工具，用于在以地球為基礎(chǔ)的座標系統(tǒng)(直角座標或經(jīng)緯座標座標)中觀察和測量天體基準的位置，以及將如此獲得的測量與表示于天體座標(赤經(jīng)和赤緯)中的、并列表于天體位置推算表的這樣一些天體目標的位置進行比較。
因此，天體三角學(xué)中任何給定問題的解法依賴于能否將在一個座標系統(tǒng)(例如經(jīng)緯座標)獲得的測量轉(zhuǎn)換在另一座標系統(tǒng)(天體座標系統(tǒng))中。座標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換是本領(lǐng)域中技術(shù)人員相當了解的，且確實也已經(jīng)歷了概念性進化，受計算機支持，矩陣變換和旋轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)，在當今達到頂點。盡管如此，不管用于表示觀察的座標系統(tǒng)和用于限定通用基準的座標系統(tǒng)，在一個座標系統(tǒng)中進行的觀察可應(yīng)用簡單數(shù)學(xué)原理旋轉(zhuǎn)進入基準座標系統(tǒng)，只要在一個座標系統(tǒng)中的兩個點對應(yīng)在另一座標系統(tǒng)中的相同兩個點，以致變換邊界相對位移和旋轉(zhuǎn)是限定的。這樣，根據(jù)通常接受的數(shù)學(xué)原理，例如，表示于一個經(jīng)緯座標系統(tǒng)中的兩個基準點是經(jīng)緯座標系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)進入天體座標系統(tǒng)的必要和充分條件，只要這相同的兩個測量點具有在天體座標系統(tǒng)中相對應(yīng)的位置度規(guī)。
現(xiàn)在根據(jù)發(fā)明的實踐，著手對準方法學(xué)，將連同圖10a的過程流程圖敘述第一“容易”對準過程。觀察時間開始前的內(nèi)部初始化后，智能望遠鏡系統(tǒng)控制器100的LCD顯示器102顯示一個提示性屏幕，要求使用者在4個對準過程中選擇一個，該過程可由使用者應(yīng)用“上”106和“下”108滾動鍵，滾動通過各種選擇方案而選擇。用“容易”表示的第一對準過程不要有夜空的知識，因為系統(tǒng)控制器能根據(jù)使用者在初始化期間提供的日期和時間輸入，定位其自己的對準恒星。
具體講，當選中“容易”對準過程時，系統(tǒng)緊接著提示使用者運動望遠鏡(應(yīng)用運動鍵112)，直至望遠鏡被指“北”(North)。望遠鏡鏡管指北后，使用者按下輸入鍵113，以通知系統(tǒng)，望遠鏡鏡管位于其恰當?shù)奈恢?。接著，系統(tǒng)提示使用者通過調(diào)節(jié)望遠鏡的緯度位置，校平望遠鏡鏡管，直至緯度(或赤緯)設(shè)置圓設(shè)置至0°。將望遠鏡指北及校平望遠鏡鏡管使地平緯度和地平經(jīng)度的馬達組裝件的位置編碼器調(diào)整歸零。望遠鏡任何后繼的離開其0，0位置的運動使望遠鏡系統(tǒng)得以直接計算其相距0，0基準點的地平緯度和地平經(jīng)度的位移。應(yīng)用使用者提出的時間和日期輸入，望遠鏡系統(tǒng)咨詢熟知的天體目標的數(shù)據(jù)庫，并選擇一個目前位于水平線之上的具體亮目標。輸入的時間和日期信息使系統(tǒng)得以計算，具體亮目標在赤經(jīng)中是否已充分旋轉(zhuǎn)，以將其置于觀察者的水平線之上，而通過觀察者的輸入他們的最近城市或地理特點而形成的最終緯度和經(jīng)度的輸入給系統(tǒng)提供有關(guān)觀察者的緯度的足夠信息，從而它可計算亮目標的近似赤緯值。
一旦目標(恒星)在數(shù)據(jù)庫中被識別，系統(tǒng)借助地平緯度和地平經(jīng)度馬達發(fā)出的適當運動的命令自動將望遠鏡旋轉(zhuǎn)至該恒星附近。一旦望遠鏡已旋轉(zhuǎn)至要求恒星的附近，觀察者被提示，在要求定恒星中心時，應(yīng)用所有4個方向鍵(圖6a的112)，將恒星定于望遠鏡目鏡的視場的中心。當此恒星被定于目鏡視場的中心時，觀察者按下輸入鍵113，于是系統(tǒng)搜索第二亮目標或恒星的數(shù)據(jù)庫，它與前一個恒星至少離開30°，以便增加對準過程的精度。一旦第二恒星由數(shù)據(jù)庫中識別，系統(tǒng)自動將望遠鏡旋轉(zhuǎn)至該恒星的附近，并再一次提示使用者使用系統(tǒng)控制器100的方向鍵112將該恒星定于目鏡的視場的中心。當?shù)诙阈潜欢ㄖ行暮?，系統(tǒng)計算望遠鏡相對夜空(天球)的位置和定向。
在圖10b的對準流程圖中敘述了又一個縮短的對準過程，其中經(jīng)緯座標型配置的望遠鏡只應(yīng)用單獨一個恒星的對準過程相對夜空進行定向。如前述情況一樣，使用者被提示，借助將望遠鏡指北，并校平望遠鏡，從而將緯度設(shè)置在0°的手段，將馬達位置編碼器調(diào)整歸零。然后，使用者從按字母排列的天體目標數(shù)據(jù)庫名單中選擇一個特定的恒星，并按下輸入鍵113，引起望遠鏡自動旋轉(zhuǎn)至該恒星的附近。如需要的話，使用者按下位置鍵112，將恒星定于目鏡視場的中心。一旦被選恒星定于目鏡視場的中心，使用者再按下輸入鍵113，望遠鏡為進行夜視而被對準。
雖然在使用者采納上述單個恒星的對準過程后，在技術(shù)上可認為望遠鏡被“對準”，但單個恒星的望遠鏡對準過程只應(yīng)認為對一般的天文觀察是足夠的。由于在下文將進一步敘述的，由熟知的天文干擾引起的某些指向錯誤，應(yīng)將附加的觀察和對準步驟包含于過程中以改善初始化過程的精度。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖10c，現(xiàn)將連同所示過程流程圖敘述使用者可限定的雙星對準過程。與前述兩個對準過程相同，望遠鏡在觀察時間開始之前經(jīng)歷一個內(nèi)部初始化，隨其后，智能望遠鏡系統(tǒng)控制器100的LCD顯示器102顯示一個提示性屏幕，要求使用者選擇一個對準過程。如使用者希望相對使用者限定的兩個天體目標對準望遠鏡，使用者可滾動通過對準至雙星對準任選項，并按壓輸入鍵113。
接著，系統(tǒng)提示使用者將望遠鏡指向北極，以便將地平經(jīng)度軸線的位置編碼器置零，其后，使用者按下輸入鍵113以通知系統(tǒng)，望遠鏡鏡管位于其恰當?shù)牡仄浇?jīng)度位置。接著，系統(tǒng)提示使用者通過調(diào)節(jié)望遠鏡的緯度位置直至緯度(或偏轉(zhuǎn))設(shè)置圓設(shè)置至0°而校平望遠鏡，從而將緯度馬達位置編碼器置零。如前述一樣，望遠鏡任何后繼的離開此預(yù)置0，0位置的運動使望遠鏡系統(tǒng)得以直接計算其相距0，0基準點的地平緯度和地平經(jīng)度的位移。接著，使用者被提示滾動通過一個按字母排列的天體目標數(shù)據(jù)庫名單，并通過按下輸入鍵113從此名單選取特定恒星。再一次，一旦使用者限定的特定恒星被識別，系統(tǒng)控制器將望遠鏡自動旋轉(zhuǎn)至該恒星的附近。當旋轉(zhuǎn)完成時，使用者被提示使用定位鍵，將該恒星定于目鏡視場的中心，當恒星被定中心，使用者按下輸入鍵。然后使用者被提示滾動通過按字母排列的天體目標數(shù)據(jù)庫名單，并從此名單選擇第二特定恒星。再一次，輸入鍵被按下，表示使用者已選中第二恒星。系統(tǒng)控制器重又自動將望遠鏡旋轉(zhuǎn)至恒星附近，此后，使用者再次被提示，應(yīng)用定位鍵將該恒星定于目鏡視場的中心。當?shù)诙阈潜欢ㄖ行?，使用者按下輸入鍵，系統(tǒng)控制器計算望遠鏡系統(tǒng)相對夜空的絕對位置。
一旦望遠鏡系統(tǒng)相對夜空的絕對位置被確定，系統(tǒng)微處理器121能容易地計算任何給定天體目標通過天空的路徑，并根據(jù)上述驅(qū)動速率方程發(fā)展適當?shù)鸟R達運動命令，從而經(jīng)緯座標型望遠鏡系統(tǒng)能平穩(wěn)和精確地跟蹤目標，即在軟件中“停止天空”。天體目標通過天空的運動必須根據(jù)其作為時間函數(shù)的既在地平緯度又在地平經(jīng)度的變化率加以計算。這樣，對給定時間間隔，系統(tǒng)微處理器121能計算要求由馬達組裝件執(zhí)行的增量的馬達步進或“滴答聲”速率，從而使望遠鏡得以在目標運動通過天空時，跟蹤此目標。
對于結(jié)合圖10a、10b和10c的過程流程圖敘述的前述對準系統(tǒng)，應(yīng)指出的是，系統(tǒng)控制器借助將望遠鏡的經(jīng)緯座標型座標系統(tǒng)(笛卡兒座標系統(tǒng))映射至限定夜空(天球)的RA和Dec球形座標系統(tǒng)而計算望遠鏡的位置。特別是，系統(tǒng)控制器在指予選中的恒星或恒星組時，讀出望遠鏡的地平緯度和地平經(jīng)度的角位置，其方法是，在每一恒星已定中心于望遠鏡目鏡中后，使用者按下輸入鍵時，讀出地平緯度和地平經(jīng)度的馬達位置編碼器值。根據(jù)如此限定的望遠鏡瞄準角，系統(tǒng)控制器計算望遠鏡的笛卡兒位置向量，并將每位置向量分解成方向余弦的矩陣。應(yīng)用熟知的涉及矩陣操縱及旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)技術(shù)，笛卡兒座標矩陣被映射至相似限定的根據(jù)天體座標系統(tǒng)表示的恒星或恒星組的方向余弦的矩陣。天體方向余弦的矩陣通過計算選擇過程期間使用者識別的恒星或恒星組的RA和Dec座標而產(chǎn)生。
那些熟悉數(shù)學(xué)領(lǐng)域的人士將清楚，一旦在兩個不同座標系中確認有兩個相同的點，則這兩個座標系在數(shù)學(xué)上能相互映射，從而任何在一個座標系統(tǒng)中表示的又一座標可容易地通過數(shù)學(xué)變換表示在另一座標系統(tǒng)中。這樣，一旦望遠鏡系統(tǒng)相對天球而對準，則只要將要求目標的位置表示于其天體座標中，進一步觀察就能進行。系統(tǒng)控制器了解天體座標系與望遠鏡的地平緯度和地平經(jīng)度座標之間的關(guān)系，進行適當?shù)臄?shù)學(xué)變換，并驅(qū)動地平緯度和地平經(jīng)度馬達適當?shù)貙⑼h鏡指在要求的天體位置上。
一旦應(yīng)用上述對準過程中的一種過程望遠鏡被“對準”，使用者可能希望通過改進限定望遠鏡的地平緯度和地平經(jīng)度的位置向量的笛卡兒座標矩陣，進一步改進望遠鏡系統(tǒng)的對準精度。如在此領(lǐng)域熟知的，必須對天體目標的位置的平均數(shù)目錄施加某些修正，以便將其歸納至在夜空中目標的可見位置。當一個觀察者計劃進行夜間觀察，觀察者通常從天體位置推算表或目錄獲得目標的RA和Dec座標，天體位置推算表或目錄根據(jù)標準歷元的座標系限定目標的位置。這是目標的平均位置。但是，標準歷元通常不同于觀察時的歷元。此外，目標的目錄位置不包含某些位置誤差的修正，這些位置誤差依賴于觀察時間及觀察者的具體位置。這樣，目錄位置不能精確地限定觀察者可能找到要求目標的場所。由于望遠鏡的系統(tǒng)控制器在目標數(shù)據(jù)庫上進行操作，目標數(shù)據(jù)庫按照由目錄取得的天體目標的平均位置限定天體目標，因此，在命令發(fā)送給望遠鏡的地平緯度和地平經(jīng)度馬達之前，平均座標必須轉(zhuǎn)換至可見座標，以便目標能精確地瞄準和被跟蹤。必須對目錄平均位置進行的，以便將其歸納至可見位置的修正、按尺寸縮減次序列于下表。
表1
不是所有列舉的修正都必須施加，只有那些大于觀察指向精度的修正才必須。通常，只有步差和折射修正才必須進行。
系統(tǒng)性誤差的附加源來自某些機械誤差，它們由望遠鏡支架、馬達和驅(qū)動鏈系統(tǒng)、伺服機構(gòu)反饋系統(tǒng)中的不完善，以及校平望遠鏡的不精確度引入。當精確對準望遠鏡系統(tǒng)時應(yīng)考慮的機械修正列舉于下表中。
表2
這些修正的計算方法能用于特定支架類型的任何望遠鏡，但誤差參數(shù)值對每一單個望遠鏡系統(tǒng)是唯一的，因為它們是該系統(tǒng)的特征。例如，在閉環(huán)系統(tǒng)中，位置反饋編碼器提供對應(yīng)軸線的角位置的數(shù)字值。此數(shù)字值通過向原始編碼器數(shù)據(jù)應(yīng)用標定算法轉(zhuǎn)換成諸如RA、Dec、地平緯度或地平經(jīng)度的有意義的座標。這些編碼器零點偏移修正包含至標定算法中，以便提供代表望遠鏡真實位置的數(shù)字值。系統(tǒng)控制器將要求目標的可視位置與望遠鏡的位置(由位置編碼器讀數(shù)確定)加以比較，并產(chǎn)生給予馬達的適當運動命令，以便將目標與望遠鏡位置之間的差別降至最小。
每一天文和機械誤差源以與初始望遠鏡定向精確相同的方式加以處理。一旦望遠鏡已被“對準”，使用者可旋轉(zhuǎn)至下一個目標，以便開始觀察。如果下一目標沒有精確地定于望遠鏡目鏡的中心，或者如果在跟蹤期間下一目標從目鏡中心向外漂移，則使用者可應(yīng)用位置鍵手動地重新定位望遠鏡，并命令系統(tǒng)與目標的新位置重新同步。如此完成后，小量修正形成改進經(jīng)緯座標位置矩陣的基礎(chǔ)，然后將此矩陣映射至天體座標系中。當又一個天體目標被計算時，矩陣進一步改進以算出越來越微小的誤差源。雖然能進行這樣的進一步精度的限定，但將看到，按本發(fā)明提出的系統(tǒng)在初始定向過程期間，至少能算出前兩個主要的機械誤差源。某些天文修正由熟知的數(shù)學(xué)算法加以限定，并能容易地包含至定向過程中。這樣，認為本發(fā)明提出的望遠鏡系統(tǒng)的指向和跟蹤能力足夠精細，以便在結(jié)合圖10a、10b、10c建立的對準過程之后進行深空觀察和天文照相。
由于系統(tǒng)控制器可進行操作用以相對極座標型(赤道儀)支架結(jié)構(gòu)限定望遠鏡的對準和運動，因此現(xiàn)在適于連同圖11a、11b和11c討論與赤道儀支架相關(guān)的對準過程。每一極對準過程首先要求使用者在結(jié)合圖12的初始化過程流程圖敘述的系統(tǒng)初始化期間，選擇極配置和對準模式。不言而喻，望遠鏡支架也必須配置成赤道儀支架；使用者必須適當調(diào)節(jié)望遠鏡的赤緯軸線，以使赤緯軸線垂直于支架的偏斜(赤緯)平面；以及天體極(北極或南極，依觀察者的半球而定)必須落在支架的偏斜(赤緯)平面上。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖11a敘述“容易”的極對準過程。具體講，當“容易”對準過程從菜單中選中時，系統(tǒng)提示使用者沿RA軸線指點望遠鏡(使用運動鍵112)，直至望遠鏡指向水平(RA的靜止位置)。然后，使用者按下輸入鍵113，以通知系統(tǒng)，望遠鏡鏡管已位于其適當?shù)腞A位置。接著，系統(tǒng)提示使用者運動望遠鏡直至赤緯設(shè)置圓的讀數(shù)是90°。將望遠鏡置于相對RA和Dec均為靜止的位置能起將赤緯和赤經(jīng)馬達的位置編碼器調(diào)整歸零的作用。任何其后發(fā)生的望遠鏡離開其0，0位置的結(jié)果使望遠鏡系統(tǒng)得以直接計算其相距0，0基準點的赤經(jīng)和赤緯位移。
前述步驟完成后，“容易”極對準過程的余下部分與連同圖10a敘述的“容易”經(jīng)緯座標對準過程相同。具體講，應(yīng)用使用者提供的時間和日期輸入，望遠鏡系統(tǒng)咨詢熟知的天體目標的數(shù)據(jù)庫，并選擇一個目前位于水平線以上的具體亮目標；系統(tǒng)借助赤經(jīng)和赤緯馬達發(fā)出的適當?shù)倪\動命令自動將望遠鏡旋轉(zhuǎn)至該恒星附近；提示使用者將此恒星定于望遠鏡目鏡視場的中心；以及使用觀察者的手動位置調(diào)節(jié)，以改善其定向算法。此過程對下一恒星重復(fù)進行，當被觀察者定中心后，這使系統(tǒng)得以計算望遠鏡相對夜空(天球)的精確位置和定向。
如經(jīng)緯座標型配置的情況那樣，按圖11b的過程流程圖對用于支持赤道儀支架配置的縮短的、單個恒星的對準過程加以敘述。如前述情況相同，使用者被提示，借助命令望遠鏡向其RA和Dec靜止位置運動，將馬達位置編碼器調(diào)整歸零。然后，使用者從按字母排列的天體目標數(shù)據(jù)庫名單中選擇一個特定的恒星，按下輸入鍵113，引起望遠鏡自動旋轉(zhuǎn)至該恒星的附近。如需要的話，使用者按下位置鍵112，將恒星定于目鏡視場的中心。一旦被選恒星定于目鏡視場的中心，使用者再按下輸入鍵113，認為望遠鏡為進行夜視而被對準。
雙星對準過程將按圖11c的過程流程圖加以說明，其中使用者被再一次提示，將望遠鏡運動至RA和Dec靜止位置，并通過從按字母排列的天體目標數(shù)據(jù)庫名單中依次選擇兩顆恒星而對準望遠鏡。當選中每顆恒星時，望遠鏡系統(tǒng)自動旋轉(zhuǎn)至那顆恒星的附近，其后，使用者按需要應(yīng)用位置鍵112，將恒星定于目鏡視場的中心，并按下輸入鍵113，以便通知系統(tǒng)，所要的恒星已被定于中心。
限定靜止位置后，以及按照以上過程輸入或一顆或兩顆恒星后，望遠鏡系統(tǒng)計算望遠鏡相對夜空的位置。由于望遠鏡支架包括赤道儀配置，計算算法略微簡化，因為系統(tǒng)不需將座標系例如從經(jīng)緯座標型轉(zhuǎn)換至赤道儀型。由于赤道儀型支架按照由RA和Dec限定的球座標系操作，為定向望遠鏡需做的一切就是將望遠鏡球座標系簡單地旋轉(zhuǎn)成天體座標系。旋轉(zhuǎn)按熟知的數(shù)學(xué)原理圍繞望遠鏡的RA和Dec軸線進行，此數(shù)學(xué)原理在此將不進一步討論。
定向之后，按赤道儀配置的望遠鏡系統(tǒng)現(xiàn)在能通過向其赤經(jīng)和赤緯馬達組合件發(fā)出適當?shù)倪\動命令而瞄準并跟蹤所選的天體目標。一旦所選的天體目標被瞄準，跟蹤可簡單地通過命令赤經(jīng)馬達組裝件將望遠鏡圍繞相應(yīng)的赤經(jīng)軸線在恒星速率下按要求方向運動而實現(xiàn)。不需再給偏轉(zhuǎn)馬達組裝件進一步的命令，除非使用者希望瞄準不同的天體目標，或替而代之，使用者希望更精細地對準望遠鏡系統(tǒng)以抵消某些原先未考慮的微小誤差。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖6b，系統(tǒng)微處理器121接受如由系統(tǒng)的I/O微控制器122提供的使用者的I/O信息，并在應(yīng)用軟件程序控制下進行任何必要的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理通常形成所要求的望遠鏡運動的某個形式。系統(tǒng)微處理器121能計算任何所要求的馬達運動的方向和范圍，還能借助通過系統(tǒng)I/O微控制器122傳送適當命令，引導(dǎo)相應(yīng)的馬達組裝件采取要求的行動。馬達運動命令基本與結(jié)合圖5a和5b的實施例敘述的那些相同，并通過雙線串行時鐘和數(shù)據(jù)總線132提交給系統(tǒng)I/O微控制器122。某些命令通過微控制器122傳送，并由系統(tǒng)微處理器直接發(fā)布給馬達。這樣一些命令通常包括步進速率命令、誤差計數(shù)命令、設(shè)置和尋找LED位置命令等。某些其它信息，通常為讀出數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)I/O微控制器122保持和處理，以便微處理器需要時使用。
盡管以上討論了望遠鏡的定向和對準，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，望遠鏡定向和對準過程的主要簡化可通過安裝附加的部件裝置而產(chǎn)生，這些附加部件裝置能自動提供望遠鏡鏡管相對指南針的定向標記，即北—南方向指示；軸線傾斜的自動指示，即望遠鏡的水平；以及絕對位置和時間的自動指示。有關(guān)對準和定向的簡化由電子指南針實現(xiàn)，這些電子指南針以磁阻傳感器為基礎(chǔ)，能應(yīng)用地球磁場，在電學(xué)上分辨位置定向，其精度約為1/2度，分辨率約0.1度。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的、地球被強度約0.5至約0.6高斯的磁場所圍繞，該磁場包含一個平行于地球表面，并總是指向磁場北極的分量。地球磁場的這一特點形成所有磁指南針的基礎(chǔ)，正是這一平行于地球表面的磁場分量，能較好地用于確定指南針的方向。
具體講，一類稱為磁阻傳感器(MR)的磁傳感器，它由鎳鐵(NiFe)，也稱為坡莫合金的磁性薄膜的薄帶構(gòu)成，其電阻性能隨施加的磁場改變而改變。MR傳感器具有充分限定的敏感度軸線，它在施加的磁場具有小如0.1毫高斯的改變時就響應(yīng)，其響應(yīng)時間小于1微秒，在商業(yè)上可作為組裝式集成線路買到。這樣，MR傳感器特別適用于與示范性實施例的望遠鏡系統(tǒng)相連接的北—南方向指示裝置。
在圖17中展示了這樣一種結(jié)構(gòu)，它是按本發(fā)明提出的北—南傳感器系統(tǒng)的半示意性線路圖，系統(tǒng)中安裝了MR傳感器，此MR傳感器制成如HMC1021S，由明尼蘇達，普利芳斯的赫涅偉兒公司(Honeywell，Inc.of Plymouth，Minnesota)生產(chǎn)和銷售。MR傳感器200是一種磁阻性檢測元件，它由沉積在硅基底上的NiFe薄膜制成，并限定一個惠斯登電橋。MR傳感器200還安裝有電流帶，用于對裝置輸出的極性進行電“設(shè)置”或“復(fù)位”，還允許對檢測元件施加補償偏移場以抵消四周的磁薄膜。電源電壓連結(jié)至MR傳感器上，引起電流流動通過包含惠斯登電橋結(jié)構(gòu)的磁阻器。交叉施加的場引起兩個相對放置的電阻器中的磁化強度向著電流旋轉(zhuǎn)，造成相應(yīng)電阻的增加。在其余兩個相對放置的電阻器中，磁化強度旋轉(zhuǎn)離開電流，造成電阻減少。
流動通過惠斯登電橋臂中兩條臂的電流從MR傳感器的兩個輸出取出，其中一個施加至配置成電壓輸出器的運算放大器202的非反相輸入。第二個輸出施加至第二運算放大器204的非反相輸入，其反相輸入連接成接收電壓輸出器202的輸出。第二運算放大器204的輸出被引向增益單元206的非反相輸入，增益單元206轉(zhuǎn)而又驅(qū)動輸出針208，以給出一個指示MR傳感器是否與地球磁場對準的指示信號。在運行中，增益單元206配置成得以輸出一個信號，如果由MR傳感器兩個輸出流出的電流不平衡的話，即表明傳感器不與地球磁場對準。當中心線進入與場對準時，通過相對放置的電阻器臂的電流變?yōu)槠胶?，造成第二運算放大器204具有零輸出。增益單元206轉(zhuǎn)而輸出一個零信號，它表明MR傳感器與地球磁場對準，即指向磁場的北極。
作為進一步表明MR傳感器是否指向磁場北極的指示，兩個發(fā)光二極管210和212以平行形式連至增益單元206的輸出。第一個發(fā)光二極管(LED)210反向連至增益單元206的輸出。反向連接意味著二極管的負側(cè)連至輸出，而正側(cè)則連至基準電勢，諸如接地。第二個二極管212以正向形式連至增益單元206的輸出。這兩個二極管在一起作用，給出一個表明MR傳感器與地球磁場對準的指示。當傳感器200向一個方向偏移時，增益單元的輸出，根據(jù)傳感器向表示磁場北極的中心線方向的“左”方偏移或向其“右”方偏移，將或是正或是負。當傳感器向一個方向偏移時，增益單元的輸出可能是負的，這時，第一個LED210(負向連接的LED)將導(dǎo)通電流，從而發(fā)光。如MR傳感器200向相反方向偏移，增益單元206將輸出一個正信號，引起正向連接的LED212導(dǎo)通，轉(zhuǎn)而點亮。當傳感器與磁場北極對準時，增益單元的輸出為零，兩個LED均切斷。
應(yīng)指出的是，由于這些是二極管，存在與此相關(guān)聯(lián)的正向電壓降，它限制二極管精確指示磁場北極的精度。根據(jù)LED210和212的正向電壓降值的不同，MR傳感器有一個相對真正北極的小范圍，在此期間，增益單元206不能發(fā)展足以激活或正向或反向偏置的LED的輸出信號。但是，即使在此“不確定”范圍內(nèi)，增益單元206向輸出針208輸出一個信號，它能由或是智能系統(tǒng)控制組件(圖6a和6b的100)，或是上述類型的一體連接的PIC處理器加以計算。
值得進一步指出的是，MR傳感器系統(tǒng)能由調(diào)零線路214加以標定，該調(diào)零線路214連至第二運算放大器204的反相輸入。設(shè)置調(diào)零線路214是為了抵消幾乎所有運算放大器共同顯示出的輸入偏移，并適當?shù)貥?gòu)成一個調(diào)節(jié)電阻器，它連接在正、負輸入電壓之間，并具有一個中心抽頭，該中心抽頭限定與運算放大器204相連的調(diào)零連接。在運行中，傳感器在生產(chǎn)裝配架上與地球磁場精確地對準，并調(diào)節(jié)可變電阻器直至增益單元206限定一個零輸出信號。這表明整個線路現(xiàn)在是平衡的，其中線路偏移被抵消。
此外，傳感器線路適當?shù)匕粋€設(shè)置/復(fù)位線路，它適當?shù)嘏渲贸扇缫粋€電流脈沖發(fā)生器，用于消除過去故障磁滯的效應(yīng)，并能借助施加適當?shù)脑O(shè)置或復(fù)位信號對輸出的極性進行電子學(xué)上的設(shè)置或復(fù)位。
敘述于圖17中的MR傳感器裝置在以下情況具有特定的用途，即當它被配置在小的印刷線路板上，且當中心軸線的位置與望遠鏡的長軸線對準時安裝在望遠鏡鏡管上。因此，當MR傳感器與地球磁場對準，從而指示磁場北極時，望遠鏡鏡管也被放置成、其光學(xué)軸線向著磁場北極對準。傳感器的輸出208連接至電接口(圖3a和3b的30)的輔助輸入，從而可被系統(tǒng)處理部件用作自動方向指示信號。這時，使用者不需再手動地將望遠鏡向北極對準。一旦自動望遠鏡系統(tǒng)接通，應(yīng)用程序在水平方向前、后自動旋轉(zhuǎn)望遠鏡，并檢查傳感器的輸出的“讀出”。一旦自動系統(tǒng)檢測到傳感器正確與北極對準，即讀出一個零輸出，自動望遠鏡系統(tǒng)就算出馬達位置的值，并初始化地平經(jīng)度馬達組裝件。
雖然以上討論本身已涉及MR傳感器系統(tǒng)將如何配置以便將其本身與地球磁場對準，即給出磁場北極的指示，但應(yīng)指出的是，傳感器能配置成給出一個其對準真正北極的指示。在此具體實例中，傳感器系統(tǒng)在生產(chǎn)裝配架上對準真正的北極，并對調(diào)零線路214進行調(diào)節(jié)，以使增益單元206輸出一個零指示。應(yīng)了解的是，在惠斯登電橋的相對放置臂中的電流一定是不平衡的，但調(diào)零線路214用于補償此失調(diào)，以及補償運算放大器202和204發(fā)展的任何偏移。
還屬于本發(fā)明考慮范圍的是在三軸線模式下應(yīng)用MR傳感器，用以借助電子學(xué)方法處理任何軸線非正交性，消除軸線傾斜事務(wù)。在此實現(xiàn)過程中，設(shè)置了附加的MR傳感器，它在與水平設(shè)置MR傳感器的平面相垂直的平面中被對準。附加的MR傳感器被配置成用以測量US磁場的垂直部分，即磁場與地球表面的夾角。由軸線傾斜引入的誤差在很大程度上依賴于入射或傾斜角的數(shù)值。
可用于校正軸線傾斜的一種附加方法是把傾角計或傾斜傳感器與MR傳感器結(jié)合，以便在電學(xué)上限定由于支架傾斜引起的支架偏移。當傾角計或傾斜傳感器與MR傳感器結(jié)合時，望遠鏡系統(tǒng)就裝備有全自動用于進行三軸線探測的電子學(xué)方法論。這允許望遠鏡系統(tǒng)得以自動地將自身調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，以及自動地將自身調(diào)節(jié)至或與真正北極或與磁場北極對準。一旦這些對準完成，馬達系統(tǒng)的軸線編碼器自動初始化，以便抵消支架對準參數(shù)。因此，連接至望遠鏡鏡管的電子傳感器當處于支架軸線交點附近時形成一個真正可重復(fù)的位置指示器。電子傳感器用作固定指針高分辨率裝置，其精確的定位由馬達編碼器提供。由于指點精度通常依賴于鏡管的彎度特征、鏡管和支架組合件的機械穩(wěn)定性、以及驅(qū)動馬達與望遠鏡支架之間的嚙合質(zhì)量，因而可理解，指點精度能簡單、方便地補充至可能顯現(xiàn)某種機械松弛度的廉價望遠鏡系統(tǒng)中。
如以上討論的，為了完全對準望遠鏡系統(tǒng)，使用者或智能望遠鏡系統(tǒng)只需知道北極的方向、水平線(水平)的傾斜、時間和日期、及其在地球表面上的位置。如果這些量已知，除命令外，不需再向任何望遠鏡系統(tǒng)提供進一步信息，以使它得以在此后借助已知的天體位置推算表指向任何指定的目標。時間和日期可通過接收廣播信號WWV而加以存取，該廣播信號WWV可用于這樣的目的。本發(fā)明提出的自動望遠鏡系統(tǒng)預(yù)期能完全將WWV信息源結(jié)合至智能系統(tǒng)的控制組件中，以使控制組件能不斷地更新日期和時間信息，從而消除了對準系統(tǒng)的時間和日期變量。WWV位于福特考林斯，考羅拉多(Fort Collins，Colorado)，并在2.5、5、10、15和20MHz下廣播連續(xù)的時間和頻率信號。所有頻率提供相同的信息，但10MHz以上的頻率在白天時間運行最好，而較低的頻率在夜間運行最好。每一小時的開始由0.8秒長、1500Hz的音調(diào)加以識別，而每一分鐘的開始由相同長度、1000Hz的音調(diào)加以識別。秒脈沖由400Hz的音調(diào)給出，但每分鐘的第29和第59秒的脈沖被取消。時間信號可從WWV接收機直接輸入，其中各種限定時鐘信號的頻率音調(diào)可由智能系統(tǒng)的控制組件進行處理，用以更新其日期和時間信息。
或替而代之，WWV信息可由膝上型的個人計算機系統(tǒng)借助內(nèi)部連接加以接收。由搭接頂型個人計算機系統(tǒng)處理的信息能通過接口面板的輔助輸入總線，按前述方法傳送給智能系統(tǒng)的控制組件。
精確的位置信息可通過應(yīng)用全球定位系統(tǒng)(GPS)或差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收機提供給智能系統(tǒng)控制組件，其中接收機配置有NMEA接口。NMEA接口是公眾充分了解的接口協(xié)議，它能附加地連接至輔助接口，用以直接向智能系統(tǒng)控制組件提供位置信息源。一旦智能系統(tǒng)控制組件具有可應(yīng)用的位置、時間和日期信息，以及“北極”和“水平”傳感器的輸出，智能系統(tǒng)控制組件就不僅完全知道其位置，還完全知道它與之連接的望遠鏡系統(tǒng)的空間定向。
如上所述，與三軸線檢測相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)和方法同樣可應(yīng)用于附加的“指點”或“收集”裝置，它們在本發(fā)明提出的新穎望遠鏡系統(tǒng)之外。確實，三軸線檢測系統(tǒng)適于安裝在可拆卸的取景器或望遠鏡目鏡上，以使使用者只需根據(jù)從檢測裝置接收到的信號控制目鏡，以便將它們自身按水平和北極兩條線定位。雙筒鏡和仰視顯示器(HUD)護目鏡也能按上述方式配置有三軸線檢測裝置，以便給它們裝備定向能力。
智能系統(tǒng)控制組件(圖6a和6b的100)的又一特點是用于給LCD顯示屏102提供均勻照明的光源的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)參考圖13，一個會切的曲線型光學(xué)燈箱150放置在控制組件的電子部件線路板的表面上，并放置在緊挨LCD顯示屏之下的區(qū)域，具有大致相同的覆蓋區(qū)。燈箱限定一個大致為矩形的中空罩，其表面描繪出一對曲線弧面151和152，它們圍繞向下突出的、與表面相交的、中央會切線沿橫向?qū)ΨQ。照明LED 153、154、155和156成對地沿?zé)粝涠虃?cè)的每一側(cè)而布置，并配置成在會切線方向照入罩中。
每一曲線表面通過例如將它們漆成白色而變得半透明，或通過用諸如適當塑料的半透明材料建造反光罩。表面的半透明性質(zhì)使LED發(fā)展的光線通過表面而照射，而且許可每一弧形部分擴散光線，并將它以擴散形式(如背光源一樣)引導(dǎo)在LCD顯示上，促進均勻照明。
在常規(guī)平面表面的燈箱中，由諸如LED的非相干均勻源發(fā)出的光能只有當光線的散射向量與所討論表面構(gòu)成較大角度時，才通過半透明表面而散射。當表面部件離開光源越來越遠時，散射角相應(yīng)地變得越來越小，直至光線沿表面下側(cè)(垂直散射向量)散射，幾乎沒有光線通過材料散射在顯示(法向散射向量)上。此現(xiàn)象造成在顯示的中心有一個暗的、或相當未照明的區(qū)域，而邊緣則過照明(因而稱為熱斑)。這造成顯示難于讀出，特別在夜間。
本發(fā)明提出的燈箱150的曲線弧形表面成形成用以確保法向散射有相當大的程度在光路端點，即離光源(中心)最遠的表面部分，散射出燈箱。此外，每一表面的漸近曲率將表面保持成相對光源有較恒定的散射角。這樣，擴散通過表面的光能沿表面在從光源至?xí)芯€的方向上相當恒定。在會切本身區(qū)域，表面反射向引導(dǎo)至顯示上的光線添加了附加的照明分量。從第一弧形表面151在小角度下散射的光線在相同的角度下從第二弧形表面152反射，并從而朝向顯示。因此，小角度表面散射在某種程度上被補救，并在中心區(qū)域形成照明的附加分量。
由上述討論，顯然，本發(fā)明的各種部件和單元不限于至今展示的特定望遠鏡系統(tǒng)。當然，結(jié)合所示實施例敘述的望遠鏡和馬達系統(tǒng)所以被選中，是因為發(fā)明的新穎部件顯露于外部，允許更直接的辨認?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖14，圖中敘述了全自動望遠鏡系統(tǒng)的又一實施例，其中馬達組裝件不是配置成添加部件，而是整體化在望遠鏡系統(tǒng)中。
圖14所示的望遠鏡系統(tǒng)配置成在赤道儀模式下操作，其支腳160a、160b和160c放置成按赤道對準望遠鏡，從而底座殼體162的頂表面161轉(zhuǎn)動以限定系統(tǒng)的RA平面。右、左叉臂163和164分別支承望遠鏡鏡管165，并形成其赤緯轉(zhuǎn)動軸線。底座殼體162附加地支承著一塊接口面板，它與圖1、2、3a和3b的接口面板30基本相同，但沒有連至臥軸(Dec)和豎軸(RA)馬達組裝件的串行接口連接。相反，接口面板166提供前述控制組件中任一種控制組件的插入連接，以及通過輔助總線的多種輔助裝置的插入連接。
對圖14所示的實施例不需有馬達組裝件耦合連接，因為馬達組裝件安裝在望遠鏡結(jié)構(gòu)中。這樣，不要求有外部連接。但是，至馬達組裝件的電連接通過與前述實施例相同的雙線串行接口而實現(xiàn)，除了馬達接口總線也內(nèi)裝在望遠鏡結(jié)構(gòu)中外。
第一赤緯(或地平緯度)馬達組裝件配置在馬達罩168內(nèi)，它由一根叉臂的空心內(nèi)部構(gòu)成；在所示實施例中是右叉臂163。圖15敘述了叉臂163的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并展示了赤緯(臥軸)馬達組裝件170及其相關(guān)齒輪系172在叉臂內(nèi)的位置。
第二赤經(jīng)(或地平經(jīng)度)馬達組裝件按圖16敘述的方式，配置成裝配在望遠鏡系統(tǒng)的底座殼體162內(nèi)。RA(Az)馬達組裝件174及其相齒輪系176放置在緊挨望遠鏡的RA表面底下的空心罩中。直接的DATA、CLK、功率及接地連接取自建立在接口面板166的控制組件輸入與每一相應(yīng)馬達組裝件之間的硬線連接。每一馬達組裝件170和174包括的電子部件與結(jié)合前述實施例說明的那些部件相同，因此賦予相同程度的智能。
圖14、15和16的望遠鏡系統(tǒng)實施例可或由前述的半智能或由全智能控制組件加以控制，且具有相同的功能性能。此外，輔助總線支持相同數(shù)目和類型的輔助裝置。
因此應(yīng)看到，跨越望遠鏡系統(tǒng)各種功能部件的分布式智能不限于望遠鏡的特定配置。系統(tǒng)的某些部分可為了緊湊性和設(shè)計效率的利益整體化在望遠鏡中，而不以犧牲任何智能分布作為代價。這些整體系統(tǒng)所缺乏的全部是被施行葉切斷術(shù)成為完全由手動操縱的純機械系統(tǒng)的能力。
權(quán)利要求
1.一種自動望遠鏡系統(tǒng)，此種自動望遠鏡系統(tǒng)包括一臺望遠鏡，它配置成圍繞兩條相互正交的軸線進行旋轉(zhuǎn)；一條信號總線，它配置成在連接至此處的外圍設(shè)備的兩臺及多臺設(shè)備之間，傳送數(shù)據(jù)和控制信號；一臺中央控制處理器，它連接至信號總線，控制處理器在連接至信號總線的外圍設(shè)備的兩臺及多臺設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)和控制信號的通信；第一和第二馬達組裝件，每一馬達組裝件包含一臺電馬達，它被連接成用以圍繞兩條相互正交軸線中的一條軸線運動望遠鏡；一套控制線路，它連接至馬達及信號總線，控制線路發(fā)出用于命令馬達運動的控制信號；和一套位置指示線路，它連接至相應(yīng)的軸線及控制線路，位置指示線路向相應(yīng)的控制線路提供位置指示信號；其中，控制線路根據(jù)操作中從中央控制處理器接收到的控制信號命令馬達運動和計算馬達位置指示信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，中央控制處理器完成高層次應(yīng)用軟件執(zhí)行任務(wù)及數(shù)字處理，以便限定適當?shù)鸟R達運動命令，中央控制處理器向每一控制線路通過所述信號總線提供所述馬達運動命令，每一控制線路發(fā)出控制信號，用于命令馬達在操作中據(jù)此進行運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，每一控制線路包含為其相應(yīng)馬達采集、存儲及再調(diào)用馬達位置信息的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，位置指示線路包括光學(xué)編碼器，它連接至其相應(yīng)的馬達軸上，光學(xué)編碼器發(fā)出電子脈沖，每一脈沖表示編碼器的有限弧形運動，從而表示其相應(yīng)馬達的有限弧形運動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，信號總線是串行總線，中央控制處理器通過相應(yīng)的雙線串行連接，根據(jù)包通信協(xié)議與每一控制線路進行通信。
6.一種自動望遠鏡系統(tǒng)，此類型的自動望遠鏡系統(tǒng)包含安裝成用于圍繞兩根基本相互正交的軸線進行旋轉(zhuǎn)的望遠鏡，該種自動望遠鏡系統(tǒng)包括第一和第二馬達組裝件，每一馬達組裝件被連接成用以圍繞軸線中的一根相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)望遠鏡，每一馬達組裝件包含馬達，它具有旋轉(zhuǎn)軸；光學(xué)編碼器，它被連接至馬達軸，用于提供馬達運動的反饋信息；和馬達控制處理器，它用于命令馬達運動和計算光學(xué)編碼器反饋信息；以及命令組件，它被通過相應(yīng)的串行通信總線連接至每一馬達組裝件，命令組件接收來自使用者的望遠鏡運動命令，并發(fā)出通知給馬達控制處理器的適當控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，命令組件還包括殼體，它成形成能被手舒適地握住；鍵盤，它設(shè)置在殼體上，由使用者操縱，用以限定望遠鏡運動命令；以及微控制器，它設(shè)置在殼體內(nèi)，微控制器將鍵盤的使用者的操縱轉(zhuǎn)換成控制信號，控制信號通過串行通信總線被引向每一馬達組裝件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，命令組件還包括存貯器；以及微處理器，其特征在于，存儲器適合于宿主可由微處理器執(zhí)行的應(yīng)用軟件程序代碼，微處理器完成高層次應(yīng)用軟件執(zhí)行任務(wù)和數(shù)字處理，以便限定給微控制器的命令，微控制器將所述命令轉(zhuǎn)換成給每一馬達組裝件的控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一數(shù)據(jù)庫，它容納于存儲器中，第一數(shù)據(jù)庫包含天體目標的目錄，每一天體目標由一組天體座標加以識別；以及第二數(shù)據(jù)庫，它容納于存儲器中，第二數(shù)據(jù)庫包含地理位置的目錄，每一地理位置由一組以地球為基準的座標加以識別。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的自動望遠鏡系統(tǒng)，使用者從第二數(shù)據(jù)庫中識別最接近使用者的真實位置的地理位置，其特征在于，命令組件包含用于將以地球為基準的座標轉(zhuǎn)換成天體座標的程序裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，命令組件包含從每一馬達組裝件接收望遠鏡位置指示的裝置，命令組件結(jié)合地理位置處理位置指示，以便限定望遠鏡相對天體座標座的定向。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，命令組件包含這樣的裝置，它自動將望遠鏡移向需要的天體目標，以及跟蹤所述天體目標的天體路徑，而無需使用者進一步干預(yù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，望遠鏡制造成經(jīng)緯座標結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，望遠鏡制造成極結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求7的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，殼體包含LCD顯示屏，顯示屏由向顯示屏提供均勻照明的光源進行照明，光源包括會切曲線型燈箱，它被設(shè)置在殼體內(nèi)，并位于緊挨顯示屏的下方，會切線對開燈箱，設(shè)置在基本為燈箱相對端之間的中間；以及若干燈源，它們配置成在會切線方向照射進入燈箱，其中，會切線的每一弧形部分均將光線擴散，并在相對光源基本為相等的散射角下將其引至顯示屏上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，光源是發(fā)光二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，燈箱由半透明材料制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求6的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，串行通信總線還包括接口面板；一對馬達控制總線，每條馬達控制總線被連接在接口面板與相應(yīng)的馬達組裝件之間；命令組件總線，它被連接在接口面板與命令組件之間；以及輔助總線，它被連接至接口面板，并配置成促進命令組件與若干串行地連接至輔助總線的外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)和控制信號的通信。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，連接至串行總線的外圍設(shè)備選自一個組合，該組合由全球定位系統(tǒng)設(shè)備、時間保存設(shè)備、電子指南針、MR傳感器、個人計算機和輔助命令組件構(gòu)成。
20.一種全自動望遠鏡系統(tǒng)，它具有分布在獨立部件之間的功能性智能，此類型望遠鏡系統(tǒng)包含安裝成用于圍繞兩根基本相互正交的軸線進行旋轉(zhuǎn)的望遠鏡，該自動望遠鏡系統(tǒng)包括智能馬達模塊，該馬達模塊包含用于命令馬達圍繞相應(yīng)軸線將望遠鏡旋轉(zhuǎn)要求弧度總量的裝置，還包含用于確定旋轉(zhuǎn)的真正弧度總量的裝置；命令模塊，它包含將使用者的輸入轉(zhuǎn)換成適于傳輸至馬達模塊的信號的裝置，馬達模塊將所述信號處理成馬達運動命令；以及通信總線，它被連接在命令模塊與馬達模塊之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一裝置，它用于確定望遠鏡的水平方向；第二裝置，它用于確定望遠鏡的垂直方向；以及其中第一和第二裝置給命令模塊提供對應(yīng)每一被確定方向的信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，還包括確定望遠鏡地理位置的裝置；以及這樣的裝置，它用于處理望遠鏡的地理位置、水平方向和垂直方向，以便相對天體座標系定向望遠鏡。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，還包括選擇需要的天體目標的裝置其特征在于，望遠鏡系統(tǒng)自動移向該目標，無需使用者的進一步干預(yù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，還包括自動輸入時間參數(shù)的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，第一裝置包括MR傳感器，它被配置成，當望遠鏡指在相對預(yù)定指南針點的特定方向時，提供指示信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，MR傳感器被連接至通信總線，MR傳感器向命令模塊提供指示信號，命令模塊將所述指示信號轉(zhuǎn)換成適于傳輸給馬達模塊的馬達控制信號，馬達模塊將所述馬達控制信號處理成馬達運動命令，從而望遠鏡根據(jù)操作中的指示信號自動被設(shè)置在相對預(yù)定的指南針點的特定方向。
27.在包含連接成圍繞兩條相互正交軸線進行旋轉(zhuǎn)的望遠鏡的這種類型的計算機化望遠鏡系統(tǒng)中，一種用于相對球座標系對望遠鏡系統(tǒng)進行定向的方法，該方法包括設(shè)置一對馬達，每一馬達被連接成圍繞相互正交軸線中的相應(yīng)一根軸線旋轉(zhuǎn)望遠鏡，每一馬達包含位置基準指示器，每一位置基準指示器相對其相應(yīng)軸線限定望遠鏡的弧形位置；設(shè)置控制處理器，此處理器被連接成用以從每一位置基準指示器接受位置基準信息；向控制處理器輸入時間標記；向控制處理器輸入日期標記；圍繞軸線中的第一根軸線將望遠鏡運動至第一基準位置；將來自相應(yīng)的位置基準指示器的位置基準數(shù)據(jù)記錄為第一位置索引；圍繞軸線中的第二根軸線將望遠鏡運動至第二基準位置；將來自相應(yīng)的位置基準指示器的位置基準數(shù)據(jù)記錄為第二位置索引；以及處理第一和第二位置索引及時間和日期標記，從而用以限定望遠鏡系統(tǒng)相對球座標系的真實座標位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其特征在于，該方法還包括將需要觀察的目標的球座標識別至控制處理器中，控制處理器計算每臺馬達的一組相應(yīng)的位置基準標記，從而當相應(yīng)位置基準指示器在所述標記時，望遠鏡基本指向所述需要觀察的目標；以及命令望遠鏡系統(tǒng)驅(qū)動馬達，以便使望遠鏡指向需要的目標。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于，該方法還包括當望遠鏡指向需要觀察的目標時，從相應(yīng)的位置基準指示器讀出第一組位置基準數(shù)據(jù)；計算需要觀察的目標在望遠鏡視場中的位置；驅(qū)動馬達以便將需要觀察的目標定位在視場的中心區(qū)域；當需要觀察的目標定位在視場的中心區(qū)域時，從相應(yīng)的位置基準指示器記錄第二組位置基準數(shù)據(jù)；以及處理第一和第二組位置基準數(shù)據(jù)，以便改進望遠鏡系統(tǒng)相對球座標系的實際座標位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于，球座標系是天體座標系。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其特征在于，相互正交的望遠鏡軸線限定經(jīng)緯座標型支架結(jié)構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其特征在于，位置基準指示器包括編碼器，它們連接至它們各自的軸線上，每一編碼器限定望遠鏡圍繞其相應(yīng)軸線的弧形位移，弧形位移以相應(yīng)的第一或第二位置索引作為基礎(chǔ)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征在于，第一基準位置是一個相對北極可確定的角，及特征在于，第二基準位置是一個相對水平面可確定的角。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其特征在于，第一基準位置基本是北極，及特征在于，第二基準位置基本是水平面。
35.在包含連接成圍繞兩條相互正交軸線進行旋轉(zhuǎn)的望遠鏡的這種類型的計算機化望遠鏡系統(tǒng)中，其中相互正交的軸線限定第一座標系，一種用于相對球座標系對望遠鏡系統(tǒng)進行定向的方法，該方法包括設(shè)置第一和第二馬達，每一馬達連接成圍繞相互正交軸線中的相應(yīng)一根軸線旋轉(zhuǎn)望遠鏡；設(shè)置第一和第二弧形位置指示器，每一位置指示器被連接至第一和第二馬達中的相應(yīng)一臺馬達，每一位置指示器指示望遠鏡相對在第一座標系中其相應(yīng)軸線的弧形位置；設(shè)置控制處理器，處理器被連接成用以從弧形位置指示器接收弧形位置；圍繞軸線中的第一軸線將望遠鏡運動至第一基準位置；對應(yīng)所述第一軸線的所述第一基準位置，記錄第一弧形位置；圍繞軸線中的第二軸線將望遠鏡運動至第二基準位置；對應(yīng)所述第二軸線的所述第二基準位置，記錄第二弧形位置；處理第一和第二被記錄的弧形位置，以便將第一座標系中的望遠鏡位置轉(zhuǎn)換至球座標系中的實際望遠鏡位置；以及輸入旋轉(zhuǎn)度量，旋轉(zhuǎn)度量將球座標系中的實際望遠鏡位置旋轉(zhuǎn)至與球座標系的主軸線一致。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其特征在于，該方法還包括將第一和第二被記錄弧形位置識別為相應(yīng)的第一和第二基準位置，對每一軸線一個；將需要觀察目標的球座標識別至控制處理器中，控制處理器將所述球座標轉(zhuǎn)換成相對第一和第二基準位置的一組需要的弧形位置，從而當每一相應(yīng)位置指示器在相應(yīng)需要的弧形位置時，望遠鏡基本指向所述需要觀察的目標；以及命令望遠鏡系統(tǒng)驅(qū)動馬達，以便使望遠鏡指向需要的目標。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其特征在于，該方法還包括當望遠鏡指向需要觀察的目標時，從相應(yīng)的位置基準指示器中讀出第一組弧形位置；計算需要觀察的目標在望遠鏡視場中的位置；驅(qū)動馬達以便將需要觀察的目標定位在視場的中心區(qū)域；當需要觀察的目標定位在視場的中心區(qū)域時，從相應(yīng)的位置基準指示器中讀出第二組弧形位置；以及處理第一和第二組弧形位置，以便改進望遠鏡系統(tǒng)相對球座標系的實際座標位置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其特征在于，第一座標系是直角座標系，相互正交的望遠鏡軸線限定經(jīng)緯座標型支架結(jié)構(gòu)，其特征在于，球座標系是天體座標系，而天體座標由赤經(jīng)和赤緯加以限定。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)度規(guī)將望遠鏡的實際赤經(jīng)與天體座標系的赤經(jīng)對準。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)度規(guī)對應(yīng)時間。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，位置基準指示器包括編碼器，它們連接至它們各自的軸線上，每一編碼器限定望遠鏡圍繞其相應(yīng)軸線的弧形位移。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其特征在于，第一基準位置是一個相對北極可確定的角，及特征在于，第二基準位置是一個相對水平面可確定的角。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其特征在于，第一基準位置基本是北極，及其特在于，第二基準位置基本是水平面。
44.在自動經(jīng)緯座標型望遠鏡系中，其中相互正交的地平緯度和地平經(jīng)度軸線限定第一以地球為基礎(chǔ)的座標系，一種為相對天體座標系對望遠鏡系統(tǒng)進行定向的方法包括設(shè)置地平緯度和地平經(jīng)度馬達，每一馬達連接成圍繞其相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)望遠鏡；設(shè)置地平緯度和地平經(jīng)度的軸線旋轉(zhuǎn)指示器，每一指示器被連接至其相應(yīng)軸線，且每一指示器輸出表示望遠鏡圍繞相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)總量的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；設(shè)置控制處理器；將地理標記輸入控制處理器中；將望遠鏡圍繞地平經(jīng)度軸線旋轉(zhuǎn)至地平經(jīng)度基準索引；由地平經(jīng)度軸線旋轉(zhuǎn)指示器讀出和記錄對應(yīng)地平經(jīng)度基準索引輸出的地平經(jīng)度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；將望遠鏡圍繞地平緯度軸線旋轉(zhuǎn)至地平緯度基準索引；由地平緯度軸線旋轉(zhuǎn)指示器，讀出和記錄對應(yīng)地平緯度基準輸出的地平緯度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；以及處理地理標記及地平經(jīng)度和地平緯度的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以便將以地球為基礎(chǔ)的座標系轉(zhuǎn)換至天體座標系。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其特征在于，該方法還包括將第一需要觀察的目標的天體座標識別至控制處理器中，控制處理器將所述天體座標轉(zhuǎn)換成一組相對地平經(jīng)度和地平緯度的基準位置的需要的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，從而當每一相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)指示器輸出需要的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)時，望遠鏡基本指向所述需要觀察的目標；以及命令望遠鏡系統(tǒng)驅(qū)動馬達，以便使望遠鏡指向需要的目標。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其特征在于，該方法還包括計算第一需要觀察的目標在望遠鏡視場中的位置；驅(qū)動馬達以便將需要觀察的目標重新定位在視場的中心區(qū)域；以及更新地平緯度和地平經(jīng)度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以便改進以地球為基礎(chǔ)的與天體的座標系之間的轉(zhuǎn)換。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其特征在于，該方法還包括將第二需要觀察的目標的天體座標識別至控制處理器中，控制處理器將所述天體座標轉(zhuǎn)換成一組相對地平經(jīng)度和地平緯度的基準位置的需要的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，從而當每一相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)指示器輸出需要的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)時，望遠鏡基本指向所述第二需要觀察的目標；以及命令望遠鏡系統(tǒng)驅(qū)動馬達，以便使望遠鏡指向第二需要的目標。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其特征在于，計算和更新步驟對第二需要觀察的目標進行重復(fù)，以便進一步改進以地球為基礎(chǔ)的與天體的座標系之間的轉(zhuǎn)換。
49.一種自動望遠鏡系統(tǒng)，該望遠鏡系統(tǒng)包括望遠鏡鏡管，它具有主縱向軸線；以及MR傳感器，它沿著望遠鏡鏡管的主軸線而設(shè)置，MR傳感器配置成，當望遠鏡指向相對預(yù)定指南針點的特定方向時，提供指示信號。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的全自動望遠鏡系統(tǒng)，其特征在于，MR傳感器被連接至通信總線，MR傳感器向命令模塊提供指示信號，命令模塊將所述指示信號轉(zhuǎn)換成適于傳輸給馬達模塊的馬達控制信號，馬達模塊將所述馬達控制信號處理成馬達運動命令，從而望遠鏡根據(jù)操作中的指示信號相對預(yù)定的指南針點，指向特定向方。
51.一種照明源，它用于為LCD顯示屏提供均勻照明，該照明源包括會切曲線型燈箱，它被設(shè)置在緊挨顯示屏的下方，會切線對開燈箱，并設(shè)置在基本為燈箱相對端之間的中間；以及若干燈源，它們配置成在會切線方向照射進入燈箱，其中，會切線的每一弧形部分均將光線擴散，并在相對光源基本為相等的散射角下將其引至顯示屏上。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的照明源，其特征在于，光源是發(fā)光二極管。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的照明源，其特征在于，燈箱由半透明材料制成。
全文摘要
一種全自動望遠鏡系統(tǒng)(10),它能充分地在經(jīng)緯坐標型和極坐標型兩種結(jié)構(gòu)中運行。在任一結(jié)構(gòu)中,望遠鏡(10)在簡化的初始化過程之后將其自身對準天體坐標系,在初始化過程期間,望遠鏡鏡管(12)首先指向北,然后指向使用者的水平。命令處理器(36)在應(yīng)用軟件程序控制下,將望遠鏡系統(tǒng)(10)相對初始方向輸入給出的天體坐標系進行定向。初始的望遠鏡定向可通過初始輸入的地理位置標記,或瞄準一個或兩個附加的天體目標而加以改進。一旦望遠鏡相對天體坐標系的定向建立,望遠鏡系統(tǒng)(10)將自動運動至,并跟蹤任何要求的天體目標,而無需使用者進一步對對準,加以干預(yù)。
文檔編號G02B23/00GK1328654SQ99813736
公開日2001年12月26日 申請日期1999年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月26日
發(fā)明者肯尼斯·W·鮑恩, 約翰·E·史密斯, 約翰·E·胡特, 米切爾·A·瓦查拉, 布雷恩·G·廷吉, 布倫特·G·迪雄, 斯坦利·H·德萬 申請人:米德儀器公司