Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Концепция модернизированного телескопа SBG 21
1.1 Изменение оптической системы 21
1.2 Приемник изображения 24
1.3 Приводы 26
1.4 Управление комплексом 31
Глава 2. Электронная схема модернизированной камеры SBG 33
2.1 Основной интерфейс Блока Управления 36
2.2 Программируемые генераторы тактовых импульсов 42
2.3 Сигнал Event 45
2.4 О программировании работы электроники SBG 46
Глава 3. Алгоритмы для управления модернизированной камерой SBG 52
3.1 Системы координат 52
3.2 Определение полюса орбиты ИСЗ 59
3.3 Позиционный угол изображения 63
3.4 Наведение телескопа 65
3.5 Определение скоростей слежения путем интерполирования эфемериды 71
3.6 Интерактивная карта 73
Глава 4. Режимы работы комплекса. Подпрограммы 82
4.1 Снимок и файл 83
4.2 Камера SBG в режиме астрономического телескопа 86
4.3 Подпрограмма «Матрица» 88
4.4 Подпрограмма «Свой полюс» 90
4.5 Подпрограмма «Карта» 94
Глава 5. Наблюдения на модернизированной камере SBG 98
5.1 Наблюдения геостационарных спутников 100
5.2 Наблюдения быстролетящих объектов 103 з
5.3 Наблюдения высокоорбитальных ИСЗ 106
5.4 Наблюдения малых тел Солнечной системы 108
Заключение 111
Список литературы
- Приемник изображения
- Программируемые генераторы тактовых импульсов
- Позиционный угол изображения
- Подпрограмма «Матрица»
Приемник изображения
Камера имеет электромеханический 2-секторный затвор. Помимо USB-порта она также снабжена дополнительным разъемом miniDIN8, предназначенным для расширения функций управления. В частности, для создания системы реального времени используется выходной сигнал Shutter Output. Его уровень при открытом затворе является высоким, при закрытом - низким. Небольшая дополнительная схема преобразует перепады потенциала в короткие импульсы Event, которые поступают на GPS-приемник. Момент прихода такого импульса на контакты 6, 7 внешнего разъема приемника «Acutime 2000» привязывается к шкале Всемирного времени UTC и репортаж; об этом моменте спустя некоторое время поступает с приемника в компьютер через СОМ-порт. Такой подход позволяет регистрировать моменты открытия и закрытия затвора с точностью до задержки, создаваемой механической частью затвора. Величина самой задержки определяется с помощью специальной методики, основанной на фотографировании динамически изменяющейся таблицы с экрана компьютера. Предполагается, что величина задержки меняетя от экспозиции к экспозиции незначительно17. которой максимальное значение отсчета равно 216 — 1 = 65535.
С самого начала камера Apogee Alta могла быть подключена одним из двух способов: с передачей изображения в сеть через интерфейс Ethernet или в порт USB компьютера. Был принят второй вариант как более оперативный и надежный. Сначала выгрузка осуществлялась по USB-каналу18 за 6 с, но после замены пассивных кабелей активными время выгрузки удалось понизить до 3 с. С программной точки зрения ПЗС-камера подключена как объект Active X: определение и свойства объекта включаются в палитру компонент Delphi и дополняются с помощью динамических библиотек (dll), его наличие автоматически обнаруживается компьютером при включении питания. Диагностика и обмен данными запрограммированы с помощью функций API, поставляемых производителем вместе с камерой.
Использование приемника со значительно меньшим полем зрения, чем у фотопластинки, поставило задачу простого и точного позиционирования трубы. Чтобы не уступать в производительности прежнему варианту телескопа, это позиционирование должно было стать намного более оперативным, чем прежде. Тем самым, наведение по лимбам с помощью ручного пульта становилось неприемлемым, его должно было сменить автоматическое наведение по заданным координатам. В свою очередь, автоматическое наведение потребовало моторов с хорошо контролируемым углом поворота вала, имеющих диапазон скоростей вращения, достаточный для сопровождения любых возможных ИСЗ. Выбор был сделан в пользу шаговых двигателей (ШД) с системой управления, уменьшающей величину шага (с микрошагом). Как известно, при использовании ШД существует принципиальная возможность вычислять положение трубы телескопа путем подсчета количества шагов двигателя. Однако, эта идея не была принята из-за низкой надежности. Было решено, что двигатели в каждый конкретный момент времени должны нести ответственность только за угловые скорости по управляемым осям. Сообщать же наблюдателю реальные текущие значения углов, показывающих положение трубы телескопа, должны угловые датчики -энкодеры. Тем самым, каждый из приводов 3-й или 4-й оси должен был включать энко-дер, двигатель, механическую передачу и устройство управления. Устройство управления приводами - это специально разработанные электронные схемы плюс компьютер. Помимо приводов, электронные схемы работают и с другими составляющими комплекса - со симости от камеры), но несмотря на это она вполне стабильна. 18Включающему три кабеля-удлинителя по 2 м. службой времени, основанной на GPS-приемнике Acutime 2000, с ПЗС-камерой, и т.д.
Блок-схема электронной части комплекса показана на Рисунке 1.3. Ее основу составляет Блок Управления (БУ), находящийся в корпусе нижней части вилки 3-й оси. БУ содержит 8 байтовых регистров Reg 1 - Reg 8 и два программируемых генератора тактовых импульсов. Через плату основного интерфейса он подключен 8-метровым кабелем к порту LPT компьютера. Поскольку обычно длина LPT-кабеля не может превышать 1.8 м из-за ограничений, накладываемых ТТЛ-логикой цепей порта, был найден следующий выход: каждый сигнал порта передается по независимой витой паре с оптронными развязками. Для правильной работы схем требуется мода SPP (Standard Parallel Port) параллельного порта, обеспечивающая протокол обмена данными Centronics. Она реализуется с помощью драйвера LPTWDMIO.sys [5]. Весь обмен данными компьютера с телескопом через LPT-порт осуществляется с помощью специальных команд обращения к упомянутому драйверу. Основной обмен с ПЗС-камерой идет через канал USB, контроллер энкодеров подключен к шине PCI.
Программируемые генераторы тактовых импульсов действуют по принципу деления исходной частоты (10 МГц) от генератора с кварцевой стабилизацией. В регистры Reg 1 - Reg 4 из компьютера загружаются коэффициенты К0, К\ деления частоты, так что импульсы на выходах схемы имеют частоты
Они и являются тактовыми для шаговых двигателей. Для изменения частоты щ компьютер должен прислать новое значение коэффициента КІ. Формально каждый из коэффициентов может изменяться в пределах 1... 65535, что позволяет получать частоты от 152.590 Гц до 10 МГц. Однако, реально моторами используются частоты не выше 10 кГц19, что дает возможность дополнительно увеличивать ширину импульсов одновибратором для повышения помехоустойчивости.
Остальные регистры Reg 5 - Reg 8 служат для формирования команд, необходимых для управления моторами, ПЗС-камерой, ручным пультом, зуммером и контролем времени. Важное место в комплексе отводится сигналу Event, позволяющему осуществить систему реального времени. Компьютер с запущенной на нем программой SBGControl увязывает воедино работу всех отдельных устройств, тем самым создавая единый комплекс. Программа написана автором на языке Delphi для ОС Windows ХР. Несколько дополнительных программ служат для предварительной подготовки вспомогательных файлов. Соответственно KQ, К\ лежат в интервале [1000, 65535]. GPS
Особенностью моторов MDrive23 фирмы IMS (Intelligent Motion Systems, Inc.), приобретенных для модернизации приводов телескопа, является интегрированное в них устройство управления (контроллер, токовые ключи и т.д). Тем самым, для работы такого мотора в простейшем случае, помимо силового напряжения с выпрямителя, требуется подавать лишь тактовые импульсы и потенциал, задающий направление вращения. Мотор будет вращаться с тем микрошагом, который был записан до этого в его контроллере. Для изменения величины микрошага необходимо записать его новое значение (перепрограммировать мотор). Для этого контроллер мотора имеет интерфейс SPI (Serial Peripheral Interface), по которому можно считать текущие параметры или записать новые. Таким образом, управление моторами подразумевает программирование параметров мотора, задание направления вращения и обеспечение тактовыми импульсами. И поскольку для слежения за произвольными ИСЗ все равно требуются генераторы тактовых импульсов с частотами, плавно именяемыми в широком диапазоне, то это достоинство привода можно использовать также для постепенного разгона или торможения при наведении на объект. При этом одновременно удается избежать ударных нагрузок на трансмиссию и получить больший вращательный момент на старте21.
Разделение функций энкодеров и двигателей в приводе позволило осуществить принцип наведения методом последовательных приближений22. Получив координаты объекта и сравнив их с текущими координатами, даваемыми энкодерами, программа проводит выбор типа движения и рассчитывает его параметры. Если необходимо повернуть ось на угол, не больший 1 (т.е. порядка размеров поля зрения), наведение будет выполняться на малой постоянной угловой скорости, не дающей заметного рывка при старте и останове. Если требуется повернуть на угол до 20, половину пути движение будет равноускоренным, и половину - «равнозамедленным». При угле поворота, превышающем 20, движение будет состоять из трех этапов: ускорения, движения с максимальной скоростью 5 с-1 (марша) и торможения. В конце перегона снова считываются координаты с энкодеров и сравниваются с координатами цели. Если разности координат меньше некоторого принятого допустимого отклонения, наведение считается завершенным.
Программируемые генераторы тактовых импульсов
Биты регистра Reg 8 имеют разнообразное назначение. Первые четыре относятся к ручному пульту (РП), который на модернизированной камере SBG играет вспомогательную роль. Бит Q0 представляет сигнал Handln. Это входной сигнал для ручного пульта, его низкое значение соответствует отключенному РП, а высокое - включенному. Ручной пульт имеет переключатели для управления движением по двум осям - по 3-й ( ) и по 4-й (8 ), - а также кнопку запуска слежения или экспозиции (выбирается программно). Переключатели управления движением состоят из пары кнопка-тумблер. Тумблером задается направление, кнопкой - сам процесс движения: движение есть, если нажата кнопка. Состояние переключателей РП характеризуется сигналами DIR1H, MOV1H, DIR2H, MOV2H, ЕХР, которые, согласно схеме, могут быть высокими (активными) только при высоком уровне Handln. Состояния переключателей, т.е. вышеперечисленные сигналы, считыва-ются через мультиплексор DD9 (КП7) и, пройдя по «токовой петле 20mA», попадают на вход РЕ (PAPER END) LPT-порта компьютера. Адрес входа, коммутируемого на выход мультиплексора, задается тремя сигналами АО, Al, А2, исходящими с выходов Ql, Q2, Q3 регистра Reg 8. Когда программа сканирует состояние переключателей РП, она просто выставляет необходимые значения этих адресных бит и считывает сигнал РЕ параллельного порта. Заметим, что три входа мультиплексора остаются незанятыми, представляя собой резерв для потенциального расширения функциональности схемы без кардинального изменения.
Бит Q4 (Веер) предназначен для управления зуммером, подающим звуковой сигнал. Во время наблюдения пролета быстрого ИСЗ и запуска экспозиций наблюдателем с помощью ручного пульта звуковой сигнал помогает выделить «мертвые» периоды времени порядка 3 с, в которые компьютер занят выгрузкой предыдущего кадра и недоступен командам РП. Бит Q5 (Contrin) служит для разрешения контроля службы времени с помощью постороннего источника секундных импульсов. В качестве такого источника использовался рубидиевый стандарт частоты и времени 41-69. При необходимости можно проверить правильность работы службы времени (основанной на GPS-приемнике) установкой сигнала Contrin. Пройдя по витой паре с оптронами, он в качестве сигнала ContrOut попадает на один из входов схемы «логическое И». На другой вход приходят секундные импульсы (PPS) от стандарта времени. Результат поступает на вход GPS-приемника. Тем самым каждую секунду служба времени определяет время прихода секундных импульсов стандарта по своей шкале (UTC). Если работа самой службы времени по той или иной причине не удовлетворяет критериям стабильности и точности, это сразу станет видно по выдава 42 емым ею отсчетам .
Генератор тактовых импульсов для шаговых двигателей ШД1 и ШД2 занимает отдельную плату в Блоке Управления телескопа. Двигатели должны работать в очень широком диапазоне угловых скоростей, что позволило бы как отслеживать объекты, практически неподвижные на звездном небе (to 15"/с), так и перегонять трубу на большие углы достаточно быстро (to 5/с). Предполагая небольшой запас, можно сказать, что наибольшая и наименьшая скорости должны отличаться как минимум в 1500 раз.
Электрическая принципиальная схема генераторов приведена на Рисунке 2.4. Идея получения импульсов с программно задаваемой частотой проста. В каждом из двух каналов имеется каскад из четырех последовательно включенных двоичных реверсивных счетчиков ИЕ7. Счетчики имеют информационные входы DO - D3 для записи в них начального значения. Если после записи преднабора на вход обратного счета «-1» подавать импульсы, содержимое счетчика будет постепенно уменьшаться. Свойства счетчика ИЕ7 таковы, что при его переходе через 0 на выходе « 0» устанавливается активный33 уровень напряжения (см. [9], т.2). Этот сигнал позволяет объединять счетчики последовательно в цепочки. Цепочка из 4 четырехразрядных двоичных счетчиков эквивалентна одному 16-разрядному счетчику. Таким образом, если счетные импульсы подаются на вход вычитания, то от начала счета с начальной предустановкой КІ ДО его обнуления требуется количество импульсов, равное КІ. На выходе « 0» последнего в цепочке счетчика единственным результатом этого счета оказывается скачок уровня лишь при полном обнулении цепочки. Тем самым количество импульсов уменьшается цепочкой в КІ раз, т.е. КІ является коэффициентом деления частоты (см. (1.2)). При этом всякий раз после обнуления цепочки необходимо обеспечить новую запись34 преднабора КІ. Эта запись, помимо прочего, прерывает сигнал с выхода « 0» цепочки, превращая его в импульс. Максимальное число, которое может быть записано в преднабор счетчика, равно 216 — 1 = 65535. Для его хранения достаточно двух байтовых регистров ИР23. Они нужны для приема и хранения коэффициента деления КІ ДО тех пор, пока компьютер не решит его изменить и не пришлет новое значение.
Выходы Q0 - Q7 регистров соединены со входами преднабора счетчиков. Однако, стробирование записи преднабора в счетчики должно производиться в момент времени, не совпадающий с моментом записи в регистр35. Строб может формироваться как «логическое ИЛИ» из двух сигналов: из перепада на выходе « 0» самой цепочки счетчиков при ее обнулении или из среза (т.е. окончания) сигнала STROBE, регистрируемого с помощью триггера DD19.1. Если из-за произвольности возникновения сигнала STROBE его фронт случайно совпадет с сигналом « 0» (который, в конечном итоге, синхронизован с работой генератора 10 МГц), по срезу этого же импульса STROBE произойдет повторная запись в счетчики. Длительность сигнала STROBE, как и всех остальных выходных сигналов LPT-порта, определяется программой и может быть подобрана опытным путем. Схемы на инверторах с дифференцирующими цепочками на C4-R6 и C5-R7 предназначены для создания узких импульсов, синхронизованных с задними срезами обрабатываемых ими сигналов. Они устанавливают и/или опрокидывают триггер DD19.1, результатом чего является узкий импульс, начинающийся в момент, совпадающий с концом STROBE.
Генератор исходной частоты 10 МГц с кварцевой стабилизацией собран на инверторах DD1.1 - DD1.4 (ЛН1). Для собственно генератора достаточно двух первых инверторов, два следующих включены для большей защищенности его внутренней части от нагрузки на выходе. Выходная частота с генератора подается на входы обратного счета каждого из каналов щ и V\. Небольшие емкости (около 270 пФ) на входе каждой цепочки служат для фильтрации помех. Результирующие импульсы на выходах « 0» цепочек счетчиков каждого из каналов запускают одновибраторы DD13.1 и DD13.2 (АГЗ). Времязадающие RC-цепочки C6-R13 и C7-R15 подобраны так, чтобы выходные частоты щ и V\ всегда, представляли собой последовательности прямоугольных импульсов, вплоть до частоты 13 кГц (чтобы не происходило «смыкания» отдельных импульсов в непрерывный сигнал). Большие частоты программе управления не требуются, т.к. из соображений достаточности 35Так как в противном случае состояние выходов регистра может оказаться неопределенным
Позиционный угол изображения
Если угол, на который требуется повернуть ось, достаточно большой, наведение выполняется с ускорением. При ускоренном движении также не возникает ударных нагрузок на трансмиссию, т.к. движение начинается с нулевой скорости, которая затем увеличивается постепенно. К тому же, вращательный момент мотора больше при малой скорости, т.е. как раз в ответственный момент старта. Ускорение для 3-й оси равно по абсолютной величине а = 1.25/с2, а для 4-й - а = 1.0/с2. Есть еще важный параметр приводов - максимальная скорость. Для обеих осей она одинакова и равна штах = 5/с. Этот параметр является ключевым для разделения ускоренного наведения телескопа на два типа. На верхнем графике на Рисунке 3.6 показан вариант движения, при котором до некоторого момента ta имеет место разгон49, а далее - торможение до полного останова. Останов происходит в момент tc. Из постоянства модуля ускорения следует, что tc = 2ta. Наибольшая (в данном случае) угловая скорость ша достигается в момент ta. Поскольку для величины скорости телескопа есть верхнее ограничение а;тах, то понятно, что максимальное время разгона ограничено и равно Іь- В этот момент телескоп разогнался бы до предельной скорости штах. Здесь программа оказалась бы перед выбором: начать торможение или продолжать движение с достигнутой максимальной скоростью. Второй вариант относится уже к другому типу движения, который мы рассмотрим чуть позже.
Это максимальный угол, на который может быть повернута ось данным типом движения. Для 3-й оси камеры SBG он равен 20, а для 4-й оси - 25.
Если преодолеваемое по 3-й оси «расстояние» At 20, программа будет выполнять наведение в вышеописанном режиме, в котором ускорение сменяется торможением и нет Все с тем же угловым ускорением a = const. фазы движения с постоянной угловой скоростью50. В противном случае часть необходимого поворота (возможно, основную!) телескоп будет проходить с постоянной максимальной скоростью 5/с. Это уже другой тип движения, график которого изображен в нижней части Рисунка 3.6. Такое наведение состоит из фазы разгона (длящейся 4 с для 3-й оси и 5 с для 4-й), движения с постоянной скоростью - марша - и фазы торможения. координаты точки останова51, є - параметр, задающий точность наведения. Если эти условия выполняются, наведение считается завершенным. Если же какое-либо из условий (3.35) не выполняется, задача наведения по этой оси ставится сначала, но теперь уже стартовыми координатами являются координаты достигнутой точки останова: = fln) "l = "An Далее все повторяется, начиная с вычисления разностей (3.33), выбора типа движения и т.д.. Но, поскольку основная часть наведения выполнена, второй заход призван лишь уточнить позиционирование. Как правило, программа решает выполнять его на постоянной малой скорости, т.к. оставшиеся невязки координат малы.
Величина є подбирается опытным путем. С одной стороны, чем меньше є, тем точнее будет наведение. С другой стороны, слишком малое значение є может заметно увеличить общее время наведения, поскольку увеличится число заходов - итераций системы позиционирования. Необходимо найти компромисс между этими тенденциями, и сделать это помогает учет размеров поля зрения. Если поле зрения имеет размеры порядка 1, то наведение с точностью 1 = 1/60 можно считать вполне приемлемым. Значение є = 1 выставлено на камере SBG в Коуровке и зарекомендовало себя хорошо.
Может возникнуть вопрос, почему после первого останова реальные координаты телескопа не совпадают с координатами цели. Здесь две причины, первая связана с тем, что
Аналогично выполняется выбор типа наведения и по 4-й оси, когда сравниваются Ад и 25. 51 Измеряются энкодерами в моменты останова (независимо для каждой оси). в действительности непрерывное изменение ou(t) заменяется ступенчатым52, а интегрирование - суммированием. Вторая причина связана с работой операционной системы. В силу своей многозадачности Windows одновременно с управлением телескопом поддерживает работу еще ряда приложений и служб, которые не смешиваются благодаря разделению их обработки по времени. В разделении по времени важную роль играет приоритет задачи, но даже задачи самого высокого приоритета не избавлены от того, что ОС тратит часть времени не на них. Потому что еще более важным для Windows является все-таки обработка всех запущенных задач. В итоге периодичность обращения компьютера к телескопу превращается в квазипериодичность, соседние в тексте программы команды физически могут выполняться не друг за другом53, и т.д. Все эти недочеты исправляет принцип наведения телескопа по вышеописанному методу последовательных приближений. Если наблюдателя не устраивает точность автоматического наведения, он может воспользоваться подпрограммой «Гид» для его коррекции.
Выше мы уже упоминали, что объект, на который готовится наведение телескопа, не должен быть под горизонтом. Тем не менее, может возникнуть ситуация, когда даже при наведении на объект, находящийся выше горизонта, оптическая ось телескопа в течение некоторого времени окажется под горизонтом. Рисунок 3.7 показывает одну из таких возможностей. Пусть из точки 1 с координатами (t[, 5[) необходимо навестись на точку 2 с координатами (t 2, ё 2). Если z2 90, программа разрешит наведение. Однако, при од- Рис. 3.7: Реальная и сопряженные цели, новременном старте сразу по двум осям - по
3-й и 4-й - движение по t может обогнать движение по 5 , в результате чего труба на некоторое время опустится ниже горизонта. На рисунке для наглядности жирной линией выделен участок траектории наведения с z 90 в крайнем идеальном случае, когда
Компьютер посылает коэффициенты деления Ко, К\ частот с определенной периодичностью (по программному таймеру). Увеличение или уменьшение коэффициентов при каждой посылке вычисляется с расчетом получить необходимое ускорение, оно ищется еще на стадии анализа задачи. Также заранее вычисляется количество циклов посылок, т.е. количество шагов изменения скорости. 53Если начнется «квант времени» другого приложения. Поскольку строгий анализ в общем случае ускоренного движения обеих осей достаточно сложен, а время наведения обычно исчисляется секундами или несколькими десятками секунд, предлагается упрощенный вариант решения этой задачи. Кроме реальной цели 2 введем понятие сопряженных целей 2 и 2". Это точки с координатами ( 2, 8[) и (І І, 5 2) соответственно. В каждую из них можно попасть из исходной точки 1 поворотом лишь одной из осей. Из 1 в 2 попадаем, отрабатывая лишь угол At , а из 1 в 2" - преодолев угол А5 . Решение проблемы состоит в том, что получив задание на наведение, программа проверяет зенитное расстояние всех трех целей - 2, 2 и 2". Первым анализирует z2. Допустим, что объект 2 находится над горизонтом и наведение, в принципе, разрешено. Программа продолжает анализ. Если какая-то из сопряженных целей оказывается под горизонтом, то наведение по осям выполняется с разделением по времени. Например, в ситуации, изображенной на Рисунке 3.7, сначала выполняется поворот на угол Д# , а затем - на угол At . Бывают ситуации, когда сначала идет поворот по 3-й оси, а затем - по 4-й54. Если обе сопряженные цели находятся над горизонтом, старт наведения по обеим осям дается одновременно.
Важным требованием, которому должно удовлетворять наведение камеры SBG, является пункт 4 из перечня, приведенного в начале раздела. Телескоп не должен пересекать собственный меридиан t = 180. Это связано с конструкционными особенностями его монтировки. Ось вилки (3-я ось) является полой, внутри нее проходят провода, идущие к ШД2, ПЗС-камере, приводу фокусировки и т.д. Если не следить за тем, сколько оборотов в какую сторону делает телескоп во время наблюдений, то рано или поздно кабели в оси перекрутятся и могут быть повреждены. При прежней («фотопластиночной») версии SBG наблюдатели следили за специальным механическим счетчиком полных оборотов 3-й оси и периодически ее «раскручивали». В настоящей автоматизированной версии управляющая программа заранее так планирует наведение телескопа, что он никогда не проходит через упомянутый меридиан. Даже если точки 1 и 2 находятся совсем рядом по обе стороны от t = 180, программа погонит трубу не по кратчайшему пути, а в обратную сторону, обойдя почти весь большой круг. Будет потеряна минута с четвертью, но зато не возникнет сложностей с оборотами. Это вполне целесообразно, особенно если учесть, что большинство наблюдений проводится с экваториальной конфигурацией монтировки, когда меридиан t = 180 находится на севере ниже Полярной. Вероятность наблюдения двух объектов подряд в этой части неба (и потери минуты с четвертью) получается достаточно малой... 54Например, при переходе из точки 2 в точку 1 на Рисунке 3.7.
Подпрограмма «Матрица»
У некоторых матриц есть специальная антиблюминговая защита, предохраняющая изображение от подобных искажений. изображенный на Рисунке 4.6, не является совершенством. Впрочем, при большой яркости объекта блюминга не избежать ни при каких приемлемых экспозициях. Необходимо искать компромисс между видом изображений звезд и ИСЗ. Поэтому желательно экспозиции запускать тогда, когда вблизи ИСЗ находятся достаточно яркие звезды. Слабые звезды при больших видимых скоростях оставляют слаборазличимые следы, которые позже трудно использовать для астрометрии.
Итак, в целом порядок действий при наблюдении быстролетящего ИСЗ следующий. За несколько минут до пролета объекта наблюдатель запускает подпрограмму « Свой полюс», после чего по ее указаниям вручную направляет 3-ю ось телескопа в полюс орбиты (выставляет Ар, zp). За 2 минуты до начала слежения телескоп автоматически наводится в точку старта. Заранее приготовив себе в нужных местах подставки, наблюдатель начинает смотреть в окуляр гида, стараясь увидеть в нем объект. Старт слежению, согласно предустановкам, дается либо автоматически (по времени), либо это делает наблюдатель. Далее с помощью РП он гидирует движение трубы и дает старт экспозициям. Чтобы не нажимать кнопку экспозиции вхолостую, он ориентируется по звуку зуммера: пока звучит сигнал, компьютер занят выгрузкой предыдущего кадра и недоступен командам РП. Останов в конце слежения происходит автоматически на указанной секунде. До того как уйти от телескопа, наблюдатель должен вернуть монтировке экваториальную конфигурацию86 (если не запланировано еще одно наблюдение быстролетящего ИСЗ, идущее следом).
Подпрограмма «Свой полюс» позволяет наблюдать любые достаточно быстро движущиеся объекты, на которые составлена эфемерида. Это не обязательно должны быть ИСЗ. Например, проводились пробные наблюдения падения ступеней ракет-носителей, запущенных с Байконура и выводящих ИСЗ на полярные орбиты. К сожалению, успешному решению данной задачи часто противодействуют условия освещенности: если запуск поздний, то ступени оказываются в тени Земли и невидимы; если запуск в светлое время, то нельзя снимать - слишком яркое небо!
На настоящий момент самой популярной подпрограммой среди наблюдателей ИСЗ на SBG является подпрограмма «Карта». Она служит для наблюдений ИСЗ с промежуточными видимыми скоростями (от 0 до 500"/с) при экваториальной конфигурации монтировки. То, что не требуется постоянно ориентировать 1-ю и 2-ю оси, значительно 86Напоминание об этом выдает программа. ускоряет процесс наблюдений. На съемку одного объекта, т.е. серию из 10 снимков с интервалом в минуту, уходит в среднем 11-12 минут.
По своему замыслу подпрограмма «Карта» была самой простой из всех перечисленных, т.к. должна была просто выводить на карту неба на мониторе три последовательных положения объекта. И поскольку телескоп может наводиться щелчком мыши по карте, то наведение на данный ИСЗ было предельно простым - нужно было щелкнуть мышью на его значке и затем на кнопке «Навести». Разумеется, эфемерида объекта должна уже быть в компьютере. Обычно при включении аппаратуры вечером в специальную директорию записывается сразу сотня-другая файлов эфемерид на всю ночь. Типичный шаг по времени между строками эфемериды равен 10
На Рисунке 4.7 пока риды» позволяет адап тировать программу под таблицы разных наблюдателей, отличающиеся форматом. Шаг выборки из файла - это интервал времени, через который программа выбирает строки для интерполирования. Он должен быть кратным интервалу ti+i — tj самой эфемериды. Для выбора файла требуемого объекта служит редактируемое поле ввода и кнопки «Обзор» и «Просмотр». Можно либо набирать имя файла в редактируемом окне, либо воспользоваться кнопкой «Обзор». По щелчку на ней открывается стандартное окно Windows для выбора файлов. Кнопка «Просмотр» позволяет открыть файл эфемериды в текстовом редакторе для просмотра содержимого. В нижней части панели индицируются полученные интерполяцией координаты и скорости объекта на текущий момент времени, а также находятся кнопки «Пуск» и «Выход».
Первые же наблюдения с помощью подпрограммы «Карта» показали, чего ей не хватало. Было добавлено использование координат t, S для первого наведения87 телескопа на объект. Щелчок мышью по одному из координатных полей вызывает передачу координат на панель наведения. Остается дать команду «Навести». Однако, гораздо более значимым
Первое наведение редко осуществимо щелчком по карте, потому что сначала телескоп, как правило, смотрит совсем в другую сторону и на карте необходимый участок неба не виден. Фотографии ИСЗ по подпрограмме «Карта» при различных скоростях слежения. усовершенствованием стало добавление возможности автоматического слежения за объектом. Для этого запускается подпрограмма «Гид» и делается щелчок по одному из полей скоростей - по t или по 5. Текущие скорости объекта начинают поступать в подпрограмму «Гид»88 и, в конечном итоге, на моторы. Таким образом, телескоп отрабатывает скорости, непрерывно изменяющиеся согласно эфемериде и тем самым следит за объектом. При помощи панели «Apogee Alt а» наблюдатель производит его фотографирование. Различные объекты по-разному движутся на небе и в соответствии с этим следы звезд на снимках ориентируются под разными углами и имеют различную длину (Рисунок 4.8).
Слежение за объектом оказывается полезным в нескольких отношениях. Во-первых, если объект довольно быстрый, «гнаться» за ним щелчками мыши по карте - занятие обременительное. Во-вторых, при экспонировании труба телескопа в этом случае неподвижна и след объекта получается длинным, в результате чего с большой вероятностью пересекает следы звезд. Программы автоматической обработки не могут обрабатывать такие изображения и кадр идет в брак. Слежение же делает изображение объекта небольшим кружком,
Первоначально в подпрограмме «Гид» было запланировано изменение скоростей только двумя «ручными» способами: вводом с клавиатуры или перемещением специальных движков. который гораздо реже попадает на звездные следы. В-третьих, превращение следа объекта в кружок действует как своеобразный логический фильтр при отождествлении изображения. Сразу видно искомый объект, т.к. только его скорости компенсируются слежением. В-четвертых, недалеко от горизонта или в плохих погодных условиях, когда от объекта приходит мало света, слежение позволяет накапливать сигнал и добиться регистрации за счет увеличения эффективной экспозиции.