陳垂裕 林佳本 白先勇 鄧元勇黃 宇 郭晶晶?

(1中國科學(xué)院國家天文臺(tái)太陽活動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100101)

(2中國科學(xué)院大學(xué)北京100049)

(3中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)南京210023)

1 引言

先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)(Advanced Space-based Solar Observatory,ASO-S)衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)中第2批確定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星之一,衛(wèi)星軌道高度為720 km,設(shè)計(jì)壽命為4 yr.ASO-S衛(wèi)星旨在以太陽活動(dòng)第25周峰年觀測(cè)為突破口,以觀測(cè)太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象—耀斑和日冕物質(zhì)拋射以及產(chǎn)生它們的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)作為主要科學(xué)目標(biāo),揭示磁場(chǎng)演化、耀斑爆發(fā)、日冕物質(zhì)拋射3者之間的關(guān)系,簡(jiǎn)稱“一磁兩暴”,在發(fā)現(xiàn)和研究太陽爆發(fā)機(jī)理的同時(shí),也為空間天氣預(yù)報(bào)提供重要的理論基礎(chǔ)[1].全日面矢量磁像儀(Full-disk vector MagnetoGraph,FMG)是ASO-S衛(wèi)星的3臺(tái)主載荷之一,其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整星科學(xué)目標(biāo)中的“一磁”,即獲取全日面矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù).

為了對(duì)FMG進(jìn)行全系統(tǒng)性能測(cè)試和定標(biāo)試驗(yàn),懷柔太陽觀測(cè)基地搭建了用于FMG外場(chǎng)測(cè)試的地面試觀測(cè)平臺(tái),如圖1所示.高精度的跟蹤是實(shí)現(xiàn)高分辨觀測(cè)的基礎(chǔ)[2],地面試觀測(cè)平臺(tái)需要有一套高精度跟蹤系統(tǒng)保證聯(lián)試工作的順利開展.為實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤太陽,結(jié)合FMG方案階段試觀測(cè)的基本情況和觀測(cè)指標(biāo),我們研制了基于全日面太陽圖像處理的導(dǎo)行系統(tǒng).在2019年1–3月、5月的兩次外場(chǎng)試觀測(cè)中,運(yùn)用該導(dǎo)行系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試,分析對(duì)比了恒動(dòng)跟蹤與導(dǎo)行跟蹤的精度,并利用方案階段試觀測(cè)的太陽縱向磁圖,分析了跟蹤精度對(duì)磁圖空間分辨率的影響.

圖1 FMG地面試觀測(cè)平臺(tái)Fig.1 Ground-based exp erimental observation platform of FMG payload

本文第2部分介紹了導(dǎo)行系統(tǒng)方案的方法原理.第3部分介紹了導(dǎo)行系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì).第4部分分析對(duì)比了恒動(dòng)與導(dǎo)行兩種條件下的跟蹤精度、FMG方案階段試觀測(cè)的太陽縱向磁圖并得出結(jié)論.

2 方法原理

在FMG的設(shè)計(jì)方案中,常規(guī)模式下采用積分觀測(cè),單幅圖像由30 s內(nèi)采集的多幅圖像累加生成,除滿足圖像采樣速率外,此過程還需要保持太陽像位置相對(duì)不變.此外,FMG還有深積分模式,需要18 min采集圖像進(jìn)行積分處理.利用較長時(shí)間的多幀疊加換取磁場(chǎng)靈敏度的提高,這就要求望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)時(shí)必須具備長時(shí)間、穩(wěn)定、高精度的自動(dòng)跟蹤能力[3].

FMG系統(tǒng)以ASO-S衛(wèi)星為平臺(tái),衛(wèi)星的姿態(tài)變化、指向精度以及顫振等因素都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定觀測(cè)產(chǎn)生不利影響.在太空中衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)指向精度為0.01?,指向穩(wěn)定度為0.0005?/s.結(jié)合磁場(chǎng)試觀測(cè)的實(shí)際需要和測(cè)試平臺(tái)的實(shí)際情況,地面試觀測(cè)的跟蹤精度RMS(Root Mean Square)指標(biāo)為1′′/30 min.

恒動(dòng)跟蹤是指赤道式望遠(yuǎn)鏡的赤經(jīng)軸可以通過勻速轉(zhuǎn)動(dòng)來補(bǔ)償因地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的天體視運(yùn)動(dòng)[4],從而通過設(shè)定恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度后實(shí)現(xiàn)太陽跟蹤.望遠(yuǎn)鏡的軸系誤差會(huì)影響恒動(dòng)跟蹤精度,通過對(duì)赤道儀設(shè)計(jì)指標(biāo)的分析,我們認(rèn)為單靠恒動(dòng)跟蹤難以滿足外場(chǎng)測(cè)試的需要,需要進(jìn)行高精度導(dǎo)行.

夜天文的導(dǎo)星方法與太陽導(dǎo)行方法有本質(zhì)的區(qū)別.在夜天文的自動(dòng)導(dǎo)星算法中,目標(biāo)星點(diǎn)的提取和星點(diǎn)質(zhì)心的定位是關(guān)鍵步驟,目標(biāo)星體的識(shí)別精度和質(zhì)心坐標(biāo)的計(jì)算精度將直接影響最后的跟蹤精度[5].夜晚星空中的星體經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后在焦平面上成像形成點(diǎn)狀光斑,點(diǎn)狀光斑目標(biāo)的細(xì)分定位方法主要分為基于灰度和基于邊緣兩大類[6],星點(diǎn)中心定位技術(shù)實(shí)際上是利用數(shù)字圖像處理中的點(diǎn)狀光斑定位技術(shù)[7].與夜天文分布在較暗背景上的點(diǎn)狀光斑不同,太陽是強(qiáng)面源像,夜天文的導(dǎo)星方法無法采用.太陽導(dǎo)行的關(guān)鍵步驟是對(duì)太陽圖像移動(dòng)量進(jìn)行高精度檢測(cè),一般通過對(duì)面源像的位置定標(biāo)計(jì)算偏移.面源像的位置定標(biāo)是指如何標(biāo)定太陽像在CCD(Charge Coupled Device)上的位置,一般是確定“中心”,這個(gè)“中心”可以是太陽像的重心或者是太陽像的圓心[8].

太陽導(dǎo)行有四象限探測(cè)、線陣探測(cè)器導(dǎo)行、面陣探測(cè)器導(dǎo)行等方法[9–10].隨著大尺寸CCD相機(jī)的推廣和計(jì)算機(jī)性能的提升,全日面圖像實(shí)時(shí)處理逐漸成為提高導(dǎo)行精度的可行手段之一.在FMG的地面試觀測(cè)平臺(tái)中,首先通過全日面導(dǎo)行鏡和大尺寸CCD相機(jī)獲取可見光全日面像,其次利用算法實(shí)時(shí)計(jì)算全日面像的質(zhì)心位置,然后通過與基準(zhǔn)圖像質(zhì)心的偏移量控制望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)動(dòng),最后實(shí)現(xiàn)長時(shí)間高精度的跟蹤.圖2是導(dǎo)行系統(tǒng)控制流程圖,具體的流程為[11]:CCD相機(jī)采集首張?zhí)栂裼?jì)算質(zhì)心作為基準(zhǔn);利用導(dǎo)行鏡和高幀頻CCD相機(jī)獲取全日面像,通過GigE(Gigabit Ethernet)接口高速傳輸給上位機(jī);上位機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算圖像的太陽質(zhì)心,并與基準(zhǔn)圖像的質(zhì)心做比較,得到質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向的偏移;根據(jù)算法設(shè)定的條件進(jìn)行判定,滿足調(diào)整的條件后,通過TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)與控制器通信;控制器發(fā)送指令信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)偏移量發(fā)送脈沖信號(hào)到伺服電機(jī)進(jìn)行校正.

圖2 導(dǎo)行系統(tǒng)控制流程圖Fig.2 Control flowchart of the guiding system

3 軟硬件設(shè)計(jì)

搭建用于FMG外場(chǎng)測(cè)試的導(dǎo)行系統(tǒng),需要結(jié)合實(shí)際情況完成相關(guān)的硬件選型、安裝和調(diào)試等工作,并將算法編寫進(jìn)入控制軟件,通過軟硬件平臺(tái)結(jié)合實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行功能.

3.1 硬件設(shè)計(jì)

本文的導(dǎo)行系統(tǒng)主要依托以下硬件開展實(shí)驗(yàn):

(1)赤道儀

赤道儀采用日本西村制造所的NH-HR-02叉式單筒赤道儀,操作控制系統(tǒng)為制造商定制開發(fā)的Master of Telescope程序,通過上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)太陽指向和恒動(dòng)跟蹤.其設(shè)計(jì)指標(biāo)中指向精度為10′′(RMS)(高度?20?),帶自動(dòng)導(dǎo)向裝置的跟蹤精度為5′′/10 min(RMS)(高度?30?).

(2)全日面導(dǎo)行鏡

導(dǎo)行鏡采用Vixen望遠(yuǎn)鏡,主鏡筒口徑為100 mm,主鏡口徑為105 mm,焦距為1000 mm,焦比為F9.5.為了便于調(diào)整,導(dǎo)星鏡另外安裝了可調(diào)整距離的巴洛鏡,口徑50 mm,焦距100 mm,安裝過程中可通過手動(dòng)調(diào)焦.實(shí)際觀測(cè)中,巴洛鏡放大倍率為1.273,合成焦距為1273 mm.

(3)CCD相機(jī)

采用IMPERX公司型號(hào)為GEV-B2020 M的相機(jī),該相機(jī)體積小,重量輕,可提供2048 pixel×2048 pixel的圖像分辨率,靶面尺寸為15.15 mm×15.15 mm,標(biāo)準(zhǔn)幀率為16 fps,像素尺寸為7.4μm×7.4μm. 經(jīng)測(cè)試全日面太陽像尺寸約為1600 pixel×1600 pixel,該相機(jī)滿足實(shí)驗(yàn)要求.使用GigE接口,通過網(wǎng)線每秒能傳輸120 MB數(shù)據(jù).

3.2 算法與軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序在Visual Studio 2010平臺(tái)下使用面向?qū)ο蟮腃++語言進(jìn)行開發(fā).算法中設(shè)定了判定條件[10],只有滿足判定條件的圖像才會(huì)計(jì)算質(zhì)心.不同的質(zhì)心算法對(duì)導(dǎo)行方法的影響不大[12],本次導(dǎo)行采用平均亮度閾值法.

設(shè)全日面太陽像中有i、j兩個(gè)方向,m、n分別為i、j方向像素的數(shù)量,某一點(diǎn)像素值為f(i,j),則像素點(diǎn)(i,j)處的灰度值g(i,j)為:

滿足條件的全日面太陽像,首先通過大津法設(shè)定閾值T,然后通過(1)式將圖像二值化.設(shè)基準(zhǔn)圖像的質(zhì)心為(x0,y0),二值化后當(dāng)前圖像質(zhì)心位置(x,y)可通過如下質(zhì)心法計(jì)算:

質(zhì)心偏移量d x、d y為:

實(shí)時(shí)獲取圖像的d x、d y,再將其轉(zhuǎn)化為控制指令,就能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行.赤道儀僅可以依靠繼電器的吸合控制兩個(gè)預(yù)留接口來實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)行.前期調(diào)試中,使用的方案是通過眾為興ADT-8860控制器的輸入、輸出口控制繼電器吸合,依據(jù)偏差發(fā)送相應(yīng)脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式來調(diào)整望遠(yuǎn)鏡位置,這樣導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜,且響應(yīng)時(shí)間長.為實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)行,后換為研華PCI-1761數(shù)字式IO(Input/Output)卡,它是一個(gè)有8路繼電器輸出和8路繼電器隔離輸入的PCI(Peripheral Component Interconnect)卡,引入IO卡后簡(jiǎn)化了系統(tǒng),提高了穩(wěn)定性.

在導(dǎo)行過程中,需要與赤道儀的軸系控制系統(tǒng)相配合.與將質(zhì)心偏移量換算為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的正負(fù)脈沖量進(jìn)行軸系控制的方法不同[11,13],本次導(dǎo)行是通過偏移量改變脈沖頻率進(jìn)行控制,在電機(jī)的赤經(jīng)恒動(dòng)速度的基礎(chǔ)上,采用加減速完成調(diào)整.通過設(shè)置速度調(diào)整系數(shù)Sp Adjust,根據(jù)偏移量d x,可以將當(dāng)前速度調(diào)整為Speed X=raPerpetualSpeed+d x×SpAdjust,其中raPerpetualSpeed為赤經(jīng)恒動(dòng)速度.當(dāng)d x小于設(shè)定的閾值后,停止速度調(diào)整.通過速度調(diào)整系數(shù)SpAdjust的設(shè)定,可以實(shí)現(xiàn)在偏移閾值范圍內(nèi),不同的偏移量以不同的速度進(jìn)行調(diào)整.使用這種方法,赤經(jīng)方向的速度始終大于0(設(shè)自東向西為正方向),望遠(yuǎn)鏡能保持自東向西的運(yùn)動(dòng),從而減小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中齒隙的影響.如果使用正負(fù)脈沖量進(jìn)行調(diào)整,望遠(yuǎn)鏡在往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間會(huì)直接受到齒隙影響,加大系統(tǒng)震蕩影響控制精度.赤緯軸1 yr的變化范圍為?23?27′—+23?27′,在1 d中調(diào)整的幅度較小,此外赤緯軸沒有設(shè)置恒動(dòng),不能通過改變速度進(jìn)行調(diào)整,只能通過正負(fù)脈沖量來減少偏移.

圖3是FMG試觀測(cè)導(dǎo)行系統(tǒng)的界面,界面左側(cè)可以調(diào)整增益、底值、曝光時(shí)間等相機(jī)參數(shù),同時(shí)可以設(shè)置存盤間隔和路徑.界面右側(cè)下方是導(dǎo)行系統(tǒng)的控制界面,點(diǎn)擊Location按鈕可以保存基準(zhǔn)圖像,點(diǎn)擊Adjust啟動(dòng)導(dǎo)行功能,自動(dòng)調(diào)焦可以根據(jù)圖像進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦,十字鍵可以對(duì)軸系系統(tǒng)進(jìn)行微動(dòng)調(diào)整.用戶通過界面右側(cè)上方可以調(diào)整導(dǎo)行參數(shù):只有質(zhì)心偏移量大于矯正閾值才進(jìn)行導(dǎo)行操作,可避免微小偏移觸發(fā)操作,設(shè)定值需要經(jīng)過調(diào)試,設(shè)定過大影響導(dǎo)行精度,設(shè)定過小容易引起軸系振動(dòng).為了避免質(zhì)心大幅偏移時(shí)望遠(yuǎn)鏡誤操作,只有相鄰兩次偏移的差值小于間隔閾值才進(jìn)行導(dǎo)行操作,一般將其設(shè)定為比矯正閾值略大的數(shù)值.導(dǎo)行時(shí)間是指多久進(jìn)行一次導(dǎo)行檢測(cè)和調(diào)整,設(shè)定為合理的導(dǎo)行時(shí)間,可避免系統(tǒng)高頻振蕩.理想情況下,全日面太陽像接近于正圓,用圓心率閾值判斷圖像是否為正圓,一般將其設(shè)定為1.1–1.3.當(dāng)長短軸之比小于設(shè)定值時(shí),圖像接近于正圓(比率為1)才能進(jìn)行導(dǎo)行操作,這樣可以避免太陽像偏離出視場(chǎng)或視場(chǎng)受到遮擋時(shí)望遠(yuǎn)鏡誤操作.亮度閾值設(shè)定為觀測(cè)條件較好時(shí)圖像像素灰度平均值的30%,低于設(shè)定的亮度閾值時(shí),表示圖像質(zhì)量不佳會(huì)停止導(dǎo)行.根據(jù)試觀測(cè)的實(shí)際情況設(shè)定合理的參數(shù),可以避免誤操作提升安全性,保證導(dǎo)行系統(tǒng)的可靠性.通過界面參數(shù)的調(diào)整,使得導(dǎo)行系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)與赤道儀的軸系系統(tǒng)協(xié)同工作.證明了導(dǎo)行系統(tǒng)具備較好的可移植性,對(duì)硬件兼容性高.

4 測(cè)試與分析

在外場(chǎng)觀測(cè)期間,我們?cè)诤銊?dòng)和導(dǎo)行兩種條件下,記錄了相機(jī)采集的全日面太陽像,進(jìn)行對(duì)比并計(jì)算跟蹤精度.此外,也對(duì)比了兩種條件下FMG方案階段試觀測(cè)的太陽縱向磁圖,分析跟蹤精度對(duì)于磁圖空間分辨率的影響.

4.1 不同跟蹤條件下的跟蹤精度

在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行30 min不間斷的跟蹤,以1 s/張的頻率進(jìn)行圖像采樣,逐一計(jì)算采樣

圖像的質(zhì)心坐標(biāo)、赤經(jīng)(赤緯)的跟蹤誤差RMS即TE為:

其中,ai為采樣圖像的質(zhì)心赤經(jīng)(赤緯)坐標(biāo),μ為所有采樣圖像的平均質(zhì)心赤經(jīng)(赤緯)坐標(biāo),N為采樣圖像的數(shù)量.在采樣圖像中,全日面像的直徑約為1595像元,當(dāng)天的太陽視直徑為31′33.78′′,所以全日面像中1像元≈1.187322′′.

圖3 FMG試觀測(cè)導(dǎo)行系統(tǒng)界面Fig.3 Guiding system interface for exp erimental observations of FMG

若設(shè)xi為采樣圖像的質(zhì)心赤經(jīng)坐標(biāo),yi為采樣圖像的質(zhì)心赤緯坐標(biāo),μx和μy分別為采樣圖像平均質(zhì)心的赤經(jīng)、赤緯坐標(biāo),則總體的跟蹤誤差RMS即TTE為:

圖4為開啟恒動(dòng)30 min內(nèi)的太陽質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向以及總體的偏移情況.赤經(jīng)方向的跟蹤誤差約為8.5747′′,呈現(xiàn)一定的線性變化.赤緯方向的偏差主要集中在兩個(gè)像元以內(nèi),跟蹤誤差約為1.7538′′,總誤差達(dá)到8.7522′′.在試觀測(cè)之前我們對(duì)恒動(dòng)跟蹤精度進(jìn)行了多次評(píng)估,恒動(dòng)跟蹤總誤差約為10′′,赤經(jīng)、赤緯跟蹤精度波動(dòng)較大,不滿足FMG地面試觀測(cè)的要求.

圖5為開啟導(dǎo)行后的太陽質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向以及總體的偏移情況.赤經(jīng)、赤緯方向的跟蹤精度優(yōu)于1′′,沒有極端峰值的出現(xiàn).總誤差約為0.79201′′,表明導(dǎo)行系統(tǒng)跟蹤精度達(dá)到1′′/30 min(RMS)的設(shè)計(jì)指標(biāo),可以滿足FMG地面試觀測(cè)的需求.

通過恒動(dòng)和導(dǎo)行跟蹤的對(duì)比,單靠赤道儀的恒動(dòng)跟蹤無法滿足試觀測(cè)需求,加上導(dǎo)行跟蹤后達(dá)到了指標(biāo)要求.為了驗(yàn)證系統(tǒng)長時(shí)間工作的穩(wěn)定性,圖6為開啟導(dǎo)行210 min內(nèi)的太陽質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向以及總體的偏移情況.赤經(jīng)、赤緯方向的長時(shí)間跟蹤精度優(yōu)于1′′,總誤差略大于1′′,證明了導(dǎo)行系統(tǒng)可以為FMG試觀測(cè)提供穩(wěn)定的技術(shù)支撐.

圖4 啟動(dòng)恒動(dòng)30 min內(nèi),太陽質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向以及總體的偏移量.上圖為赤經(jīng)方向的偏移量,中圖為赤緯方向的偏移量,下圖為總體的偏移量.藍(lán)線表示實(shí)際偏移量的折線,紅線表示數(shù)據(jù)平滑后的連線.Fig.4 During the perp etual motion in 30 minutes,deviations of the solar centroid in right ascension,declination directions,and the total deviations.The top panel shows the deviations in the right ascension direction.The middle panel shows the deviations in the declination direction.The bottom panel is the total deviations.The blue line indicates actual of fset.The red line indicates smoothed of fset.

圖5 啟動(dòng)導(dǎo)行30 min內(nèi),太陽質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向以及總體的偏移量.上圖為赤經(jīng)方向的偏移量,中圖為赤緯方向的偏移量,下圖為總體的偏移量.藍(lán)線表示實(shí)際偏移量的折線,紅線表示數(shù)據(jù)平滑后的連線.Fig.5 During the guiding in 30 minutes,deviations of the solar centroid in right ascension,declination directions,and the total deviations.The top panel shows the deviations in the right ascension direction.The middle panel shows the deviations in the declination direction.The bottom panel is the total deviations.The blue line indicates actual of fset.The red line indicates smoothed of fset.

圖6 啟動(dòng)導(dǎo)行210 min內(nèi),太陽質(zhì)心在赤經(jīng)、赤緯方向以及總體的偏移量.上圖為赤經(jīng)方向的偏移量,中圖為赤緯方向的偏移量,下圖為總體的偏移量.藍(lán)線表示實(shí)際偏移量的折線,紅線表示數(shù)據(jù)平滑后的連線.Fig.6 During the guiding in 210 minutes,deviations of the solar centroid in right ascension,declination directions,and the total deviations.The top panel shows the deviations in the right ascension direction.The middle panel shows the deviations in the declination direction.The bottom panel is the total deviations.The blue line indicates actual of fset.The red line indicates smoothed of fset.

4.2 不同跟蹤條件下對(duì)磁圖的影響

FMG在常規(guī)模式下30 s生成單幅磁圖,我們以縱向磁圖為例(見圖7,為更直觀顯示結(jié)果,從全日面磁圖中提取日面中心附近局部磁圖),圖中的橫縱坐標(biāo)為視場(chǎng)角.縱向磁圖中可以看到黑白磁特征結(jié)構(gòu),通過對(duì)這些特征點(diǎn)的識(shí)別,可以判斷在不同跟蹤條件下跟蹤點(diǎn)的位移情況.圖7為開啟恒動(dòng)跟蹤30 min前后的磁圖對(duì)比,跟蹤點(diǎn)在赤經(jīng)方向偏移32′′.

圖8為開啟導(dǎo)行跟蹤30 min前后的磁圖對(duì)比,跟蹤點(diǎn)在赤經(jīng)方向偏移14.5′′.盡管全日面像的質(zhì)心位置相對(duì)不變,但局部日面位置會(huì)因太陽自轉(zhuǎn)而發(fā)生變化.經(jīng)過換算,30 min太陽赤道處因自轉(zhuǎn)引起偏移最大量為16.6′′,跟蹤點(diǎn)在赤經(jīng)方向的偏移量略小于換算結(jié)果,表明跟蹤狀態(tài)良好.在導(dǎo)行跟蹤下,磁圖的細(xì)節(jié)更豐富,在赤經(jīng)方向的偏移比恒動(dòng)條件下減少17.5′′.更少的偏移能減少在積分時(shí)間內(nèi)因?yàn)閳D像偏移導(dǎo)致的磁圖空間分辨率的降低.

圖7 開啟恒動(dòng)30 min前后磁圖的對(duì)比.左圖為剛開啟恒動(dòng)時(shí)的磁圖.右圖為開啟恒動(dòng)跟蹤30 min后的磁圖.紅色圓圈區(qū)域?yàn)樘卣鼽c(diǎn).Fig.7 The comparison of the magnetograms before and after 30 minutes of enabling the perp etual motion.The picture on the left is the magnetogram when the p erp etual motion is just turned on.The picture on the right is the magnetogram after 30 minutes of p erp etual motion.The red circle area is the feature p oint.

圖8 開啟導(dǎo)行30 min前后磁圖的對(duì)比.左圖為剛開啟導(dǎo)行時(shí)的磁圖.右圖為開啟導(dǎo)行跟蹤30 min后的磁圖.紅色圓圈區(qū)域?yàn)樘卣鼽c(diǎn).Fig.8 The comparison of the magnetograms before and after 30 minutes of enabling the guiding.The picture on the left is the magnetogram when the guiding is just turned on.The picture on the right is the magnetogram after 30 minutes of guiding.The red circle area is the feature p oint.

5 結(jié)論

通過導(dǎo)行跟蹤系統(tǒng),在赤道儀上實(shí)現(xiàn)了跟蹤精度優(yōu)于1′′/30 min(RMS)的設(shè)計(jì)目標(biāo),可滿足FMG試觀測(cè)期間高精度磁場(chǎng)觀測(cè)的要求.該系統(tǒng)對(duì)硬件兼容性高,可移植性強(qiáng).通過對(duì)比分析方案階段試觀測(cè)期間的縱向磁圖,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定的跟蹤效果,提升了太陽磁場(chǎng)觀測(cè)的空間分辨率,為FMG的地面試觀測(cè)提供了穩(wěn)定的高精度跟蹤方法,并已投入實(shí)際使用.

致謝感謝懷柔太陽觀測(cè)基地的孫英姿、王丙祥、阮文東、王立東等工作人員為搭建試觀測(cè)平臺(tái)付出的努力,感謝荀輝、楊瀟、王強(qiáng)對(duì)本研究提供的幫助和支持.