CN1328654A - 分布式智能全自动望远镜系统 - Google Patents

Abstract

一种全自动望远镜系统(10),它能充分地在经纬坐标型和极坐标型两种结构中运行。在任一结构中,望远镜(10)在简化的初始化过程之后将其自身对准天体坐标系,在初始化过程期间,望远镜镜管(12)首先指向北,然后指向使用者的水平。命令处理器(36)在应用软件程序控制下,将望远镜系统(10)相对初始方向输入给出的天体坐标系进行定向。初始的望远镜定向可通过初始输入的地理位置标记,或瞄准一个或两个附加的天体目标而加以改进。一旦望远镜相对天体坐标系的定向建立,望远镜系统(10)将自动运动至,并跟踪任何要求的天体目标,而无需使用者进一步对对准,加以干预。

Description

分布式智能全自动望远镜系统

本申请得到下列临时专利申请的优先权，这些临时专利的申请号是60/105626，提交日是1998年10月26日，名为“分布式智能全自动望远镜系统”和60/143637，提交日是1999年7月14日，名为“自定向自对准的直观自动望远镜”，它们的全部内容已通过引用明显地包含于本文中。

本申请涉及名为“可升级的望远镜系统”和名为“望远镜轴线旋转用的智能马达模块”的待审专利申请，它们由本发明的受让人所共有，其全部内容已通过交叉引用明显地包含于本文中。

本发明涉及望远镜或其它观察仪器，更特别的是，它涉及具有用于这样一些望远镜的分布式智能及控制系统的全自动望远镜系统。

本发明涉及全自动望远镜系统，它们能在程序控制下、以使用者的最小干预，实现对准和定向操作。不管望远镜系统是配置成经纬座标型望远镜或赤道仪型望远镜，它都能实现其对准和定向功能。根据本发明，系统设置有足够的处理功能及多种应用程序，因此对准和定向能按照大量不同的算法及各种使用者限定的数据类型的输入而实现。所要求的全部是，向系统提供某种位置索引，以及系统的马达被初始化至水平和垂直目标。时间可作为输入参数而包含，不管是使用者提供的，或从外围设备中自动抽出。位置索引以及水平和垂直目标可由使用者提供、在使用者指导下获得，或从各种其它外围设备中自动获取。

望远镜系统具有分布式智能，这在于，其马达控制功能由马达模块独立地发展，这些马达模块包含微控制器，并在从手持命令模块接收到的马达运动命令下，结合从连接至每根马达轴的光学编码器导出的位置反馈信息，进行操作。或替而代之，编码器可连接至望远镜的两根相互正交轴中的每根轴上，而编码器反馈信号被引至马达模块微控制器。

分布式智能的特征还在于，望远镜系统的手持命令模块可设置成两种独立的结构。第一种结构是简化的，只向智能马达模块提供方向和速度命令。这样，系统智能存在于马达模块中，而命令模块更像方向盘，或方向控制手柄似地起作用。

在第二种结构中，命令模块是全功能微处理器控制的命令组件，它能执行高层次的应用软件程序及实现数字数据的处理任务，诸如数值计算、座标系变换、数据库操纵，和各种不同外围设备的功能性性能的管理。

在望远镜系统上设置了中央接口面板，它支持智能马达模块、命令模块(任一种形式)和外围设备两者之间和之间的连接。部件部分两者之间和之间的通信是通过串行数据和控制通信通道根据以包为基础的串行通信协议进行的。还设置了RS-232端口，以使命令模块能与诸如个人计算机系统和/或属于本发明提出的其它智能望远镜系统的命令模块的辅助RS-232能力装置进行通信。

应用各种通信通道使本发明提出的望远镜系统与其它装置进行通信，以便交换存储的信息，交换建造的和存储的操作程序，获取程序和/或内部数据库的更新等。关于这一点，望远镜系统包括若干内部数据库，至少包含一个观察者可能感兴趣的已知天体目标的天体座标(RA和DEC)的数据库。此外，系统包含地理陆标的大型物体的地理座标(纬度和经度)的数据库。这些陆标可包含城市和城镇的已知座标、诸如山脉的地物图像，以及要包含地球表面上任何可确定点的座标，其位置是稳定和地理上可确定的。每一数据库使用者均可存取，从而可包含使用者特别有兴趣的附加输入。

天体三角学中任何给定问题的解决取决于能否将在一个座标系(例如经纬座标)中获得的测量值转换至第二座标(天体座标系)中。本发明涉及将包含连接成围绕两根互相正交轴线而旋转的望远镜的计算机化望远镜系统相对球形座标系进行定向的系统和方法。望远镜设置有一对马达，每一马达连接成围绕互相正交轴线中的相应一根轴线旋转望远镜。每一马达还包含位置基准指示器，它限定望远镜相对其相应轴线的弧形位置。位置基准信息取自每一位置基准指示器，并提供给控制处理器，控制处理器被编程以实现进行座标系变换所必须的计算。

在过程的第一行中，计算机化望远镜系统能根据使用者在初始化过程期间提供的日期和时间输入，定位其自己对准的恒星。具体讲，望远镜围绕其相互正交的轴线运动，直至望远镜指向第一位置基准。根据本发明的一个方面，第一位置基准是北极。

望远镜系统指向第一位置基准后，该位置基准指示器的弧形位置被控制处理器记录和存储，以便限定第一基准位置。接着，望远镜围绕第二轴线运动，以便将望远镜置于第二基准点。根据发明的特定方面，第二基准点是水平的，从而使望远镜被校平。相应位置基准指示器的弧形位置被读出和记录，用以限定第二基准点。

具体讲，位置基准指示器是地平纬度和地平经度马达组装件的位置编码器。将望远镜指向北极及校平望远镜，这些起着将地平纬度和地平经度马达组装件的位置编码器调整归零的作用。望远镜的任何后继离开其0，0位置的运动都能使望远镜系统得以直接算出其相距0，0基准点的地平纬度和地平经度的位移。

应用使用者提供的时间和日期输入，望远镜系统咨询熟知的天体目标的数据库，选择一个当时处于水平以上的特定的亮目标。输入的时间和日期信息使系统得以计算出特定亮目标是否已在赤经上充分旋转以将其带至观察者的水平以上，而由观察者输入的地理标记形成的实际纬度和经度输入给系统提供有关观察者的纬度的足够信息，从而它可计算出需要观察的目标的赤纬值。

通过命令地平纬度和地平经度马达进行适当运动，系统自动地将望远镜旋转至需要观察的目标的附近。一旦望远镜已旋转至需要恒星的附近，观察者被提示将恒星定于望远镜目镜视场的中心。一旦恒星被定于目镜视场的中心，系统计算望远镜相对夜空(天球)的位置和定向。

本发明的这些和其它特点、方面和优点在考虑下列详细说明、所附权利要求和附图时将能更充分加以了解，其中：

图1是本发明提出的望远镜系统的一个实施例的半示意透视图，它按原始的非自动化方式加以配置；

图2是图1中望远镜系统的半示意透视图，它包含连接至望远镜轴线的半智能驱动马达，并展示了替代的控制系统；

图3a是本发明提出的电接口面板的半示意局部透视图；

图3b是图3a中电接口面板的信号和总线配置的半示意方框图；

图4a是本发明提出的半智能马达组装件的半示意分解透视图；

图4b是本发明提出的半智能马达组装件的电部件的半示意方框图；

图5a是按本发明原理的实践提出的半智能双轴驱动马达的运动控制系统的实施例的半示意前视图；

图5b是图5a中半智能双轴驱动马达的运动控制系统的实施例的电子部件的半示意方框图；

图6a是按本发明原理的实践提出的智能双轴驱动马达的运动控制系统的半示意前视图；

图6b是图6a中智能双轴驱动马达的运动控制系统的实施例的电子部件的半示意方框图；

图7a是理想光电探测器的输出特征的简化波形图，它展示了直角相移输出图形；

图7b是一个简化波形图，它展示了按本发明提出的光电探测器的“通”和“断”周期；

图7c是一个简化波形图，它说明动力学调整的光电探测器输出特征，显示出理想直角相移输出图形；

图8是本发明提出的初始化过程的概念性流程图；

图9是展示示例性位置输入的数据库表；

图10a是按本发明提出的第一、“容易”、经纬座标型对准和定向过程的概念性流程图；

图10b是按本发明提出的第二、单星、经纬座标型对准和定向过程的概念性流程图；

图10c是按本发明提出的第三、双星、经纬座标型对准和定向过程的概念性流程图；

图11a是按本发明提出的第一、“容易”、极座标型对准和定向过程的概念性流程图；

图11b是按本发明提出的第二、单星、极座标型对准和定向过程的概念性流程图；

图11c是按本发明提出的第三、双星、极座标型对准和定向过程的概念性流程图；

图12是根据本发明的接口协议提出的通信包的示例性行列表；

图13是均匀照明灯箱的简化局部透视图；

图14是按本发明提出的具有一体的马达组合件的望远镜的第二实施例的透视图；

图15是赤纬(地平纬度)马达组装件的简化、分解、局部透视图，它被结合在图14的望远镜的叉臂中；

图16是赤经(地平经度)马达组装件的简化、分解、局部透视图，它被结合在图14的望远镜的底座壳体中；

图17是本发明实施例中有用的MR传感器的简化示意框图。

以下结合附图对分布式智能全自动望远镜系统提出的详细说明只是为了对本发明所展示的现有较优实施例加以说明，而不是为了提出可建造或利用本发明的唯一形式。详细说明陈述了本发明的结构和功能，以及结合所示实施例进行的本发明操作中应用的步骤次序。本领域的技术人员应明白，相同的或等效的功能可由所示实施例的各种修改方案在不偏离本发明精神和范围的情况下加以完成。

现将参考附图所示实施例对分布式智能全自动望远镜系统以及此望远镜操作用的控制系统加以说明。

图1中，望远镜系统10用于观察天体和地面目标，它根据本发明而构造。望远镜系统10相应地包括望远镜镜管12，镜管12安置着分辨远方目标所需的光学系统，光学系统含有与其相耦合，以便能进行光学系统焦平面观察的聚焦物镜和目镜14。望远镜镜管12由支架16支承，它便于望远镜镜管12围绕两根相互垂直的轴线，即称为地平经度轴线的基本为垂直的轴线以及称为地平纬度轴线的基本为水平的轴线的运动。如本领域的那些技术人员将赞赏的，支架16的水平和垂直轴线结合在一起限定了望远镜镜管12的万向架固定式支架，使望远镜镜管12能在由垂直(或地平经度)轴线限定的水平平面内枢轴转动，以及独立地通过由水平(地平纬度)轴线限定的垂直平面而枢轴转动。

此处应指出的是，所示的望远镜系统10包括构造成折射型望远镜的望远镜镜管12。然而，望远镜的光学系统的形式本身与本发明的原理实践没有特定关系。这样，即使按折射器加以叙述，本发明的望远镜系统10也能卓越地适用于反射型望远镜。所应用的特定光学系统可以是牛顿、施密特-卡塞格伦、马克苏托夫-卡塞格伦以及为望远镜应用而构造的任何其它常规的反射或折射光学系统。

在图1所示的望远镜系统实施例中，将望远镜镜管和支架的组合件按以下方式加以支承是合适的，即在实际上，垂直轴线18是基本垂直的，从而望远镜围绕着基本为水平的平面内的垂直轴线枢轴转动(或旋转)。总体以22表示的三角架通常起支承支架16的作用，以使地平经度轴线18相对望远镜系统的使用者基本与水平平面相垂直。三角架22包含三条腿24a、b、c，它们按三角形形式加以布置。每条腿可独立地加以调节以校平支架16，而与望远镜系统10使用时所放置的表面的性质无关。

图1中所示的望远镜系统的实施例是一个手动的非自动实施例，其中望远镜镜管12围绕地平经度轴线18和地平纬度轴线20的枢轴转动是通过使用者握住并手动移动轴向安装的地平经度控制旋钮26和轴向安装的地平纬度控制旋钮28而进行的。控制旋钮26和28中的每一控制旋钮均通过常规的齿轮传动系统装至相应的轴销钉上，以使望远镜镜管12围绕地平经度和地平纬度轴线18和20的微小及精确的运动可借助控制旋钮26和28的较大旋转而实现。在这一点上，图1的望远镜系统10类似于普通的手动操作望远镜系统。

除了支承望远镜围绕两根相互垂直的轴线运动外，支架16还包括电接口连接面板30，其形式将在下文更详细地加以叙述，而其结构能通过若干逻辑相容的步骤，支持望远镜系统10升级成为具有分布式智能的全自动望远镜系统的可能性，根据使用者沿升级系列获取主观上最希望的系统复杂性与功能受益处之间的比例的位置，每一步骤造成具有不同程度智能和功能度的全功能望远镜系统。

现转向图2，此处描述了图1中望远镜系统10的半示意透视图，该望远镜系统10包含半智能马达装置，用于围绕地平经度轴线18和地平纬度轴线20枢轴转动地移动望远镜。半智能马达装置适当地包括半智能、配套的地平经度轴线驱动马达组装件32和半智能、配套的地平纬度轴线驱动马达组装件34。每一驱动马达组装件32和34是配套的马达套装部件，包括直流电刷型马达、宿主在印刷电路板上的相关的电子套装部件、减速齿轮组装件以及光学编码器组装件，它们按题目为“望远镜轴线旋转用的智能马达模块”的待审专利申请提出的形式一起布置在壳体内，该待审专利申请与此一道在本月的一天加以存挡，并由本发明的受让人共有，其全部披露内容通过引用明确地包含于本文中。半智能马达组合件32和34中的每一组合件均固定至望远镜支架16上，并分别连接至地平经度和地平纬度轴线18和20，从而能在马达组装件启动时围绕相应轴线枢轴转动地运动望远镜镜管12。每一马达组装件32和34按下文将较详细叙述的方式插入至电接口连接面板30中的各自相应的塞孔中，电接口连接面板30起马达组装件的信号接口的作用，以及向该处提供电源和接地。电接口连接面板30使马达控制信号得以引向每一马达组装件32和34，马达控制信号向电子套装组件提供速度和方向信息，电子套装组件又向包括组装件的相应直流马达提供适当的启动信号。电接口连接面板30还允许在每一相应马达组装件32和34与手持系统控制组件36之间进行信号传递。

操作中，使用者将手持系统控制组件36插入电接口连接面板30的适当塞孔中，接着将马达组装件32和34插入至它们各自的塞孔中，从而完成每一马达组装件与系统控制组件36之间的信号路径。运动命令由使用者通过选取设置在系统控制组件36上的适当功能而向系统提供。对应所要求运动的信号由控制组件36通过电接口连接面板30引向适当的马达组装料。例如，假如使用者希望沿逆时针方向转动望远镜，他可将命令输入控制组件36，命令望远镜系统“向左”运动。作为响应，地平经度轴线马达组装件32接受命令启动其一体的马达沿特定方向转动，从而引起望远镜支架围绕地平经度轴线18按逆时针形式进行枢轴转动。同样，当使用者希望沿向上方向抬高望远镜镜管12，使用者可将适当的“向上”命令输入控制组件36中，从而启动地平纬度轴线马达组装件34，它转而引起望远镜围绕地平纬度轴线20向上枢轴转动。

现简要地转向图3a和3b，图中展示了电接口连接面板30的机械和电气结构。由图3a可看到，接口连接面板30适当地包括四个RJ11型接头塞孔，其中三个塞孔38、40和42包括4针RJ11接头，一个塞孔44包括一个8针RJ11接头。除RJ11连接外，电接口连接面板还包含一个“微针”型的12伏电源塞孔46和一个可视的“电源存在”指示器，它包括一个LED48，LED48被安装成通过位于面板中电源针46附近的凹入孔进行照明。

图3b展示4针RJ11接头、8针RJ11接头以及12伏电源针46之间和互相间的电连接。外电源通过适当的12伏电源48输送至包括电接口面板30的各种接头，12伏电源48可包括专用12伏电池组，或替而代之，包括一个转接器，它制造成例如通过附属电源插头或卷烟状手电筒与12伏汽车电池相连。外电源48插入至12伏电源针46中，它从针的中心端子获取12伏电位，并将其分配给8针RJ11接头44的1号针以及每一4针RJ11接头38、40和42中的4号针。此12伏电位按常规方式接触套在中心端子周围的套管，以回路或接地电位作为基准，然后基准电位引至8针RJ11接头44的8号针以及4针RJ11接头38、40和42的1号针。此外，12伏电源跨越串联结构的电阻器50和LED二极管48的组合而降压，以使当电源接通时，LED48发射。这样，使用者可检查放置在电接口连接面板的凹入孔48中的LED，确定系统是否接通电源。

除电源和地线外，每一4针RJ11接头38、40和42还包括双线串行信号线路，其中每一接头的3号针表示称为“CLK”的串行信号，而每一接头的2号针表示称为“DATA”的串行信号。第一个4针RJ11接头38布置成支持各种辅助设备的接头，其每条串行信号线表示成“AUX”。相应包括针3和2的CLK和DATA信号分别表示成AUX CLK和AUX DATA。同样，下一个4针RJ11接头40布置成向地平纬度马达组装件34(或赤纬马达组装件)提供串行的CLK和DATA信号，而其CLK和DATA信号线则分别表示成ALT CLK(Dec CLK)和ALT DATA(DecDATA)。4针RJ11接头42布置成向地平经度马达组装件32(或赤经马达组装件)提供串行的CLK和DATA信号，而其CLK和DATA信号分别称为AZ CLK(RA CLK)和AZ DATA(RA DATA)。

每一相应4针RJ11接头的每一组相应的CLK和DATA信号电连接至8针RJ11接头44的相应的CLK和DTATA信号针。这样，接头42的AZ CLK和AZ DATA信号针分别连接至8针RJ11接头的针6和7。ALT CLK和ALT DATA分别连接至接头44的针4和5，而AUX CLK和AUX DATA则分别连接至接头44的针2和3。这些信号中的每一信号源合适地构成手持控制组件36，它沿着软的8根导线的电缆提供这样的信号，8导线电缆以8针RJ11阳接头为端头，它适用于与放置在电接口连接面板30上的8针接头44相连。

这样，将看到，电接口连接面板30提供了外电源与控制组件、若干单独设置的马达组装件与各种任选的辅助电子设备部件之间和互相间的电源和控制信号电路由选定方法，辅助电子设备包括诸如电子聚焦器、电子校平装置、全球定位系统接收器等，只要辅助电子设备布置成沿支持时钟和数据信号的2导线信号总线进行通讯。

接口面板30可看成是实质性的分布轴线，它能通过2导线串行总线连接在自动望远镜系统的各部件之间及互相间进行连接。每一2导线串行总线在一根电线上传递包式命令及数据信号，在另一根电线上传递时钟信号。每一条串行总线连接于诸如系统控制组件(图2的36)的智能或半智能信号源与或轴驱动马达组装件或辅助装置之间。系统不同部件之间和互相间的2导线串行电缆是本发明的一个重要特点，因为它使部件能应用小、薄、软的电缆加以连接，此小、薄、软的电缆适于应用包协议进行串行通讯。命令和数据从装置至装置在“辊缝尺寸”包中通过，这些“辊缝尺寸”包仅仅向接收装置通知该装置将执行的命令。大、厚、字节宽度的电缆，通常包括大量导线，适于地址和数据两条总线的要求，在按本发明提出的智能望远镜系统中将不再要求。每一新型部件的尺寸加以适当规定，并具备适当程度的智能，以便能快速、简便地与软的串行接口电缆连接在一起，以实现系统整体的好处。

值得提出的是，小、薄、软的串行互联电缆的应用大大减少作用在系统上的惯性阻力，而这在应用常规的多导线电缆时一般是存在的。此外，小、薄、软的电缆的应用大大减少常规马达和电缆系统作用在望远镜支架上的弹簧应力。

与本发明原理的实践有关的是为包括图2中的或地平经度或地平纬度轴线马达组装件32和34的马达组装件装备的智能程度。现参看图4a和4b，任一马达组装件的智能实现于宿主在印刷电路板上的电子线路50中，印刷电路板至少与马达52及光学编码器子系统54一起设置在马达组装件壳体内。电子线路50通过串行接口总线与外部世界联系，该总线通过4针接头56与线路连接。接头56适合于或通过地平纬度马达RJ11接头40，或通过地平经度马达RJ11接头42以电缆连接至控制源，其中RJ11接头40或RJ11接头42已结合图3a和3b的接口面板30加以叙述。电源和接地分别从接头56的针1和4获取，并按规定路线发送至电力供应分配线路58，其中电池功率在被分配至构成线路包50的有功部分之前被过滤，并调节至线路要求的正常电压电平。此外，原始的电池电压被过滤，并提供给马达驱动器线路51以及相应的马达52。这样，电力分配线路58既能提供适用于电子线路的受调节的低电压，又能提供适于马达应用的过滤后的高电压。但理解的是，虽然12伏较受欢迎作为电池供电电压，不过电池不必受限于此。只要马达及其相关联的驱动器线路能在较高的电压电平下运行，则能应用如16-18伏高的电压。

串行接口的CLK和DATA线路被连接至微处理器60的相应的输入，该微处理器60在功能上能在固件程序控制下控制其相关联马达52的运行。微处理器60最好完成成8位的微处理器或控制器，例如由微芯片技术公司(Microchip Technology，Inc。)生产和销售的PIC16C54、微处理器，并通过按照由光学编码器组装件54提供的反馈信号所计算的特定马达运动命令，起着既控制其相关联马达52的运动方向，又控制其相关联马达52的运动速度的作用。

虽然PIC16C54按微处理器加以叙述，但在技术上，它是一个8位、全静态、基于EPROM/ROM的CMOS微控制器，应用具有33个单词/单周期指令的RISC结构。PIC16C54使用哈佛(Harvard)结构，其中程序指令和数据在单独的总线上存取，从而带宽较传统的冯诺埃曼(von Neumann)结构有改进，在冯诺埃曼结构中，程序指令和数据在同一总线上提取。PIC16C54包括一个512×12指令EPROM/ROM存贮器，用于宿主操作程序指令系统以及25字节的通用目的SRAM寄存器文件存贮器。将程序和数据存贮器分开使指令的大小得以不同于8位宽的数据字节。指令操作码是12位宽的，这使其所具的所有指令均为单词型指令。

通常，PIC16C54包括三个I/O端口；一个名为端口A，并标记为针A0至A3的4位I/O寄存器；一个名为端口B，并标记为针BO至B7的8位I/O寄存器；以及一个名为端口C，标记为针C0至C7的8位I/O通用目的寄存器。所有端口均可用于输入和输出两种操作。每一I/O针是三状态的，并能个体地或作为输入或作为输出而加以编程。

如图4b所示的，串行CLK和DATA输入分别被引向微控制器的A端口的位-0(A0)和位-1(A1)针。接着，微控制器60的位-2(A2)和位-3(A3)针限定马达运动控制输入，并被引向马达驱动器线路51，由此被引向线路的相关联马达52，以便限定马达运动及其方向的范围。如在下文将更详细描述的，微控制器60的B端口的I/O针B0—B7被编程以接收光学编码器组装件54提供的反馈信号，它们根据应用固件程序加以处理，以便限定编码器，因而也即马达的位置。时钟输入和输出针(分别为0S C1和OS C2)被连接至晶体振荡器61，它在4倍的指令周期率，或20MHz下运行，并限定微控制器60的定时基准信号。

命令根据包通信协议，以串行形式提供给微控制器60的数据输入A1，其中每一命令包括信息的一个或多个字节，且每一信息字节逐渐由提供给微处理器的CLK针A0的时钟信号依次计时进入微处理器60中。如那些熟悉PIC16C54I/O的人士将理解的，数据传输是双向的，而时钟信号则通常由诸如不久将说明的控制组件的总线主装置发射。

被微处理器60接收和加工的典型命令包括马达运动命令，更精确些则称为“步进率”命令，根据它们微控制器被指令以什么样的速度、在那一方向以及至什么程度以运动其相关联的马达。由于每一马达受反馈控制，对应实际马达运动的反馈信息被贮存在位于微控制器60内部的“错误计数”寄存器中，那里它可加以应用，并可读出至后续处理器以进行评定。其余可被微控制器60处理的命令包括用于向寄存器等错误计数数据和读微控制器状态信息的命令，包括自最后状态的读操作之后的马达PWM计数和马达位置的改变。

由所展示实施例的特定微控制器60支持的其它命令包括涉及各种功率节省特性，通常完成于现代集成线路中的命令。特别是“睡眠”命令，此命令将微控制器置于“睡眠”模式，它在接口时钟信号接着向低驱动时终止。当处于“睡眠”模式时，如能够的话，监视计时器将被清除，装置的振荡器驱动器将被断开。I/O端口保持于执行“睡眠”指令前它们所在的状态，即向高驱动、向低驱动、或高阻抗(三种状态)。

收到马达运动(或步进率)的命令，它表示电子线路50命令马达运动，微控制器60中的操作固件立即使适当的PWM信号在适当的脉冲率和工作循环下，提供给其相应的马达驱动器线路，因而提供给马达52。以达52响应其运动命令而运动；其范围、方向和速度由光学编码器系统54加以计算，此光学编码器系统54以闭回路形式提供马达定位的反馈信息。

应用于自动望远镜控制方面的常规或经典的闭回路控制系统中，可在马达轴与望远镜的焦平面之间的任何位置放置一个或多个位置反馈传感器。一旦位置反馈传感器被标定成，其输出能转换成表现天体位置，则传感器将通过此定标自动校正来自马达轴直至位置反馈传感器方面的任何系统性错误。

在本发明的特定实施例中，光学编码器组装件54包括盘55(由图4a可最清楚地看到)，围绕其周边设置了透明和不透明的窄缝交错的图形，当旋转通过光源和光电探测器的路程时，它能产生一系列脉冲。光学编码器盘按题目为“望远镜轴线旋转用的智能马达模块”的待审专利申请中描述的方式连接至驱动马达52的轴，该待审专利申请由本发明的受让人共有，其全部披露内容通过引用明确地包含于本文中。由于马达52借助齿轮装置(轮齿和螺杆)连接至其相应的望远镜轴线，因而不必要如应用皮带或摩擦传动离合器情况那样考虑驱动链的打滑。因此，光学编码器盘能直接连接至马达轴，并以足够的精度提供位置信息，以使精确地探测和跟踪天体目标成为可能。

光学编码器轮55相对马达线路的线路板设置成，其交错齿(或窄缝)旋转通过由LED二极管62和一对双极光电探测器晶体管63和64发展的光源路径。在本发明的所示实施例中应用一对光电探测器晶体管是为了分辨直角相移中的增量式马达轴角向位移。这样将看到，按本发明的编码器系统是一个增量式编码器系统，它与其中光学编码器盘的图形或由二进制码或由葛莱(Gray)码限定的绝对编码器系统相反。

对每一已分辨的马达轴的增量角步进而言，脉冲由微控制器60加以计数，而代表望远镜围绕轴线的全运动的总编码器计数值则根据给予相应马达的运动范围命令加以计算。因此，能看到，如果一个特定的马达接受命令在正的(向上)方向将望远镜旋转通过51秒弧度，微控制器60能评定光学编码器系统54以不多不少地确定马达确实精确地运动了这个量。如果，测量的马达运动与命令的马达运动不一致，微控制器60能计算随后的马达命令的方向和范围，用以将马达(从而望远镜)运动至其要求的位置。

现在将结合图7a、7b和7c中的波形图说明编码器系统54的运行。此外，对本领域的技术人员将显然，光学编码器轮55周边设置的齿之间的间隔距离映射成分隔光电探测器晶体管63和64的线性移动距离，以致当光学编码器轮在光电探测器之前旋转时，每一相应的光电探测器将限定周期性输出信号，它代表由LED二极管62发射的光源的亮度的增加和减少。应进而指出的是，周期信号是90°不同相的，从而确定直角相移中的信号。

最理想的信号特征表示成图7a中的波形图，虽然在现实世界中不能实现。从每一光电探测器发出的输出信号被表示成具有50％工作周期的矩形波，其中由2号光电探测器发出的输出信号比1号光电探测器发出的输出信号滞后90°。将两种输出信号结合在一起进行计算，显然，存在4种独立的信号组合值，且这4种组合以周期形式按时间进行重复。这4种信号值的可能组合是：通—断、通—通、断—通和断—断。因为信号组合以特殊的预定图形出现，编码器轮55，因而也就是马达的运动方向能通过计算图形的发展而加以确定。例如，对于给定的通—断初始相态，如果图形过渡至通—通相态，则马达沿向前方向运动。如果通—断相态过渡至断—断相态，则马达沿相反的(大概)向后方向运动。此外，每一相态过渡在此定义什么被称谓一个“滴答声”，以及定义将编码器轮55从第一齿旋转至下一齿(1个周期)所需的1/4角向旋转。

“开”和“断”的定义以光电探测器输出信号在两个预置阈值电压之间的通过为基础。如在图7b所示，每一光电探测器的输出信号限定一个周期性波形，它按下文将更详细加以说明的方式进行调节以便在特定的电压包络线内振荡。根据本发明的实践，每一光电探测器当其电压偏离达到和超过2.0伏的阈值电平时被定义成处于“通”态。每一光电探测器在其信号电平下降至约0.8伏值之前仍处于“通”态，由此，光电探测器输出被认为从“通”转换至“断”态。光电探测器在其电压值重又达到2.0伏的阈值电平之前仍处于“断”态，由此，它转换至“通”态。因此可看到，由相应光电探测器发出的每一信号限定交错的“通”周期和“断”周期，以便限定直角相差的图形。

在图7c中，从图7b的两个光电探测器发出的周期信号已被叠加，以便限定直角相差的图形：通—断、通—通、断—通和断—断。

请回复至图4b，光电探测器晶体管63和64最好按MPN晶体管加以完成，其中它们的收集极端子共同连接至Vcc，而它们相应的发射极端子连接至微控制器60的I/0针B0至B1。这样，微控制器就能对每一直角相差滴答声进行计数，计算出直角相差图形，以便通过计算每一光电探测器的输出值，既确定马达的速度，又确定马达的方向。至于马达运动命令，微控制器60成形成向马达驱动器51提供PWM信号，马达驱动器51转而又向其相关联的马达52输送适当的马达旋转信号。微控制器60在每秒150次脉冲的重复率下输出PWM信号(脉冲)，并通过改变每一脉冲的工作循环以确定马达的实际速度。例如，为在其最大速度下运行马达，每一脉冲的工作循环将设置成约99％，即基本上总是通，而重复率设置于最大的每秒150次脉冲的重复率。相反，如果微控制器60受令在恒星速率下运行马达52，微控制器60将在基本为更低的重复率下向马达驱动器51发出具有约2％工作循环的PWM脉冲。在这一方面应指出的是，当在恒星速率下运行时，PWM脉冲率应等于或超过约每秒45次脉冲，以便最终的望远镜运动在人眼看来不会有明显的跳动。已确立，在重复率超过每秒45次重复下的逐步运动在人眼看来是平稳和连续的。这样，PWM脉冲率应附合或超过此每秒45次脉冲的重复率，马达机械齿轮系统则作相应的调节。给定最大PWM脉冲率为每秒150次脉冲，应看到，此最大脉冲重复率限定约6毫秒的相似脉冲过渡边缘之间的最小时间窗口。为确定马达速度，微控制器60对它从光学编码器系统在6毫秒定时窗口内接收到的“滴答声”进行计数。微控制器计算在窗口中接收到的滴答声数，并与预期的滴答声数加以对比，如果接收到的滴答声数大于或小于预期的滴答声数，于是在内部寄存器中确定一个错误计数。然后微控制器根据错误计数的大小和符号调节马达脉冲工作循环以便减慢或加速马达。所得的滴答声数再与标称确立的值进行比较，并将超过的滴答声数加入至错误计数寄存器，而将欠缺的从其中减去。过程一直持续至错误寄存器基本减少至零，这意味着现在马达正在其预期速率下运行。除计算马达速度外，微控制器60还将整个马达运动操作期间它命令马达进行运动的“滴答声”数贮存在一个单独的内部寄存器中。这样，从马达运动命令的开始至结束，微控制器保持了马达曾运动通过的总滴答声数的记录。此内部寄存器可用于被一个单独的控制组件按下文将进一步说明的方法进行周期性询问，此单独的控制组件能将滴答声计数转换成望远镜围绕轴线的角向位移，因而也就是望远镜系统的位置向量。

除了命令马达运动和计算光学编码器反馈信号外，微控制器60可将最后受令的马达运动保持于限定在RAM存贮器内的数据场中。此最后受令的马达运动(与次前的马达运动命令相差的增量)保持于RAM中，也可用于由系统控制器通过向微控制器60提供适当的存贮器存取命令进行存取。这样，可看到，包括本发明的电子线路包50的马达控制电子线路构成获取、贮存和调用其相应马达，也即望远镜相对对应轴线的马达位置信息的装置。

包括电子线路包50的马达控制线路的附加特点是其能智能地计算马达运动命令与从光学编码器系统54读出的实际马达运动之间的对应。具体讲，微控制器60包含了这样的固件，它根据从光学编码器系统54接收到的滴答声，计算马达的PWM脉冲，以便确定了马达确实正在运动。PWM阈值设置在固体内，以使，如果PWM阈值已达到，但微控制器没有从光学编码器系统接收到任何相应的运动滴答声，则马达被认为“锁定”或“烧光”，微控制器停止发布任何进一步的运动命令，直至复位。这样将可看到，包括电子线路包50的线路包含了得以智能化计算马达PWM命令与编码器运动响应度量的关系曲线的装置，以便确定可能的马达锁定或烧光。

完成于示例性电子线路包50中的一个附加特点是能自适应地调节光学编码器LED二极管62的亮度，以便提供微控制器60接收到的光电探测器信号的最佳正方性和振幅特征。特别是，LED亮度通过将五个并联电阻器中的一个或多个电阻器转接至Vcc与微控制器输入之间的LED电流路径中加以自适应地调节。5个电阻器65a至65f在一端共同并联至LED二极管62。每一电阻器65a-65f的另一端连接至构成微控制器60的B端口的相应I/O针(B2至B7)。一个或多个电阻器通过将它们的I/O针选成是有功的而有选择地包含至LED线路中。

当计算所得的特定光电探测器输出信号是约50％时间为“通”，约50％时间为“断”时，则此LED亮度被认为是最佳的。此条件可在每一光电探测器信号的振幅在以下情况时获得，即它至少超过2.0伏的阈值，但又不是强得足以使它在0.8伏的“断”阀值范围内“漏气”。换言之，如果信号振幅太低，光电探测器不能“接通”。相反，如果信号振幅太高，即信号饱和，则光电探测器不能“切断”。

LED亮度可借助固件程序加以优化，此固件程序在望远镜系统起动时的初始化过程期间加以调用。具体讲，如图8的流程框图所示，首先，微控制器60使其相关联的马达加速旋转，并在预定速度下，沿预定方向运动预定的时间间隔。在此间隔期间，微控制器60计算单独一个光电探测器的输出，并确定光电探测器输出信号的有效工作循环。

如果所觉察到信号的工作循环是如此的，即光电探测器的“通”的时间周期长于其“断”的时间间隔，微控制器断定LED的亮度大于要求的标称值。相反，如果有效信号工作循环是这样的，即光电探测器的“断”的时间间隔长于其“通”的时间间隔，则微控制器断定LED的亮度低于其要求的标称值。据此，电阻器65a至65f有选择地启动进入LED线路。在电阻器每次重新布置后，微控制器再次计算光电探测器信号的有效工作循环，直至有效工作循环达到要求的50％的点。一旦获得要求的LED亮度特征，微控制器60对应B2至B7的输入审查寄存器的态。对于每一针的寄存器态根据该针的I/O是否是激活的、待用的或三态的，将具有特定的值。限定为返回必要的探测器输出特征所要求的针激活配置的寄存器态作为初始化的I/O配置值传向外部系统控制器，在那里它被存储在非易失存储器中以便将来访问。或者，为返回必要的探测器输出特征所要求的微控制器I/O配置可作为I/O配置值保存在微控制器的REM存储器中，当被外部系统控制器询问时，它可从此处加以检索。不管是如何保存的，以及它最终保存在那里，I/O配置值可用于在望远镜系统每次初始化时传向马达的微控制器。I/O配置值只需获得一次，当望远镜系统首次准备以供使用时。但是，I/O配置可在使用者的启动时重新获取和/或重新计算以便计及LED输出强度在长时间间隔中的逐渐下降。这将对这些观察者是有用的，即他们在几乎是连续的基础上应用他们的望远镜系统，以及他们要求自动马达控制性能有最大的精度。

这样将看到，微控制器60结合电阻器65a至65f、LED二极管62以及光电探测器晶体管63和64构成自适应调节LED亮度特征的装置，以便获得最佳的光电探测器输出信号的正方形和振幅特征。最佳输出信号特征是本发明的重要特征，因为它能使所作的马达速度和方向的计算显著地比普通系统具有更高的精度和细度。

适于结合半智能型马达组装件一起应用的手持控制组件的一个具体实施例示于图5a和5b中。图5a是半智能型驱动马达的运动控制组件70的外侧部分的前视图，它展示了望远镜系统的使用者可应用的各种功能键，以便命令望远镜运动通过各种演变。运动控制组件70包括封闭在功能性壳体内的手持、自持计算机控制组件。运动控制组件如双轴线马达驱动校正器似地加以操作，它能使望远镜轴线马达进行从长曝光天体摄影术所必须的在恒星速率下的十分小的跟踪校正至新目标探测所要求的十分快速的旋转运动的运动。运动控制组件支援马达运动命令，用以将望远镜微旋转至，和将望远镜精确定中心在所选的天体目标上。此外，运动控制组件70能指令某些特定的运动函数，诸如为望远镜马达选择各种驱动速率，调节任选电子聚焦器等。

方向键标有指示运动方向(上、下、左和右)的方向箭头，它们能使望远镜系统沿特定方向在若干允许的可设置速度中的任何一种速度下运动或微旋转。速度键72借助按下此键，同时按下方向键中的一个键，用于改变望远镜系统运动的速度。如前所述，能向按本发明提出的半智能马达组装件给出指令的允许速度的数只受限于构成速度和方向命令的速度位的数。在说明的特定实施例中，能向半智能马达组装件给出指令的可设置速度数人为地受限于4。在这个时候，指出以下是重要的，即这些可设置速度被称为，观察者中断在充分了解的恒星速率下进行的标称望远镜跟踪运动时，由观察者给出指令的望远镜运动。

在所示实施例中实现的四种所选速度从望远镜运动的最高速度变化至略超过恒星速率的速度。最高速度对应从每秒约4°至约9°的望远镜偏转。最高速度对于将望远镜旋转至观察者希望瞄准的新目标附近特别有用。第二速度对应约每秒0.75°的望远镜速度，它可用于将所选目标定位于宽视场目镜的中心。第三速度对应的恒星速率的32倍(约每秒8′弧度)，可用于将所选目标定位于高倍目镜的中心。最慢的可设置速度约为恒星速率的4倍(约每秒30′的弧度)，通常用于在天体摄影术期间对望远镜系统进行精确的定中心，和对其进行引导。

每一单独的可选择速度与相应的速度指示器LED相关联，当该特定速度被选中时，此速度指示器LED照亮。例如，第一LED74在被选中速度为最高时照亮，第二LED76在被选中速度为每秒0.75°的速率时照亮，第三LED78在被选中速度为32倍的恒星速率时照亮，而第四LED80在被选中速度为4倍的恒星速率时照亮。这样，当前选中的速度由速度键72附近的速度指示器LED加以指示，按压速度键72使被选速度增加至下一个速度，并照亮相应的速度指示器LDE。

焦点调整键82和84用于使运动控制组件70能调整任选电子聚焦器的操作，它可与望远镜取景器的调焦圈相连接。出现于取景器中的图像可通过按下“入”82或“出”84的焦点键而加以聚焦，因为按下“入”82或“出”84的焦点键引起“方向和运动”命令按下文将较详细加以说明的方式通过辅助总线系统发给辅助调焦装置。

“模式”键86可用于限定某一特定的功能操作，诸如跟踪速率改变、方向反射、支架结构识别等。对每一能由系统加以限定的模式功能，LED组指示在任一给定时间那一个被选模式功能正在运行。例如，当功率首先被施加于马达控制组件时，全部4个LED快速闪烁，表示组件已准备好进行操作。按下壳体上的任一键，使第一LED74变成稳定，而其余LED断开。

为选择支架结构(经纬座标型或赤道仪型)，使用者按住模式键86直至第一和第二LED74和76均稳定地点亮，而第三和第四LED78和80则回复至闪烁。这操作置马达控制组件于经纬座标型模式。为设置系统进入赤道仪模式，对南半球操作按压速度键72一次，对北半球操作则两次。第三次按压速度键则将系统回复至经纬座标型模式。继支架结构模式选择之后，使用者按压模式键86，直至只有第一LED点亮。于是组件退出模式功能，并启动方向键。如果赤道仪模式被选中，则现在驱动马达被设置成在恒星速率下跟踪目标。

望远镜系统的跟踪速率也可借助通过模式键86访问跟踪速度模式功能，以从缺席的恒星速率起的0.5％增量而加以改变。为进行这一操作，使用者按压模式键直至模式功能在LED组上表明激活(LED74和76“通”稳定，而LED78和80指示最后选中的跟踪模式)。按压“入”键82引起跟踪速率增加0.5％，并引起第4LED84稳定点亮。按压“出”键84引起跟踪速率减少0.5％。第三LED 78稳定点亮以指示此情况。为退出跟踪速度改变模式，再按压模式键86，它使望远镜回复至正常操作。

半智能驱动马达的运动控制组件70的内部结构示于图4b的示意框图中。如看到的，运动控制组件70的操作焦点是基于EPROM/ROM的8位微控制器88，并以由微芯片技术公司(Microchip Technology，Inc.)生产和销售的PIC16C54作为实例。上文结合图4a描述的功能键向微控制器88提供输入，作为响应，微控制器88发出控制输出信号，这些输出信号被引向具有针结构的8针输出管座90，它对应电接口连接面板的8针RJ11接头(图3b的44)，运动控制组件70计划与其相连。根据输入微控制器88的各种方向、速度、焦点和模式命令，微控制器为地平纬度马达(ALT CLK和ALT DATA)、地平经度马达(AZCLK和AZDATA)、以及辅助总线用的控制信号对(AUX CLK和AUX DATA)发展和输出控制信号。运动、速度、焦点和模式命令被微控制器88所接收，适当的输出控制信号从而根据软件或固件程序加以发展，软件或固件程序被微控制器88所宿主，并通常存贮在诸如可编程ROM存储器的内部存储器空间中。

除方向、速度、焦点和模式命令外，微控制器88适用于在北和南半球操作之间以及在赤道仪/经纬座标型跟踪模式之间进行区别。设置了一对跨接线，应用第一跨接线92，通过其存在和消失相应地区分北和南半球操作。南半球操作通过在第一跨接线位置92存在一根跨接线而加以限定，该跨接线完成电短接，并在RTCC和B6输入上均维持I/O激活态。对于北半球操作，跨接线从第一跨接线位置92上消失，将RTCC输入置于I/O待用态。

同样，赤道仪和经纬座标型操作模式通过在第二跨接线位置94上存在或消失一根跨接线分别加以区别。经纬座标型模式通过短接跨接线位置，从而在RTCC和RBC输入上维持I/O激活态而限定。赤道仪模式由RTCC上的I/O待用态指示，同时B7输入仍保留激活。

关于控制组件的微控制器88与半智能马达组装件的微控制器60之间的通信，命令以串行形式根据包通信协议向半智能马达组装件提供，其中每一命令包包括一个或多个字节的信息，每一信息字节依次地通过串行时钟信号一点一点地计时录入接收微控制器。根据本发明原理的实践，每一半智能马达组装件借助双线串行接口连接通过控制组件的管座90直接连至控制组件的微控制器88，由此也即连接至微控制器88的适当的I/O针。这样，在控制组件与马达组装件之间通信的信息之前不必加上标题信息。但是，由于辅助串行接口能宿主多样辅助装置，在控制组件的微控制器88与特定辅助装置之间通信的信息之前必须加上地址标题以便识别信息的预定接收者。

对于马达运动命令，这些命令通过相应的双线串行接口直接发布给马达组装件的微控制器。马达运动命令，更确切地称为步进速率命令，在十六进制中，按(00h)加以识别，并包括3字节的信息。步进速率定义成步进数或约每6毫秒发现的“滴答声”数。格式是二进制数的补码，并以第一个数代表整个步进或“滴答声”，而下两个字节代表其分数部分。每一步进速率命令包含符号(+/-)，它确定马达运动的方向。

十六进制以(01h)表示的经二步进速率命令的格式化基本等同于(00h)命令，但用于大于2倍恒星速率的步进速率。在控制组件微控制器与马达组装件微控制器之间的附加信息通信包括“改变错误计数”命令(02h)，它发布马达微控制器错误计数寄存器的一次改变的命令。“设置LED位置”(03h)命令发出I/O配置字节，它已被储存以备该特定马达组装件之用，以便对其光电探测器性能进行最优化。“查找LED位置”(04h)命令在需要马达组装件查出最佳LED电流，以便优化光电探测器性能时向马达组装件发送。“取得LED位置”(09h)命令指令马达组装件写下对应最佳光电探测器性能的I/O配置字节。

诸如“在正方向接通马达”(06h)和“在负方向接通马达”(07h)的附加命令也由控制组件向马达组装件的微控制器提供。“状态”(08h)命令从马达组装件的微控制器读出，“状态”命令的长度通常是3个字节，还包含附加的标记位。信息的前2个字节包括自最后状态被读出后在马达位置中被确定的变化。下一个字节包括PWM脉冲计数，它用于确定马达是否处于失速条件。最终位即标记位，一个非法编码器标记，它表明在当今马达位置变化期间，编码器“滴答声”被丢失。此位通常在数据读出后被复位，作为被确定的马达位置信息。

那些熟悉PIC16C5X串联微控制器的内部结构和操作编程的人士将能在日常工作中发展附加应用和命令组，它们适合于，例如，控制LED操作、发展数字钟或控制键盘。在本发明原理的实践中全部所要求的是，控制组件微控制器能与一件或多件马达组装件进行通信，从而至少发布马达速度和方向改变的命令，马达组装件执行它们时不需进一步干预控制组件的部件。智能的这一分布使马达组装件和控制组件均得以采用较简单的部件加以完成，其中每一相应的装置担负特定的功能组；控制组件将键盘输入转换成马达运动命令，马达组装件接收马达运动命令，并使望远镜围绕其轴线产生要求数量的运动。命令和状态信息在控制组件与马达组装件之间借助双线串行接口根据包通信协议进行通信。控制组件能借助计算马达组装件返回的状态信息以确定其命令已被适当地执行。根据马达运动命令进行的望远镜的适当运动通过对光学编码器系统发展的反馈信号进行的计算加以确保，光学编码器系统在机械上与马达相连接，而在电子学上由马达组装件的微控制器组件加以计算。

这样，根据本发明，手持控制组件和马达组装件在一起适当地提供了分布式马达控制智能的装置，并将智能分成第一和第二部分，第一部分响应使用者的输入，并将此输入转换成适当的命令信号，第二部分响应命令信号，并将命令信号转换成适于马达驱动器线路应用，以实现马达运动的信号。系统的分布式智能的两个部分通过双线串行接口连接在一起，此双线串行接口得以使数据和命令信号能在两部分之间通过薄的软电缆进行双向通信。

适用于根据本发明提出的望远镜系统的智能控制的手持控制组件的附加实施例展示于图6a和6b中。图6a叙述了出现在系统使用者之前的智能望远镜系统控制器的外观，而图6b以半示意性框图形式展示了电子系统部件的结构，这些部件向控制器100提供了功能性。

图6a是智能望远镜系统控制器100的外观部分的前视图，它展示了望远镜系统的使用者所使用的各种功能键，以便命令望远镜通过各种估值而运动。智能控制器100包括手持外壳，它起着全范围控制组件的作用，能智能地限定和指令天文观察要求的马达运动，以及以相似于微计算机的方式完成各种预先和事后处理的特征。

智能控制器100适当地包括了LCD显示屏102，它能显示使用者在操作望远镜系统中可加以咨询的文本、数字及图形的输出数据。使用者询问的所有提示性的、确认的信息等均显示在LCD屏幕102上。用指示上、下、右和左的方向箭头加以标记的望远镜运动方向键112提供为使望远镜系统能沿特定方向、以若干许可的可设定速度中的任一速度进行运动或微旋转所必须的输入。如前所述，能向本发明提出的半智能马达组装件发出命令的许可速度的数仅受限于构成速度和方向命令的速度位的数。在所叙述的具体实施例中，能向半智能马达组装件发出命令的许可速度数为8，并以8个许可速度中的一个反向作为马达停止命令。马达速度的改变通过输入数字键盘104上的数字值而实现。为改变或限定一个特定的马达速度，使用者按、放对应要求速度范围(1为最慢，9为最快)的要求数字键。一旦选定要求的速度，按下要求的运动方向键112，于是系统命令相应的半智能马达组装件在要求速度下，沿要求的方向运动望远镜系统。

设置了滚动键106和108以便使用者可通过数据库表格，或通过可能显示于LCD显示屏102上的可用的菜单任选项进行滚动。设置在滚动键106和108之间的是“？”键100，当按下时，它访问内部“帮助”文件，使LCD屏幕102在显示的首行，显示所选菜单项目的简要说明。输入键113选择文件菜单或任选项，或被用于限定根据系统的提示所作的输入的完成。模式键114使使用者得以退出当前菜单，回至前一张菜单，而走向键115则例如命令望远镜系统将望远镜转向由内部天体目标数据库表中选取的目标。

智能望远镜系统控制器100的内部结构示于图6b的示意性框图中。如由图可见，智能控制器总体以100表示，它适当地包括了一个双处理器系统，其双处理功能由第一总体目的微处理器120，其实例如68HC11，由摩托罗拉(Motorola)生产和销售的微处理器系列68 HCXX中的一员；以及第二目的配置微处理器或微处理器121加以完成，微处理器121的实例可如PIC16C57微控制器，它由微芯片技术公司(Microchip Technology.Inc.)生产和销售。

总体目的微处理器121连接至16位的地址和数据总线(AD[0，15])以及8位的数据总线(D[0，7])，它们使微处理器121得以与可编程只读存储器(ROM)的存储器线路124以及随机存取存储器(RAM)126进行通信。此外，数据总线的4个最有效位(D[4，7])被连至系统的LCD显示驱动器线路127，以提供微处理器121与系统的LCD显示器120之间的接口。如下文将更详细地叙述的，微处理器121负责完成本发明提出的系统的顶层固件结构，以及执行与示例性智能望远镜系统有关的可加载应用软件程序。

可编程只读存储器线路124最好接FLASH可编程ROM加以完成，并设置成以便宿主用于被下载的应用和软件程序的指令组、诸如天体目标位置数据库的数据表、Messier目标的目录表、以地球为基准的纬度/经度相关表等。虽然按FPROM加以叙述，但ROM存储器可由EEPROM加以完成，或由任何其它类型的可编程非易失存储器元件加以完成。确实，ROM124可由外部大容量存储组件来完成，诸如硬盘驱动器、可编程CD-ROM等。全部要求的是存储器124能写入，以便其宿主的数据库和表格可更新；以及是非易失的，以便其宿主的数据库和表格能在引导或加电复位时被系统应用。

微处理器121还借助2位串行型控制总线123连至微控制器122，它又借助多重接口信号线连至各种功能键(总体以132表示)，它们构成此系统的操作员/系统的连系装置。在此方面，微控制器122起着系统的I/O和接口控制器的作用，它对取自键盘的使用者输入进行转换，并通过串行接口123向系统微控制器提供从使用者输入导出的命令和控制信号。串行接口总线123还包括两根信号线CLK和DATA，其作用大致相同于马达组装件与结合图5b叙述的控制组件的特定实施例之间的2线串行接口。接口总线123是双向的，命令和数据信号根据包传输协议进行通信。

系统微处理器121还借助附加的2线(支持普通Tx和Rx信号线)串行双向接口总线133连至RS-232接口端口线路128。RS-232端口线路128又连至RS-232接口控制器129，通过此RS-232接口控制器129可实现微处理器121与诸如个人计算机(PC)、万维网(World WideWeb)接口连接等外部信息源之间的双向通信。确实，RS-232端口128可配置成去与一个相同的RS-232端口通信，该相同的RS-232端口包括另一个单独的智能控制器系统，它连同另一单独的望远镜系统进行操作。将看到的是，当在适当的I/O控制应用固件下操作时，微处理器121连同RS-232端口128形成快速、方便地将系统连接至程序代码、数据或其它信息的外部源的装置，使用者可能希望将这种信息包括在构成本发明智能控制器的操作指令或数据表中。

同样，微控制器122被连接至附随串行接口的接头130，它适当地包括一个适于连接至电接口面板(图3a和3b中的30)的8针插座的8针RJ11-型接口。串行接口接头配置成支持在微控制器122与两件望远镜轴线驱动马达组装件连同若干辅助装置之间通过相应的2线串行接口总线进行通信。如此配置后，IPC16C57微控制器122将理解为使用者的I/O接口键132与68HC11微处理器121之间的连接，用以产生适用于半智能马达组装件和/或辅助装置，诸如电子调焦系统的命令和控制信号，并向串行电接口面板(图3a和3b中的30)提供这样的命令和控制信号，用于至它们适当终点的路径选择。晶体振荡器线路135进一步连接在微控制器的时钟输入(OSC1和OSC2)之间，并向微控制器122提供8MHz的操作时间信号。

功率也通过串行接口接头130从外电源接受。功率和接地针连至供电线路134。供电线路134最好由电压调节器完成，其功能是将12伏(例如)的供电输入调节至现代集成线路要求的降低的电压电平。对供电线路134提出的有关考虑是，它必须为挤满系统100的众多LED提供适当的输入电压和电流。特别是，LCD显示器120由LED装置从背后进行照明，这些LED布置在线路136中，并围绕显示屏以新的型式加以设置，以提供显示屏整个表面的均匀照明。LED线路136的运行由微控制器122控制，其结构下文将详细说明。

根据本发明，68HC11微处理器121完成高层次的应用软件执行任务以及相关的数据处理和数值加工，以便限定向PIC16C57微控制器122提供适当的运动命令。微控制器122或从微处理器121，或从使用者的接口键通过接口总线123接受运动命令输入，并将接受的运动命令适当地处理成运动控制处理器适用的命令和控制信号。

为使系统完整，并给予微处理器121某个实现适合于天体运动的时间计算手段，设置了实时时钟138，并将其连接至微处理器121的时钟输入，以及连接至微控制器122的时钟输入。实时时钟138最好按诸如UTC时钟的精确定时基准时钟信号发生器加以完成，它被微处理器121用于计算恒星时间间隔，并最好作为控制组件100的一体部件而存在。可替代的是，时钟138可按单独的脱板集成线路加以完成，它包括通过RS-232接口与系统通信的普通UTC时钟；或者在板UTC时钟和改进型线路，用于在向微处理器121提供定时基准信号之前将UTC时间间隔转换成恒星时间间隔。

这样将可看到，智能望远镜系统控制器100包括一种手段，它适用于向包含本发明提出的半智能马达组装件的望远镜系统添加全智能。智能望远镜系统控制器通过分叉系统的处理和控制功能而实现此功能，即分叉成第一子系统，它包括为处理系统数据而运行的微处理器；和第二微控制器系统，它用于实现I/O控制。系统的智能借助使“新目标”能通过RS-232端口进行的可装载性而与最新潮流保持同步。系统软件、更新的天体目标目录表等可通过RS-232端口，从PC、附加盘或软盘驱动器、万维网位置、按本发明提出的单独的智能望远镜系统控制器等装入系统。

特别是，使用者可将他的系统的应用程序及他的系统的数据库内容应用RS-232端口“克隆”至另一使用者的系统中，以实现双向通信。或替而代之，使用者可通过RS-232接口从第二台智能望远镜系统控制器接收程序和数据信息，从而将该控制器“克隆”至他自己的中。“克隆”功能借助访问设置在控制器100的外部上的各种使用者接口键而得以实现。例如，使用者可按下模式键114直至系统的I/O菜单出现在控制器的LCD显示器上。然后，使用者可应用滚动键106和108滚动通过菜单，直至“克隆”菜单任选项出现于屏幕中。如果在本发明提出的两台智能系统控制器之间进行适当的连接，如果对每一控制器设置了适当的输入和输出状态(控制器被克隆输出数据)，使用者可按下输入键113，启动此过程。

若干其它的系统用途由本发明提出的智能望远镜系统控制器的微处理器121加以支持。例如，系统可通过调用两个功能性下降的，称为“睡眠模式”和“停置模式”的模式中的一个而置于中止状态。如上所述，由于系统和定时基准最好是晶体控制的，连至微处理器121的时钟130，因而要求外部的日历输入，以便系统能正确地计算系统的局域时角，从而相对特定观察者的天球的旋转状态。当系统置于“停置模式”时，所有系统定向参数(将接着说明)保存在缓冲器/暂存盘RAM 126中，当使用者希望进行额外观察时可由此处再调用它们。系统一旦被定向，并已被置于“停置模式”，所有要求的是，使用者输入日历数据，以便望远镜系精确地知道(或更正确地讲，回忆)其相对天空的定向。

在“睡眠”模式，系统重新回忆其定向参数，但将时钟138保持于操作状态，同时将给予系统其余部件的功率降至维持水平。这样，在“睡眠”模式，系统准备在使用者给它运行命令的任何时候“觉醒”。

在支持系统的用途外，智能望远镜系统控制器还能支持多种辅助装置，它们可连接至望远镜系统，以便强化其能力。有关的这些装置包括自动聚焦组件、时钟和日期模块、语音识别模块和相关的音频输出模块、自动对准工具(镜管校平器和/或轴线平面仪)、全球定位系统(G.P.S.)模块、光度计、自动导向仪、标度线照明器、盒式阅读器站(用于定向仪、新修订本、新语言、目标库、数据存储)等。每一辅助装置按菊花链形式通过构成串行辅助总线系统的AUX DATA和AUX CLK信号线连接至系统。如Alt(Dec)和Az(RA)串行总线连接在控制器和马达组装件之间的情况，辅助总线是一个2线串行通信接口，还包括输送6—18，最好是12伏功率的输送电压线和接地电位线。

2线接口包括双向数据线，它应用包传输协议支持数据通信；和一条时钟线，它支持通常被总线主控器发射的时钟信号，在此情况总线主控器是系统控制器。因为辅助装置是菊花链配置的，每一装置设置有唯一的总线地址，从而命令能被访问的特定装置有效地加以处理。根据本发明，总线地址被表示成限定地址字节的二进制数字值。这样，系统能与多达256个单独地址，因此也就是与256个单独装置进行通信。但是，如下文将解释的，一个地址，“字节零”地址，被反向作为广播地址，表明随后的命令或一些命令将被与总线相连的所有装置所执行。

通过辅助接口总线进行的所有通信交易均根据包传输协议实现。所有总线活动性由总线主控器(通常是系统控制器)开始，它将通信包加至被选的目标装置。一旦主控器至目标的通信完成，目标装置将信息或状态通信包返回给总线主控器。如在图12的接口协议的包内容简化框图所示，所有包均以“计数字节”开始，它限定构成该特定的启动或应答包的字节数。在启动包情况，第二个字节构成特定目标装置的“地址字节”，它将执行命令，随后是“命令字节”，它限定要实施的操作。“中间字节”对每一装置都是唯一的，在启动包情况，它们跟随“命令字节”之后，在应答包情况，它们跟随“计数字节”之后。“最后字节”对每一装置也是唯一的，并且是被主控器传输的启动包的最终字节。可任选的是，目标装置可配置成用以如应答包的最终字节似的传输“最后字节”。

时钟信号由所有信息传送器的总线主控器加以驱动，而与数据流的方向无关。此外，总线主控器可暂时放弃对总线的控制，指定特定的装置暂时承担总线主控器在第三方数据传送操作中的作用，诸如在CCD成像器与磁盘机之间。所有辅助装置是“I/O热”的，因为所有装置总是“窥探”总线，并能算出所有传输于其上的包的值。一旦装置确定包标题包含其地址，包的剩余部分按时录入其I/O寄存器，然后，执行命令。

某些广播命令对所有辅助装置是共同的，并由“广播地址”加以识别，表明所有连接至总线的装置要执行后继命令。实例的广播命令包括“总线复位”命令，它用实行总线的软复位及将每一装置置于其自己特定的低功率模式的“睡眠”命令。“询问”命令不一定是广播命令，但仍然指向总线上的所有装置；虽然是按次序地。“询问”命令用于确定装置在总线上的存在。启动包通过总线地址而循环，当它们的地址被接收时，聚居于总线的装置回复一个识别装置的修订数或模块类型的状态字节。

辅助装置命令组的全频谱在智能系统控制器(图6a和6b的100)中由于其微处理器(6b的121)的能力范围而能容易地完成。将理解到，全频谱命令组可通过理性熟练的程序员而包含在微处理器中，他使智能系统控制器100能支持辅助装置的全频谱。缩小的辅助装置命令组完成于半智能系统控制器(图5a和5b的70)中，因为其微控制器88的能力相对全智能系统的能力较受限制。这样，在半智能配置中只有某些辅助装置受到支持，诸如电子聚焦组件，然而将系统升级至全智能配置的本领仍旧没有减少。确实，串行辅助接口总线具备特定的启动特点，能凭借其简单性及2线串行总线概念获取系统升级能力。将能力加至本发明的望远镜系统如仅将辅助装置连至总线一样简单。于是，总线提供了这样的结构，其中的智能和能力在逐件基础被加入、被削减或被修改。

每一连接至系统的部件具有其自身的操作智能，并只要求具有控制实体的串行命令接口以实现其指定的功能。由于每一部件具有足够智能(处理能力)去执行其任务，而无需更高层次的监控，因此控制实体可自由地执行应用程序、进行复杂的数学计算、维持数据库输入等。

具有分布式智能的自动望远镜系统的主要控制，根据本发明，由全智能望选镜系统控制器100提供。自动望远镜系统的所有功能基本上能借助按下设置在控制器100的键盘部分上的各种字母、数字和功能键通过控制器100的键盘部分而完成。一旦自动望远镜系统已被适当地对准，如下文将更详细说明的，储存在设置于控制器中的专用存储器空间中的目标菜单库被用于将望远镜系统自动旋转至观察者希望观察或照相的任一特定的天体(或地面)目标。但是，确实在观察开始前及在系统的初始准备期间，使用者必须根据初始化或准备过程通过输入一定信息首先初始化系统，初始化或准备过程可结合图8的初始化过程流程框图得到最好的了解。

在构成望远镜系统的每一单独部件通过电子接口连接面板(图2的30)连接至一起后，智能系统控制器100被插入控制组件端口(图3a和3b的44)中，功率输至系统。在加电复位后，一个警告信息显示在系统控制器100的LCD屏幕102上，警告使用者不要通过望远镜直接看太阳。警告在LCD屏幕102上保留几秒钟时间，其后，系统控制器提示使用者通过按格式化的日期字段输入适当的数字以输入当前的日期。一个实例性的日期字段可表现为“01—1月(Jan)—1999”。当被系统提示去输入诸如日子和年份的数字值时，通过按压数字键盘104的相应数字键而输入。当前月份则借助应用为此目的而设置的向上106和向下108的箭头键滚动通过月份的表格而输入。特别是，一旦一个特定的数字值被输入，日期光标就自动跳至下一个空间。如在输入期间出现错误，可按下向右或向左方向键，以便将光标向后或向前一直移动至它被设置在错误输入上。然后，正确输入可通过按下数字键盘104上的相应数字键而进行。

数字键被用于输入当前的日子。接着，使用上106和下108滚动键以循环通过月份的列表。当当前的月份显示时，向右箭头键引起光标移至年份字段，可应用数字键104将当前的年份输入至其中。在所有日期信息被正确输入后，使用者按下输入键113，以便通知系统，当前日期已输入，这样日期设置过程就结束。

接着，系统提示使用者输入当前时间。应指出的是，系统按24小时模式进行操作，因此，时间应应用24小时时钟输入(即下午9：00按21：00输入)。如日期输入情况一样，使用者按下输入键113，以便通知系统，时间输入过程已经结束。值得提出的是，在此点上，使用者输入的时间应略超前于按下输入键前的当前时间。输入键在当前时间符合使用者输入时间的严格瞬间被按下。此过程通过给予系统以更精确的正确时间的指示，对提高系统接受的定位计算的精确度十分有用。不言而喻，提供给系统的时间指示越精确，系统越能更好地在目标公布的赤经的基础定位目标，以及系统能更精确地定位望远镜以观察它们。

此时，系统控制器100的定位键112被激活，以使它们能用于运动望远镜。使用者能或者立即着手使用望远镜而不进一步初始化数据输入，或继续进行数据输入，以使发明的系统能实现附加特点。如使用者选择继续初始化，下一个过程显示夏令时间特点的状态。夏令时间在美国和加拿大的绝大部分地区从四月份的第一个星期日至十月的最后一个星期日生效。使用者被提醒去调查他们的地理局域时间是否符合夏令时间。显示的状态是处于“负缺席”状态，它表明夏令时间特点不可能。如使用者目前正处于夏令时间，按下输入键113一次，使显示指示从“否”改变至“是”。当要求的设置显示在屏幕上时，模式键114被按下，表示夏令时间过程结束。

日期输入任选项的下一顺序能实现本发明的特定的新定向特点，其中观察者的纬度和经度由使用者可指定作为他的观察位置的合理近似点的最近的城市或其它地理陆标的纬度和经度加以近似。例如，下一个过程步骤使LCD显示102请求输入使用者的主要观察台站的国家、州或省。“上”106和“下”108滚动键被用于滚动通过存储在系统数据库中的各个国家、州和省的名单，直至观察者的国家、州或省出现在屏幕上。选择观察者的国家、州或省之后，要求观察者借助应用“上”和“下”滚动键，循环通过城市和地理特征的按字母排列名单，以选择离他们的主要观察位置最近的城市或主要地理特征。当要求的城市或特征显示于LCD屏幕上时，使用者按下输入键113，通知系统最终的位置过程已完成。于是，被选站台的地理座标(纬度和经度)作为第一近似观察位置标记输入系统存储器中，它将用于结合当前时间以定向和对准望远镜的全自动应用。

此最终定位过程通过一张数据库表而能实现，如图9所示，此表包括多个以字母排列的地理位置，且每一地理位置对应它们已知的纬度和经度。图9展示了一个实例性顶层次位置表的部分数据库名单和包含于所示加利福尼亚输入位置的子层次数据库名单。位置的数据库名单通常存储在系统的ROM存储器124中，但也可替而代之存储在外部磁盘机、软盘驱动器、或某个其它的这种大容量存储装置中，只要位置数据库名单存储在某种形式的非易失性的存储器中，从而对系统加电，在需要时就能访问它。

这样的最终位置过程显然是需要的，当人们考虑到在任何时候，特定天体目标的位置只是观察者的纬度以及观察者的离开天体子午面的局域时角位移的函数，转而是观察者的经度及观察者的局域日历的函数。这样，一旦知道观察者的纬度和经度，以及知道日历(按通用时间座标表示)，观察者就有了计算任何绝对座标已知的天体目标或在地平纬度和地平经度中，或在赤纬和赤经中相对方位所必须的全部信息。当观察者输入他的纬度和经度的合理的近似，并输入他的局域时间，则系统能对夜空相对该观察者的定向进行合理的近似。如下文将更详细叙述的，可对此“第一次近似”的定向过程进行进一步校正，以便更精确、更详细地限定夜空相对望远镜的定向。

最终定位过程之后，系统接着提示使用者输入配置和对准模式，该模式被用于系统控制器100与之连接的望远镜系统。系统具有两种配置和对准模式；经纬座标型和极座标型(赤道型)。这两种配置和对准模式之间的选择借助应用“上”106和“下”108箭头键滚动通过选择而进行，直至合适的配置和对准模式出现于屏幕上。当合适的模式出现时，使用者按下模式114键，从而将最适合于望远镜系统的配置和对准方法通知系统。一旦系统配置被确定，控制器开始马达试验，将望远镜水平和垂直地(RA和Dec)旋转一个短距离。马达试验完成后，系统初始化完成，望远镜系统准备被对准以进行观察。

系统在功率首次施加于系统控制器100时，或在系统被确认为复位的任何时候进行初始化。在其后的观察时间期间，当功率施加至系统控制器100上时，控制器在内部初始化，并仅仅提示使用者输入一个连同太阳警告应用的随机选择数，然后输入时间和日期。由此点，系统直接进行至望远镜对准，此外，如果在初始化过程期间，规定极(赤道)型配置和对准模式，则系统控制器100自动启动赤经(RA和Dec)的马达子组装件。

由于系统控制器可进行操作以限定望远镜相对经纬座标型和极(赤道)型配置及对准两种模型的对准，因此逐一讨论与每种模型相关的不同对准模型是合适的，且首先叙述经纬座标型模型。根据发明原理的实践，系统能使使用者在四种不同对准过程中进行选择，其中三种涉及将望远镜对准天球，而其中一种在大地对准方面应用。

本领域的技术人员很清楚，配置成在经纬座标型模式下操作的望远镜不能通过在赤道座标中操纵而在硬件中“停止天空”。因此，在跟踪天体目标时，经纬座标型望远镜结构必须在软件中“停止天空”。极轴或赤道仪支架只能在一根轴线上以常速驱动，与此相反，臣轴—竖轴望远镜支架的两根轴线均必须以在很宽的动力范围内变化的速率加以驱动。具体讲，经纬座标型望远镜系统的卧轴和竖轴马达的驱动速率方程分别如下：方程1 $\frac{\mathrm{dZ}}{\mathrm{dh}}=15\sin A\cos \mathrm{\φ}$ 方程2 $\frac{\mathrm{dA}}{\mathrm{dh}}=-15(\sin \mathrm{\φ}+\cot Z\cos A\cos \mathrm{\φ})$ 其中z是观察者的计算天顶距离，h是观察者的局域时角(或LHA)，A是方位(从南向西测量)，而φ是观察者的纬度。目标的天顶距离z随时角h的改变率，以及目标的方位A相对时角h的改变率以单位(恒星秒)^-1加以限定。这样，为了望远镜系统能适当地瞄准和跟踪给定的天体目标，望远镜系统必须了解其相对天空的定向，从而能计算观察者的纬度和局域时角(φ，h)。

几个世纪来，大量思想和考虑已给予各种方法，用于根据天体目标相对天体座标系统的位置计算值确定纬度和经度。具体讲，天体导航领域直接涉及根据太阳、月亮、行星及各种已知恒星的位置获得的测量确定观察者纬度和经度的数学方法。虽然位置确定方法学已进化了几个世纪，但它们仍在概念上被看作确定性的各种数学工具，用于在以地球为基础的座标系统(直角座标或经纬座标座标)中观察和测量天体基准的位置，以及将如此获得的测量与表示于天体座标(赤经和赤纬)中的、并列表于天体位置推算表的这样一些天体目标的位置进行比较。

因此，天体三角学中任何给定问题的解法依赖于能否将在一个座标系统(例如经纬座标)获得的测量转换在另一座标系统(天体座标系统)中。座标系统转换是本领域中技术人员相当了解的，且确实也已经历了概念性进化，受计算机支持，矩阵变换和旋转数学，在当今达到顶点。尽管如此，不管用于表示观察的座标系统和用于限定通用基准的座标系统，在一个座标系统中进行的观察可应用简单数学原理旋转进入基准座标系统，只要在一个座标系统中的两个点对应在另一座标系统中的相同两个点，以致变换边界相对位移和旋转是限定的。这样，根据通常接受的数学原理，例如，表示于一个经纬座标系统中的两个基准点是经纬座标系统旋转进入天体座标系统的必要和充分条件，只要这相同的两个测量点具有在天体座标系统中相对应的位置度规。

现在根据发明的实践，着手对准方法学，将连同图10a的过程流程图叙述第一“容易”对准过程。观察时间开始前的内部初始化后，智能望远镜系统控制器100的LCD显示器102显示一个提示性屏幕，要求使用者在4个对准过程中选择一个，该过程可由使用者应用“上”106和“下”108滚动键，滚动通过各种选择方案而选择。用“容易”表示的第一对准过程不要有夜空的知识，因为系统控制器能根据使用者在初始化期间提供的日期和时间输入，定位其自己的对准恒星。

具体讲，当选中“容易”对准过程时，系统紧接着提示使用者运动望远镜(应用运动键112)，直至望远镜被指“北”(North)。望远镜镜管指北后，使用者按下输入键113，以通知系统，望远镜镜管位于其恰当的位置。接着，系统提示使用者通过调节望远镜的纬度位置，校平望远镜镜管，直至纬度(或赤纬)设置圆设置至0°。将望远镜指北及校平望远镜镜管使地平纬度和地平经度的马达组装件的位置编码器调整归零。望远镜任何后继的离开其0，0位置的运动使望远镜系统得以直接计算其相距0，0基准点的地平纬度和地平经度的位移。应用使用者提出的时间和日期输入，望远镜系统咨询熟知的天体目标的数据库，并选择一个目前位于水平线之上的具体亮目标。输入的时间和日期信息使系统得以计算，具体亮目标在赤经中是否已充分旋转，以将其置于观察者的水平线之上，而通过观察者的输入他们的最近城市或地理特点而形成的最终纬度和经度的输入给系统提供有关观察者的纬度的足够信息，从而它可计算亮目标的近似赤纬值。

一旦目标(恒星)在数据库中被识别，系统借助地平纬度和地平经度马达发出的适当运动的命令自动将望远镜旋转至该恒星附近。一旦望远镜已旋转至要求恒星的附近，观察者被提示，在要求定恒星中心时，应用所有4个方向键(图6a的112)，将恒星定于望远镜目镜的视场的中心。当此恒星被定于目镜视场的中心时，观察者按下输入键113，于是系统搜索第二亮目标或恒星的数据库，它与前一个恒星至少离开30°，以便增加对准过程的精度。一旦第二恒星由数据库中识别，系统自动将望远镜旋转至该恒星的附近，并再一次提示使用者使用系统控制器100的方向键112将该恒星定于目镜的视场的中心。当第二恒星被定中心后，系统计算望远镜相对夜空(天球)的位置和定向。

在图10b的对准流程图中叙述了又一个缩短的对准过程，其中经纬座标型配置的望远镜只应用单独一个恒星的对准过程相对夜空进行定向。如前述情况一样，使用者被提示，借助将望远镜指北，并校平望远镜，从而将纬度设置在0°的手段，将马达位置编码器调整归零。然后，使用者从按字母排列的天体目标数据库名单中选择一个特定的恒星，并按下输入键113，引起望远镜自动旋转至该恒星的附近。如需要的话，使用者按下位置键112，将恒星定于目镜视场的中心。一旦被选恒星定于目镜视场的中心，使用者再按下输入键113，望远镜为进行夜视而被对准。

虽然在使用者采纳上述单个恒星的对准过程后，在技术上可认为望远镜被“对准”，但单个恒星的望远镜对准过程只应认为对一般的天文观察是足够的。由于在下文将进一步叙述的，由熟知的天文干扰引起的某些指向错误，应将附加的观察和对准步骤包含于过程中以改善初始化过程的精度。

现转向图10c，现将连同所示过程流程图叙述使用者可限定的双星对准过程。与前述两个对准过程相同，望远镜在观察时间开始之前经历一个内部初始化，随其后，智能望远镜系统控制器100的LCD显示器102显示一个提示性屏幕，要求使用者选择一个对准过程。如使用者希望相对使用者限定的两个天体目标对准望远镜，使用者可滚动通过对准至双星对准任选项，并按压输入键113。

接着，系统提示使用者将望远镜指向北极，以便将地平经度轴线的位置编码器置零，其后，使用者按下输入键113以通知系统，望远镜镜管位于其恰当的地平经度位置。接着，系统提示使用者通过调节望远镜的纬度位置直至纬度(或偏转)设置圆设置至0°而校平望远镜，从而将纬度马达位置编码器置零。如前述一样，望远镜任何后继的离开此预置0，0位置的运动使望远镜系统得以直接计算其相距0，0基准点的地平纬度和地平经度的位移。接着，使用者被提示滚动通过一个按字母排列的天体目标数据库名单，并通过按下输入键113从此名单选取特定恒星。再一次，一旦使用者限定的特定恒星被识别，系统控制器将望远镜自动旋转至该恒星的附近。当旋转完成时，使用者被提示使用定位键，将该恒星定于目镜视场的中心，当恒星被定中心，使用者按下输入键。然后使用者被提示滚动通过按字母排列的天体目标数据库名单，并从此名单选择第二特定恒星。再一次，输入键被按下，表示使用者已选中第二恒星。系统控制器重又自动将望远镜旋转至恒星附近，此后，使用者再次被提示，应用定位键将该恒星定于目镜视场的中心。当第二恒星被定中心，使用者按下输入键，系统控制器计算望远镜系统相对夜空的绝对位置。

一旦望远镜系统相对夜空的绝对位置被确定，系统微处理器121能容易地计算任何给定天体目标通过天空的路径，并根据上述驱动速率方程发展适当的马达运动命令，从而经纬座标型望远镜系统能平稳和精确地跟踪目标，即在软件中“停止天空”。天体目标通过天空的运动必须根据其作为时间函数的既在地平纬度又在地平经度的变化率加以计算。这样，对给定时间间隔，系统微处理器121能计算要求由马达组装件执行的增量的马达步进或“滴答声”速率，从而使望远镜得以在目标运动通过天空时，跟踪此目标。

对于结合图10a、10b和10c的过程流程图叙述的前述对准系统，应指出的是，系统控制器借助将望远镜的经纬座标型座标系统(笛卡儿座标系统)映射至限定夜空(天球)的RA和Dec球形座标系统而计算望远镜的位置。特别是，系统控制器在指予选中的恒星或恒星组时，读出望远镜的地平纬度和地平经度的角位置，其方法是，在每一恒星已定中心于望远镜目镜中后，使用者按下输入键时，读出地平纬度和地平经度的马达位置编码器值。根据如此限定的望远镜瞄准角，系统控制器计算望远镜的笛卡儿位置向量，并将每位置向量分解成方向余弦的矩阵。应用熟知的涉及矩阵操纵及旋转的数学技术，笛卡儿座标矩阵被映射至相似限定的根据天体座标系统表示的恒星或恒星组的方向余弦的矩阵。天体方向余弦的矩阵通过计算选择过程期间使用者识别的恒星或恒星组的RA和Dec座标而产生。

那些熟悉数学领域的人士将清楚，一旦在两个不同座标系中确认有两个相同的点，则这两个座标系在数学上能相互映射，从而任何在一个座标系统中表示的又一座标可容易地通过数学变换表示在另一座标系统中。这样，一旦望远镜系统相对天球而对准，则只要将要求目标的位置表示于其天体座标中，进一步观察就能进行。系统控制器了解天体座标系与望远镜的地平纬度和地平经度座标之间的关系，进行适当的数学变换，并驱动地平纬度和地平经度马达适当地将望远镜指在要求的天体位置上。

一旦应用上述对准过程中的一种过程望远镜被“对准”，使用者可能希望通过改进限定望远镜的地平纬度和地平经度的位置向量的笛卡儿座标矩阵，进一步改进望远镜系统的对准精度。如在此领域熟知的，必须对天体目标的位置的平均数目录施加某些修正，以便将其归纳至在夜空中目标的可见位置。当一个观察者计划进行夜间观察，观察者通常从天体位置推算表或目录获得目标的RA和Dec座标，天体位置推算表或目录根据标准历元的座标系限定目标的位置。这是目标的平均位置。但是，标准历元通常不同于观察时的历元。此外，目标的目录位置不包含某些位置误差的修正，这些位置误差依赖于观察时间及观察者的具体位置。这样，目录位置不能精确地限定观察者可能找到要求目标的场所。由于望远镜的系统控制器在目标数据库上进行操作，目标数据库按照由目录取得的天体目标的平均位置限定天体目标，因此，在命令发送给望远镜的地平纬度和地平经度马达之前，平均座标必须转换至可见座标，以便目标能精确地瞄准和被跟踪。必须对目录平均位置进行的，以便将其归纳至可见位置的修正、按尺寸缩减次序列于下表。

              表1

修正岁差折射周年光行差章动太阳视差恒星视差轨道运动自行周日光行差极运动

近似数值40′弧度。30′弧度。20″弧度。17″弧度。9″弧度。1″弧度。1″弧度。0.5″弧度。0.3″弧度。0.1″弧度。

不是所有列举的修正都必须施加，只有那些大于观察指向精度的修正才必须。通常，只有步差和折射修正才必须进行。

系统性误差的附加源来自某些机械误差，它们由望远镜支架、马达和驱动链系统、伺服机构反馈系统中的不完善，以及校平望远镜的不精确度引入。当精确对准望远镜系统时应考虑的机械修正列举于下表中。

                 表2

编码器零点偏移地平经度轴线的倾斜(经纬座标型支架)极轴线的非同轴性(赤道仪支架)轴线的非正交性准直性误差镜管弯曲支架弯曲齿轮/轴承误差驱动链扭曲误差

这些修正的计算方法能用于特定支架类型的任何望远镜，但误差参数值对每一单个望远镜系统是唯一的，因为它们是该系统的特征。例如，在闭环系统中，位置反馈编码器提供对应轴线的角位置的数字值。此数字值通过向原始编码器数据应用标定算法转换成诸如RA、Dec、地平纬度或地平经度的有意义的座标。这些编码器零点偏移修正包含至标定算法中，以便提供代表望远镜真实位置的数字值。系统控制器将要求目标的可视位置与望远镜的位置(由位置编码器读数确定)加以比较，并产生给予马达的适当运动命令，以便将目标与望远镜位置之间的差别降至最小。

每一天文和机械误差源以与初始望远镜定向精确相同的方式加以处理。一旦望远镜已被“对准”，使用者可旋转至下一个目标，以便开始观察。如果下一目标没有精确地定于望远镜目镜的中心，或者如果在跟踪期间下一目标从目镜中心向外漂移，则使用者可应用位置键手动地重新定位望远镜，并命令系统与目标的新位置重新同步。如此完成后，小量修正形成改进经纬座标位置矩阵的基础，然后将此矩阵映射至天体座标系中。当又一个天体目标被计算时，矩阵进一步改进以算出越来越微小的误差源。虽然能进行这样的进一步精度的限定，但将看到，按本发明提出的系统在初始定向过程期间，至少能算出前两个主要的机械误差源。某些天文修正由熟知的数学算法加以限定，并能容易地包含至定向过程中。这样，认为本发明提出的望远镜系统的指向和跟踪能力足够精细，以便在结合图10a、10b、10c建立的对准过程之后进行深空观察和天文照相。

由于系统控制器可进行操作用以相对极座标型(赤道仪)支架结构限定望远镜的对准和运动，因此现在适于连同图11a、11b和11c讨论与赤道仪支架相关的对准过程。每一极对准过程首先要求使用者在结合图12的初始化过程流程图叙述的系统初始化期间，选择极配置和对准模式。不言而喻，望远镜支架也必须配置成赤道仪支架；使用者必须适当调节望远镜的赤纬轴线，以使赤纬轴线垂直于支架的偏斜(赤纬)平面；以及天体极(北极或南极，依观察者的半球而定)必须落在支架的偏斜(赤纬)平面上。

现转向图11a叙述“容易”的极对准过程。具体讲，当“容易”对准过程从菜单中选中时，系统提示使用者沿RA轴线指点望远镜(使用运动键112)，直至望远镜指向水平(RA的静止位置)。然后，使用者按下输入键113，以通知系统，望远镜镜管已位于其适当的RA位置。接着，系统提示使用者运动望远镜直至赤纬设置圆的读数是90°。将望远镜置于相对RA和Dec均为静止的位置能起将赤纬和赤经马达的位置编码器调整归零的作用。任何其后发生的望远镜离开其0，0位置的结果使望远镜系统得以直接计算其相距0，0基准点的赤经和赤纬位移。

前述步骤完成后，“容易”极对准过程的余下部分与连同图10a叙述的“容易”经纬座标对准过程相同。具体讲，应用使用者提供的时间和日期输入，望远镜系统咨询熟知的天体目标的数据库，并选择一个目前位于水平线以上的具体亮目标；系统借助赤经和赤纬马达发出的适当的运动命令自动将望远镜旋转至该恒星附近；提示使用者将此恒星定于望远镜目镜视场的中心；以及使用观察者的手动位置调节，以改善其定向算法。此过程对下一恒星重复进行，当被观察者定中心后，这使系统得以计算望远镜相对夜空(天球)的精确位置和定向。

如经纬座标型配置的情况那样，按图11b的过程流程图对用于支持赤道仪支架配置的缩短的、单个恒星的对准过程加以叙述。如前述情况相同，使用者被提示，借助命令望远镜向其RA和Dec静止位置运动，将马达位置编码器调整归零。然后，使用者从按字母排列的天体目标数据库名单中选择一个特定的恒星，按下输入键113，引起望远镜自动旋转至该恒星的附近。如需要的话，使用者按下位置键112，将恒星定于目镜视场的中心。一旦被选恒星定于目镜视场的中心，使用者再按下输入键113，认为望远镜为进行夜视而被对准。

双星对准过程将按图11c的过程流程图加以说明，其中使用者被再一次提示，将望远镜运动至RA和Dec静止位置，并通过从按字母排列的天体目标数据库名单中依次选择两颗恒星而对准望远镜。当选中每颗恒星时，望远镜系统自动旋转至那颗恒星的附近，其后，使用者按需要应用位置键112，将恒星定于目镜视场的中心，并按下输入键113，以便通知系统，所要的恒星已被定于中心。

限定静止位置后，以及按照以上过程输入或一颗或两颗恒星后，望远镜系统计算望远镜相对夜空的位置。由于望远镜支架包括赤道仪配置，计算算法略微简化，因为系统不需将座标系例如从经纬座标型转换至赤道仪型。由于赤道仪型支架按照由RA和Dec限定的球座标系操作，为定向望远镜需做的一切就是将望远镜球座标系简单地旋转成天体座标系。旋转按熟知的数学原理围绕望远镜的RA和Dec轴线进行，此数学原理在此将不进一步讨论。

定向之后，按赤道仪配置的望远镜系统现在能通过向其赤经和赤纬马达组合件发出适当的运动命令而瞄准并跟踪所选的天体目标。一旦所选的天体目标被瞄准，跟踪可简单地通过命令赤经马达组装件将望远镜围绕相应的赤经轴线在恒星速率下按要求方向运动而实现。不需再给偏转马达组装件进一步的命令，除非使用者希望瞄准不同的天体目标，或替而代之，使用者希望更精细地对准望远镜系统以抵消某些原先未考虑的微小误差。

现转向图6b，系统微处理器121接受如由系统的I/O微控制器122提供的使用者的I/O信息，并在应用软件程序控制下进行任何必要的数据处理。数据处理通常形成所要求的望远镜运动的某个形式。系统微处理器121能计算任何所要求的马达运动的方向和范围，还能借助通过系统I/O微控制器122传送适当命令，引导相应的马达组装件采取要求的行动。马达运动命令基本与结合图5a和5b的实施例叙述的那些相同，并通过双线串行时钟和数据总线132提交给系统I/O微控制器122。某些命令通过微控制器122传送，并由系统微处理器直接发布给马达。这样一些命令通常包括步进速率命令、误差计数命令、设置和寻找LED位置命令等。某些其它信息，通常为读出数据，由系统I/O微控制器122保持和处理，以便微处理器需要时使用。

尽管以上讨论了望远镜的定向和对准，但本领域的技术人员很清楚，望远镜定向和对准过程的主要简化可通过安装附加的部件装置而产生，这些附加部件装置能自动提供望远镜镜管相对指南针的定向标记，即北—南方向指示；轴线倾斜的自动指示，即望远镜的水平；以及绝对位置和时间的自动指示。有关对准和定向的简化由电子指南针实现，这些电子指南针以磁阻传感器为基础，能应用地球磁场，在电学上分辨位置定向，其精度约为1/2度，分辨率约0.1度。如本领域的技术人员了解的、地球被强度约0.5至约0.6高斯的磁场所围绕，该磁场包含一个平行于地球表面，并总是指向磁场北极的分量。地球磁场的这一特点形成所有磁指南针的基础，正是这一平行于地球表面的磁场分量，能较好地用于确定指南针的方向。

具体讲，一类称为磁阻传感器(MR)的磁传感器，它由镍铁(NiFe)，也称为坡莫合金的磁性薄膜的薄带构成，其电阻性能随施加的磁场改变而改变。MR传感器具有充分限定的敏感度轴线，它在施加的磁场具有小如0.1毫高斯的改变时就响应，其响应时间小于1微秒，在商业上可作为组装式集成线路买到。这样，MR传感器特别适用于与示范性实施例的望远镜系统相连接的北—南方向指示装置。

在图17中展示了这样一种结构，它是按本发明提出的北—南传感器系统的半示意性线路图，系统中安装了MR传感器，此MR传感器制成如HMC1021S，由明尼苏达，普利芳斯的赫涅伟儿公司(Honeywell，Inc.of Plymouth，Minnesota)生产和销售。MR传感器200是一种磁阻性检测元件，它由沉积在硅基底上的NiFe薄膜制成，并限定一个惠斯登电桥。MR传感器200还安装有电流带，用于对装置输出的极性进行电“设置”或“复位”，还允许对检测元件施加补偿偏移场以抵消四周的磁薄膜。电源电压连结至MR传感器上，引起电流流动通过包含惠斯登电桥结构的磁阻器。交叉施加的场引起两个相对放置的电阻器中的磁化强度向着电流旋转，造成相应电阻的增加。在其余两个相对放置的电阻器中，磁化强度旋转离开电流，造成电阻减少。

流动通过惠斯登电桥臂中两条臂的电流从MR传感器的两个输出取出，其中一个施加至配置成电压输出器的运算放大器202的非反相输入。第二个输出施加至第二运算放大器204的非反相输入，其反相输入连接成接收电压输出器202的输出。第二运算放大器204的输出被引向增益单元206的非反相输入，增益单元206转而又驱动输出针208，以给出一个指示MR传感器是否与地球磁场对准的指示信号。在运行中，增益单元206配置成得以输出一个信号，如果由MR传感器两个输出流出的电流不平衡的话，即表明传感器不与地球磁场对准。当中心线进入与场对准时，通过相对放置的电阻器臂的电流变为平衡，造成第二运算放大器204具有零输出。增益单元206转而输出一个零信号，它表明MR传感器与地球磁场对准，即指向磁场的北极。

作为进一步表明MR传感器是否指向磁场北极的指示，两个发光二极管210和212以平行形式连至增益单元206的输出。第一个发光二极管(LED)210反向连至增益单元206的输出。反向连接意味着二极管的负侧连至输出，而正侧则连至基准电势，诸如接地。第二个二极管212以正向形式连至增益单元206的输出。这两个二极管在一起作用，给出一个表明MR传感器与地球磁场对准的指示。当传感器200向一个方向偏移时，增益单元的输出，根据传感器向表示磁场北极的中心线方向的“左”方偏移或向其“右”方偏移，将或是正或是负。当传感器向一个方向偏移时，增益单元的输出可能是负的，这时，第一个LED210(负向连接的LED)将导通电流，从而发光。如MR传感器200向相反方向偏移，增益单元206将输出一个正信号，引起正向连接的LED212导通，转而点亮。当传感器与磁场北极对准时，增益单元的输出为零，两个LED均切断。

应指出的是，由于这些是二极管，存在与此相关联的正向电压降，它限制二极管精确指示磁场北极的精度。根据LED210和212的正向电压降值的不同，MR传感器有一个相对真正北极的小范围，在此期间，增益单元206不能发展足以激活或正向或反向偏置的LED的输出信号。但是，即使在此“不确定”范围内，增益单元206向输出针208输出一个信号，它能由或是智能系统控制组件(图6a和6b的100)，或是上述类型的一体连接的PIC处理器加以计算。

值得进一步指出的是，MR传感器系统能由调零线路214加以标定，该调零线路214连至第二运算放大器204的反相输入。设置调零线路214是为了抵消几乎所有运算放大器共同显示出的输入偏移，并适当地构成一个调节电阻器，它连接在正、负输入电压之间，并具有一个中心抽头，该中心抽头限定与运算放大器204相连的调零连接。在运行中，传感器在生产装配架上与地球磁场精确地对准，并调节可变电阻器直至增益单元206限定一个零输出信号。这表明整个线路现在是平衡的，其中线路偏移被抵消。

此外，传感器线路适当地包含一个设置/复位线路，它适当地配置成如一个电流脉冲发生器，用于消除过去故障磁滞的效应，并能借助施加适当的设置或复位信号对输出的极性进行电子学上的设置或复位。

叙述于图17中的MR传感器装置在以下情况具有特定的用途，即当它被配置在小的印刷线路板上，且当中心轴线的位置与望远镜的长轴线对准时安装在望远镜镜管上。因此，当MR传感器与地球磁场对准，从而指示磁场北极时，望远镜镜管也被放置成、其光学轴线向着磁场北极对准。传感器的输出208连接至电接口(图3a和3b的30)的辅助输入，从而可被系统处理部件用作自动方向指示信号。这时，使用者不需再手动地将望远镜向北极对准。一旦自动望远镜系统接通，应用程序在水平方向前、后自动旋转望远镜，并检查传感器的输出的“读出”。一旦自动系统检测到传感器正确与北极对准，即读出一个零输出，自动望远镜系统就算出马达位置的值，并初始化地平经度马达组装件。

虽然以上讨论本身已涉及MR传感器系统将如何配置以便将其本身与地球磁场对准，即给出磁场北极的指示，但应指出的是，传感器能配置成给出一个其对准真正北极的指示。在此具体实例中，传感器系统在生产装配架上对准真正的北极，并对调零线路214进行调节，以使增益单元206输出一个零指示。应了解的是，在惠斯登电桥的相对放置臂中的电流一定是不平衡的，但调零线路214用于补偿此失调，以及补偿运算放大器202和204发展的任何偏移。

还属于本发明考虑范围的是在三轴线模式下应用MR传感器，用以借助电子学方法处理任何轴线非正交性，消除轴线倾斜事务。在此实现过程中，设置了附加的MR传感器，它在与水平设置MR传感器的平面相垂直的平面中被对准。附加的MR传感器被配置成用以测量US磁场的垂直部分，即磁场与地球表面的夹角。由轴线倾斜引入的误差在很大程度上依赖于入射或倾斜角的数值。

可用于校正轴线倾斜的一种附加方法是把倾角计或倾斜传感器与MR传感器结合，以便在电学上限定由于支架倾斜引起的支架偏移。当倾角计或倾斜传感器与MR传感器结合时，望远镜系统就装备有全自动用于进行三轴线探测的电子学方法论。这允许望远镜系统得以自动地将自身调节至水平状态，以及自动地将自身调节至或与真正北极或与磁场北极对准。一旦这些对准完成，马达系统的轴线编码器自动初始化，以便抵消支架对准参数。因此，连接至望远镜镜管的电子传感器当处于支架轴线交点附近时形成一个真正可重复的位置指示器。电子传感器用作固定指针高分辨率装置，其精确的定位由马达编码器提供。由于指点精度通常依赖于镜管的弯度特征、镜管和支架组合件的机械稳定性、以及驱动马达与望远镜支架之间的啮合质量，因而可理解，指点精度能简单、方便地补充至可能显现某种机械松弛度的廉价望远镜系统中。

如以上讨论的，为了完全对准望远镜系统，使用者或智能望远镜系统只需知道北极的方向、水平线(水平)的倾斜、时间和日期、及其在地球表面上的位置。如果这些量已知，除命令外，不需再向任何望远镜系统提供进一步信息，以使它得以在此后借助已知的天体位置推算表指向任何指定的目标。时间和日期可通过接收广播信号WWV而加以存取，该广播信号WWV可用于这样的目的。本发明提出的自动望远镜系统预期能完全将WWV信息源结合至智能系统的控制组件中，以使控制组件能不断地更新日期和时间信息，从而消除了对准系统的时间和日期变量。WWV位于福特考林斯，考罗拉多(Fort Collins，Colorado)，并在2.5、5、10、15和20MHz下广播连续的时间和频率信号。所有频率提供相同的信息，但10MHz以上的频率在白天时间运行最好，而较低的频率在夜间运行最好。每一小时的开始由0.8秒长、1500Hz的音调加以识别，而每一分钟的开始由相同长度、1000Hz的音调加以识别。秒脉冲由400Hz的音调给出，但每分钟的第29和第59秒的脉冲被取消。时间信号可从WWV接收机直接输入，其中各种限定时钟信号的频率音调可由智能系统的控制组件进行处理，用以更新其日期和时间信息。

或替而代之，WWV信息可由膝上型的个人计算机系统借助内部连接加以接收。由搭接顶型个人计算机系统处理的信息能通过接口面板的辅助输入总线，按前述方法传送给智能系统的控制组件。

精确的位置信息可通过应用全球定位系统(GPS)或差分全球定位系统(DGPS)接收机提供给智能系统控制组件，其中接收机配置有NMEA接口。NMEA接口是公众充分了解的接口协议，它能附加地连接至辅助接口，用以直接向智能系统控制组件提供位置信息源。一旦智能系统控制组件具有可应用的位置、时间和日期信息，以及“北极”和“水平”传感器的输出，智能系统控制组件就不仅完全知道其位置，还完全知道它与之连接的望远镜系统的空间定向。

如上所述，与三轴线检测相关联的系统和方法同样可应用于附加的“指点”或“收集”装置，它们在本发明提出的新颖望远镜系统之外。确实，三轴线检测系统适于安装在可拆卸的取景器或望远镜目镜上，以使使用者只需根据从检测装置接收到的信号控制目镜，以便将它们自身按水平和北极两条线定位。双筒镜和仰视显示器(HUD)护目镜也能按上述方式配置有三轴线检测装置，以便给它们装备定向能力。

智能系统控制组件(图6a和6b的100)的又一特点是用于给LCD显示屏102提供均匀照明的光源的结构。现参考图13，一个会切的曲线型光学灯箱150放置在控制组件的电子部件线路板的表面上，并放置在紧挨LCD显示屏之下的区域，具有大致相同的覆盖区。灯箱限定一个大致为矩形的中空罩，其表面描绘出一对曲线弧面151和152，它们围绕向下突出的、与表面相交的、中央会切线沿横向对称。照明LED 153、154、155和156成对地沿灯箱短侧的每一侧而布置，并配置成在会切线方向照入罩中。

每一曲线表面通过例如将它们漆成白色而变得半透明，或通过用诸如适当塑料的半透明材料建造反光罩。表面的半透明性质使LED发展的光线通过表面而照射，而且许可每一弧形部分扩散光线，并将它以扩散形式(如背光源一样)引导在LCD显示上，促进均匀照明。

在常规平面表面的灯箱中，由诸如LED的非相干均匀源发出的光能只有当光线的散射向量与所讨论表面构成较大角度时，才通过半透明表面而散射。当表面部件离开光源越来越远时，散射角相应地变得越来越小，直至光线沿表面下侧(垂直散射向量)散射，几乎没有光线通过材料散射在显示(法向散射向量)上。此现象造成在显示的中心有一个暗的、或相当未照明的区域，而边缘则过照明(因而称为热斑)。这造成显示难于读出，特别在夜间。

本发明提出的灯箱150的曲线弧形表面成形成用以确保法向散射有相当大的程度在光路端点，即离光源(中心)最远的表面部分，散射出灯箱。此外，每一表面的渐近曲率将表面保持成相对光源有较恒定的散射角。这样，扩散通过表面的光能沿表面在从光源至会切线的方向上相当恒定。在会切本身区域，表面反射向引导至显示上的光线添加了附加的照明分量。从第一弧形表面151在小角度下散射的光线在相同的角度下从第二弧形表面152反射，并从而朝向显示。因此，小角度表面散射在某种程度上被补救，并在中心区域形成照明的附加分量。

由上述讨论，显然，本发明的各种部件和单元不限于至今展示的特定望远镜系统。当然，结合所示实施例叙述的望远镜和马达系统所以被选中，是因为发明的新颖部件显露于外部，允许更直接的辨认。现转向图14，图中叙述了全自动望远镜系统的又一实施例，其中马达组装件不是配置成添加部件，而是整体化在望远镜系统中。

图14所示的望远镜系统配置成在赤道仪模式下操作，其支脚160a、160b和160c放置成按赤道对准望远镜，从而底座壳体162的顶表面161转动以限定系统的RA平面。右、左叉臂163和164分别支承望远镜镜管165，并形成其赤纬转动轴线。底座壳体162附加地支承着一块接口面板，它与图1、2、3a和3b的接口面板30基本相同，但没有连至卧轴(Dec)和竖轴(RA)马达组装件的串行接口连接。相反，接口面板166提供前述控制组件中任一种控制组件的插入连接，以及通过辅助总线的多种辅助装置的插入连接。

对图14所示的实施例不需有马达组装件耦合连接，因为马达组装件安装在望远镜结构中。这样，不要求有外部连接。但是，至马达组装件的电连接通过与前述实施例相同的双线串行接口而实现，除了马达接口总线也内装在望远镜结构中外。

第一赤纬(或地平纬度)马达组装件配置在马达罩168内，它由一根叉臂的空心内部构成；在所示实施例中是右叉臂163。图15叙述了叉臂163的内部结构，并展示了赤纬(卧轴)马达组装件170及其相关齿轮系172在叉臂内的位置。

第二赤经(或地平经度)马达组装件按图16叙述的方式，配置成装配在望远镜系统的底座壳体162内。RA(A_z)马达组装件174及其相齿轮系176放置在紧挨望远镜的RA表面底下的空心罩中。直接的DATA、CLK、功率及接地连接取自建立在接口面板166的控制组件输入与每一相应马达组装件之间的硬线连接。每一马达组装件170和174包括的电子部件与结合前述实施例说明的那些部件相同，因此赋予相同程度的智能。

图14、15和16的望远镜系统实施例可或由前述的半智能或由全智能控制组件加以控制，且具有相同的功能性能。此外，辅助总线支持相同数目和类型的辅助装置。

因此应看到，跨越望远镜系统各种功能部件的分布式智能不限于望远镜的特定配置。系统的某些部分可为了紧凑性和设计效率的利益整体化在望远镜中，而不以牺牲任何智能分布作为代价。这些整体系统所缺乏的全部是被施行叶切断术成为完全由手动操纵的纯机械系统的能力。

Claims (53)

1.一种自动望远镜系统，此种自动望远镜系统包括：

一台望远镜，它配置成围绕两条相互正交的轴线进行旋转；

一条信号总线，它配置成在连接至此处的外围设备的两台及多台设备之间，传送数据和控制信号；

一台中央控制处理器，它连接至信号总线，控制处理器在连接至信号总线的外围设备的两台及多台设备之间进行数据和控制信号的通信；

第一和第二马达组装件，每一马达组装件包含：

一台电马达，它被连接成用以围绕两条相互正交轴线中的一

条轴线运动望远镜；

一套控制线路，它连接至马达及信号总线，控制线路发出用

于命令马达运动的控制信号；和

一套位置指示线路，它连接至相应的轴线及控制线路，位置

指示线路向相应的控制线路提供位置指示信号；

其中，控制线路根据操作中从中央控制处理器接收到的控制信号命令马达运动和计算马达位置指示信号。

2.根据权利要求1的自动望远镜系统，其特征在于，中央控制处理器完成高层次应用软件执行任务及数字处理，以便限定适当的马达运动命令，中央控制处理器向每一控制线路通过所述信号总线提供所述马达运动命令，每一控制线路发出控制信号，用于命令马达在操作中据此进行运动。

3.根据权利要求2的自动望远镜系统，其特征在于，每一控制线路包含为其相应马达采集、存储及再调用马达位置信息的装置。

4.根据权利要求3的自动望远镜系统，其特征在于，位置指示线路包括光学编码器，它连接至其相应的马达轴上，光学编码器发出电子脉冲，每一脉冲表示编码器的有限弧形运动，从而表示其相应马达的有限弧形运动。

5.根据权利要求4的自动望远镜系统，其特征在于，信号总线是串行总线，中央控制处理器通过相应的双线串行连接，根据包通信协议与每一控制线路进行通信。

6.一种自动望远镜系统，此类型的自动望远镜系统包含安装成用于围绕两根基本相互正交的轴线进行旋转的望远镜，该种自动望远镜系统包括：

第一和第二马达组装件，每一马达组装件被连接成用以围绕轴线中的一根相应轴线旋转望远镜，每一马达组装件包含：

马达，它具有旋转轴；

光学编码器，它被连接至马达轴，用于提供马达运动的反馈

信息；和

马达控制处理器，它用于命令马达运动和计算光学编码器反馈信息；以及

命令组件，它被通过相应的串行通信总线连接至每一马达组装件，命令组件接收来自使用者的望远镜运动命令，并发出通知给马达控制处理器的适当控制信号。

7.根据权利要求6的自动望远镜系统，其特征在于，命令组件还包括：

壳体，它成形成能被手舒适地握住；

键盘，它设置在壳体上，由使用者操纵，用以限定望远镜运动命令；以及

微控制器，它设置在壳体内，微控制器将键盘的使用者的操纵转换成控制信号，控制信号通过串行通信总线被引向每一马达组装件。

8.根据权利要求7的自动望远镜系统，其特征在于，命令组件还包括：

存贮器；以及

微处理器，其特征在于，存储器适合于宿主可由微处理器执行的应用软件程序代码，微处理器完成高层次应用软件执行任务和数字处理，以便限定给微控制器的命令，微控制器将所述命令转换成给每一马达组装件的控制信号。

9.根据权利要求8的自动望远镜系统，其特征在于，还包括：

第一数据库，它容纳于存储器中，第一数据库包含天体目标的目录，每一天体目标由一组天体座标加以识别；以及

第二数据库，它容纳于存储器中，第二数据库包含地理位置的目录，每一地理位置由一组以地球为基准的座标加以识别。

10.根据权利要求9的自动望远镜系统，使用者从第二数据库中识别最接近使用者的真实位置的地理位置，其特征在于，命令组件包含用于将以地球为基准的座标转换成天体座标的程序装置。

11.根据权利要求10的自动望远镜系统，其特征在于，命令组件包含从每一马达组装件接收望远镜位置指示的装置，命令组件结合地理位置处理位置指示，以便限定望远镜相对天体座标座的定向。

12.根据权利要求11的自动望远镜系统，其特征在于，命令组件包含这样的装置，它自动将望远镜移向需要的天体目标，以及跟踪所述天体目标的天体路径，而无需使用者进一步干预。

13.根据权利要求12的自动望远镜系统，其特征在于，望远镜制造成经纬座标结构。

14.根据权利要求13的自动望远镜系统，其特征在于，望远镜制造成极结构。

15.根据权利要求7的自动望远镜系统，其特征在于，壳体包含LCD显示屏，显示屏由向显示屏提供均匀照明的光源进行照明，光源包括：

会切曲线型灯箱，它被设置在壳体内，并位于紧挨显示屏的下方，会切线对开灯箱，设置在基本为灯箱相对端之间的中间；以及

若干灯源，它们配置成在会切线方向照射进入灯箱，其中，会切线的每一弧形部分均将光线扩散，并在相对光源基本为相等的散射角下将其引至显示屏上。

16.根据权利要求15的自动望远镜系统，其特征在于，光源是发光二极管。

17.根据权利要求16的自动望远镜系统，其特征在于，灯箱由半透明材料制成。

18.根据权利要求6的自动望远镜系统，其特征在于，串行通信总线还包括：

接口面板；

一对马达控制总线，每条马达控制总线被连接在接口面板与相应的马达组装件之间；

命令组件总线，它被连接在接口面板与命令组件之间；以及

辅助总线，它被连接至接口面板，并配置成促进命令组件与若干串行地连接至辅助总线的外围设备之间的数据和控制信号的通信。

19.根据权利要求18的自动望远镜系统，其特征在于，连接至串行总线的外围设备选自一个组合，该组合由全球定位系统设备、时间保存设备、电子指南针、MR传感器、个人计算机和辅助命令组件构成。

20.一种全自动望远镜系统，它具有分布在独立部件之间的功能性智能，此类型望远镜系统包含安装成用于围绕两根基本相互正交的轴线进行旋转的望远镜，该自动望远镜系统包括：

智能马达模块，该马达模块包含用于命令马达围绕相应轴线将望远镜旋转要求弧度总量的装置，还包含用于确定旋转的真正弧度总量的装置；

命令模块，它包含将使用者的输入转换成适于传输至马达模块的信号的装置，马达模块将所述信号处理成马达运动命令；以及

通信总线，它被连接在命令模块与马达模块之间。

21.根据权利要求20的全自动望远镜系统，其特征在于，还包括：

第一装置，它用于确定望远镜的水平方向；

第二装置，它用于确定望远镜的垂直方向；以及

其中第一和第二装置给命令模块提供对应每一被确定方向的信号。

22.根据权利要求21的全自动望远镜系统，其特征在于，还包括：

确定望远镜地理位置的装置；以及

这样的装置，它用于处理望远镜的地理位置、水平方向和垂直方向，以便相对天体座标系定向望远镜。

23.根据权利要求22的全自动望远镜系统，其特征在于，还包括选择需要的天体目标的装置其特征在于，望远镜系统自动移向该目标，无需使用者的进一步干预。

24.根据权利要求22的全自动望远镜系统，其特征在于，还包括自动输入时间参数的装置。

25.根据权利要求21的全自动望远镜系统，其特征在于，第一装置包括MR传感器，它被配置成，当望远镜指在相对预定指南针点的特定方向时，提供指示信号。

26.根据权利要求25的全自动望远镜系统，其特征在于，MR传感器被连接至通信总线，MR传感器向命令模块提供指示信号，命令模块将所述指示信号转换成适于传输给马达模块的马达控制信号，马达模块将所述马达控制信号处理成马达运动命令，从而望远镜根据操作中的指示信号自动被设置在相对预定的指南针点的特定方向。

27.在包含连接成围绕两条相互正交轴线进行旋转的望远镜的这种类型的计算机化望远镜系统中，一种用于相对球座标系对望远镜系统进行定向的方法，该方法包括：

设置一对马达，每一马达被连接成围绕相互正交轴线中的相应一根轴线旋转望远镜，每一马达包含位置基准指示器，每一位置基准指示器相对其相应轴线限定望远镜的弧形位置；

设置控制处理器，此处理器被连接成用以从每一位置基准指示器接受位置基准信息；

向控制处理器输入时间标记；

向控制处理器输入日期标记；

围绕轴线中的第一根轴线将望远镜运动至第一基准位置；

将来自相应的位置基准指示器的位置基准数据记录为第一位置索引；

围绕轴线中的第二根轴线将望远镜运动至第二基准位置；

将来自相应的位置基准指示器的位置基准数据记录为第二位置索引；以及

处理第一和第二位置索引及时间和日期标记，从而用以限定望远镜系统相对球座标系的真实座标位置。

28.根据权利要求27的方法，其特征在于，该方法还包括：

将需要观察的目标的球座标识别至控制处理器中，控制处理器计算每台马达的一组相应的位置基准标记，从而当相应位置基准指示器在所述标记时，望远镜基本指向所述需要观察的目标；以及

命令望远镜系统驱动马达，以便使望远镜指向需要的目标。

29.根据权利要求28的方法，其特征在于，该方法还包括：

当望远镜指向需要观察的目标时，从相应的位置基准指示器读出第一组位置基准数据；

计算需要观察的目标在望远镜视场中的位置；

驱动马达以便将需要观察的目标定位在视场的中心区域；

当需要观察的目标定位在视场的中心区域时，从相应的位置基准指示器记录第二组位置基准数据；以及

处理第一和第二组位置基准数据，以便改进望远镜系统相对球座标系的实际座标位置。

30.根据权利要求29的方法，其特征在于，球座标系是天体座标系。

31.根据权利要求30的方法，其特征在于，相互正交的望远镜轴线限定经纬座标型支架结构。

32.根据权利要求31的方法，其特征在于，位置基准指示器包括编码器，它们连接至它们各自的轴线上，每一编码器限定望远镜围绕其相应轴线的弧形位移，弧形位移以相应的第一或第二位置索引作为基础。

33.根据权利要求32的方法，其特征在于，第一基准位置是一个相对北极可确定的角，及特征在于，第二基准位置是一个相对水平面可确定的角。

34.根据权利要求33的方法，其特征在于，第一基准位置基本是北极，及特征在于，第二基准位置基本是水平面。

35.在包含连接成围绕两条相互正交轴线进行旋转的望远镜的这种类型的计算机化望远镜系统中，其中相互正交的轴线限定第一座标系，一种用于相对球座标系对望远镜系统进行定向的方法，该方法包括：

设置第一和第二马达，每一马达连接成围绕相互正交轴线中的相应一根轴线旋转望远镜；

设置第一和第二弧形位置指示器，每一位置指示器被连接至第一和第二马达中的相应一台马达，每一位置指示器指示望远镜相对在第一座标系中其相应轴线的弧形位置；

设置控制处理器，处理器被连接成用以从弧形位置指示器接收弧形位置；

围绕轴线中的第一轴线将望远镜运动至第一基准位置；

对应所述第一轴线的所述第一基准位置，记录第一弧形位置；

围绕轴线中的第二轴线将望远镜运动至第二基准位置；

对应所述第二轴线的所述第二基准位置，记录第二弧形位置；

处理第一和第二被记录的弧形位置，以便将第一座标系中的望远镜位置转换至球座标系中的实际望远镜位置；以及

输入旋转度量，旋转度量将球座标系中的实际望远镜位置旋转至与球座标系的主轴线一致。

36.根据权利要求35的方法，其特征在于，该方法还包括：

将第一和第二被记录弧形位置识别为相应的第一和第二基准位置，对每一轴线一个；

将需要观察目标的球座标识别至控制处理器中，控制处理器将所述球座标转换成相对第一和第二基准位置的一组需要的弧形位置，从而当每一相应位置指示器在相应需要的弧形位置时，望远镜基本指向所述需要观察的目标；以及

命令望远镜系统驱动马达，以便使望远镜指向需要的目标。

37.根据权利要求36的方法，其特征在于，该方法还包括：

当望远镜指向需要观察的目标时，从相应的位置基准指示器中读出第一组弧形位置；

计算需要观察的目标在望远镜视场中的位置；

驱动马达以便将需要观察的目标定位在视场的中心区域；

当需要观察的目标定位在视场的中心区域时，从相应的位置基准指示器中读出第二组弧形位置；以及

处理第一和第二组弧形位置，以便改进望远镜系统相对球座标系的实际座标位置。

38.根据权利要求37的方法，其特征在于，第一座标系是直角座标系，相互正交的望远镜轴线限定经纬座标型支架结构，其特征在于，球座标系是天体座标系，而天体座标由赤经和赤纬加以限定。

39.根据权利要求38的方法，其特征在于，旋转度规将望远镜的实际赤经与天体座标系的赤经对准。

40.根据权利要求39的方法，其特征在于，旋转度规对应时间。

41.根据权利要求38的方法，其特征在于，位置基准指示器包括编码器，它们连接至它们各自的轴线上，每一编码器限定望远镜围绕其相应轴线的弧形位移。

42.根据权利要求41的方法，其特征在于，第一基准位置是一个相对北极可确定的角，及特征在于，第二基准位置是一个相对水平面可确定的角。

43.根据权利要求42的方法，其特征在于，第一基准位置基本是北极，及其特在于，第二基准位置基本是水平面。

44.在自动经纬座标型望远镜系中，其中相互正交的地平纬度和地平经度轴线限定第一以地球为基础的座标系，一种为相对天体座标系对望远镜系统进行定向的方法包括：

设置地平纬度和地平经度马达，每一马达连接成围绕其相应轴线旋转望远镜；

设置地平纬度和地平经度的轴线旋转指示器，每一指示器被连接至其相应轴线，且每一指示器输出表示望远镜围绕相应轴线旋转总量的旋转数据；

设置控制处理器；

将地理标记输入控制处理器中；

将望远镜围绕地平经度轴线旋转至地平经度基准索引；

由地平经度轴线旋转指示器读出和记录对应地平经度基准索引输出的地平经度旋转数据；

将望远镜围绕地平纬度轴线旋转至地平纬度基准索引；

由地平纬度轴线旋转指示器，读出和记录对应地平纬度基准输出的地平纬度旋转数据；以及

处理地理标记及地平经度和地平纬度的旋转数据，以便将以地球为基础的座标系转换至天体座标系。

45.根据权利要求44的方法，其特征在于，该方法还包括：

将第一需要观察的目标的天体座标识别至控制处理器中，控制处理器将所述天体座标转换成一组相对地平经度和地平纬度的基准位置的需要的旋转数据，从而当每一相应轴线旋转指示器输出需要的旋转数据时，望远镜基本指向所述需要观察的目标；以及

命令望远镜系统驱动马达，以便使望远镜指向需要的目标。

46.根据权利要求45的方法，其特征在于，该方法还包括：

计算第一需要观察的目标在望远镜视场中的位置；

驱动马达以便将需要观察的目标重新定位在视场的中心区域；以及

更新地平纬度和地平经度旋转数据，以便改进以地球为基础的与天体的座标系之间的转换。

47.根据权利要求46的方法，其特征在于，该方法还包括：

将第二需要观察的目标的天体座标识别至控制处理器中，控制处理器将所述天体座标转换成一组相对地平经度和地平纬度的基准位置的需要的旋转数据，从而当每一相应轴线旋转指示器输出需要的旋转数据时，望远镜基本指向所述第二需要观察的目标；以及

命令望远镜系统驱动马达，以便使望远镜指向第二需要的目标。

48.根据权利要求47的方法，其特征在于，计算和更新步骤对第二需要观察的目标进行重复，以便进一步改进以地球为基础的与天体的座标系之间的转换。

49.一种自动望远镜系统，该望远镜系统包括：

望远镜镜管，它具有主纵向轴线；以及

MR传感器，它沿着望远镜镜管的主轴线而设置，MR传感器配置成，当望远镜指向相对预定指南针点的特定方向时，提供指示信号。

50.根据权利要求49的全自动望远镜系统，其特征在于，MR传感器被连接至通信总线，MR传感器向命令模块提供指示信号，命令模块将所述指示信号转换成适于传输给马达模块的马达控制信号，马达模块将所述马达控制信号处理成马达运动命令，从而望远镜根据操作中的指示信号相对预定的指南针点，指向特定向方。

51.一种照明源，它用于为LCD显示屏提供均匀照明，该照明源包括：

会切曲线型灯箱，它被设置在紧挨显示屏的下方，会切线对开灯箱，并设置在基本为灯箱相对端之间的中间；以及

若干灯源，它们配置成在会切线方向照射进入灯箱，其中，会切线的每一弧形部分均将光线扩散，并在相对光源基本为相等的散射角下将其引至显示屏上。

52.根据权利要求51的照明源，其特征在于，光源是发光二极管。

53.根据权利要求52的照明源，其特征在于，灯箱由半透明材料制成。

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