技术领域：
[0001] 本
发明涉及天文观测技术领域，特别是涉及通过
天文望远镜寻星，具体地提供一种智能无线寻星控制方法。背景技术：
[0002] 由于地球的自转，我们在地球上观测到的星体大致上以
恒星速度绕着北极星旋转。目前，市面上一般的望远镜采用的是手动式极轴天文望远镜，用这种天文望远镜观测天体，天体就会在一段时间后逃出望远镜的视线范围，放大倍数越大逃出望远镜视场就越快，严重影响用户持续
跟踪观测的效果。而部分相对高档的天文望远镜虽然采用了电动跟踪系统，但是
控制器有线操作繁琐、界面不友好、操作语言支持不够，影响用户的体验感。
[0003] 目前，有
专利CN201310294227.7公开的是自动寻星及导星的控制系统及其控制方法，其中的寻星包括以下步骤：望远镜控
制模块接通电源开始工作，通过与望远镜
控制模块连接的
键盘，在与望远镜控制模块连接的LCD显示器辅助下，
键盘输入命令进入找星过程；调准天文望远镜，并找到一颗容易寻找的亮星置于天文望远镜
视野的中央，在望远镜控制模块的
数据库中查询该亮星的赤经、赤纬轴坐标，或者通过键盘打开望远镜控制模块的数据库，从望远镜控制模块的数据库中选择该星体的坐标后将自动填入相关值；输入需要寻找的目标星坐标，通过键盘从望远镜控制模块的数据库查询需要观测的星体的坐标，自动填入相关值；完成之后，通过望远镜控制模块计算，步进
电机控制器将发送命令给步进电机，控制赤道仪开始调整赤纬轴，赤纬轴到位后则开始调整赤经轴转动相应的
角度，从而控制天文望远镜转相应的角度，开始找星过程；找到目标星体后，将进入自动跟踪过程，赤道仪的赤经轴以一定的速度继续运行，并且将该星体的坐标自动设定为基准坐标，记录该坐标，以方便找下一个目标星体；又有专利CN200610038199.2公开的是一种便携式天文望远镜的自动寻星控制装置及其控制方法，其控制方法包括以下步骤：通过
主控制器校准赤道仪对北天极之间的误差，在主控制器中的
微处理器从键盘得到自动寻星的命令后，主控制器中的微处理器计算出目标天体在赤道仪中的坐标；接着主控制器中的微处理器通过内部的
串行总线向赤道仪驱动控制装置发出命令，赤道仪驱动控制器的微处理器控制直流电机运行根据到
指定位置后，主控制器中的微处理器再计算此时目标天体在赤道仪中的坐标，由于目标天体在赤道仪中的坐标是不断随时间变化的，主控制器不断重复上述计算、命令、执行过程，直到目标天体在赤道仪中的坐标和赤道仪的实际坐标的误差在再指定范围内，自动寻星结束后，主控制器控制赤道仪驱动控制器恒动跟踪，实现望远镜指向并跟踪目标天体；这些寻星控制系统和方法在实际使用时无法实时更新天体数据，寻星准确度不高，耗费大量时间和精
力；同时，星空中存在部分
亮度不高的暗天体，传统的简单通过望远镜的方法也不容易观测到。
发明内容：
[0004] 本发明的目的是克服
现有技术中的寻星方法存在无法实时更新天体数据、寻星准确度不高、不容易观测到暗天体以及耗费大量时间和精力等缺点，提供一种智能无线寻星控制方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种智能无线寻星控制方法，能够利用天文望远镜、
伺服电机控制系统和无线控制系统进行无线寻星，所述天文望远镜安装在伺服电机控制系统上，所述天文望远镜和伺服电机控制系统分别与无线控制系统无线连接，所述无线控制系统包括GPS
传感器、重力感应传感器、
电子罗盘、显示模块、星体数据模块、三维天
体模型模块、电子星图模块和星空图片库模块，其特征在于，包括以下步骤：
[0006] 步骤1：通过调用所述无线控制系统中的GPS传感器、重力感应传感器和
电子罗盘获得用户的地理坐标数据、朝向方位数据和观测角度数据；
[0007] 步骤2：根据获得的地理坐标数据、朝向方位数据和观测角度数据，通过调用星体数据模块、三维天体模型模块、电子星图模块和星空图片库模块在显示模块上显示一个三维立体的电子星图，在所述电子星图中模拟各星体的特征、各
星座的连线效果和星座图形；
[0008] 步骤3：根据获得的地理坐标数据、朝向方位数据和观测角度数据，所述无线控制系统模拟用户的朝向方位和观测角度，并根据模拟结果显示当前用户视角所看到的星体，选择所要观测的星体；
[0009] 步骤4：手动调整所述天文望远镜指向正北且保持
水平位置，记录为A点；选择B点星体，所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向B点星体，调整所述天文望远镜使B点星体处于视场中央；选择C点星体，所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向C点星体，调整所述天文望远镜使C点星体处于视场中央；计算A、B、C三点间的立体角误差，所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向所要观测的星体时根据立体角误差进行自动补偿。
[0010] 进一步地，所述无线控制系统还包括天文事件数据库模块，步骤1中还能够获取时间数据，所述天文事件数据库模块能够根据时间数据和地理坐标数据提前计算出每个星体在既定时刻所在的位置，并以此来推算天文事件，从而满足用户对各种天象事件进行模拟。
[0011] 进一步地，所述无线控制系统还包括扩展升级模块，所述扩展升级模块能够从后台
服务器中获取星体数据的更新，所述星体数据的更新包括行星修正数据更新、最新
彗星数据更新、
人造卫星数据更新、
小行星数据更新、
流星雨数据更新、岁差修正更新、深空天体数据更新、恒星数据更新和补充以及近期天文事件推送。
[0012] 进一步地，所述星体数据模块包含星空图片库模块中对应图片的链接；所述星体数据模块包含
太阳系天体、全天88星座、梅西耶天体、NGC天体、考德威尔、BSC天体、深空
星系星云和人造卫星的至少3万个天体的数据；所述星空图片库模块包含全天88星座背景图，高清太阳系天体图以及各个深空天体的星体图片，所述三维天体模型模块能够在所述星空图片库模块中的图片文件被翻译为三维贴图格式后进行
渲染；用户通过搜索或滑动星图找到各个星体图片，当星体图片可用时，星体图片将在渲染时，读取对应的图片文件，翻译为三维贴图格式，并提供给三维天体模型模块进行渲染。
[0013] 优选地，星体数据在所述星体数据模块中以“星表-星体编号-星体数据”关联存储，星体数据在内存中，基本数据以数组方式顺序存放，为每个星表建立“星体编号-星体数据索引”关联的索引；全天88星座的数据在所述星体数据模块中以“星座缩写-星座数据”关联存储，星座数据在内存中，以数据方式按字母顺序排序存放，并建立“星座缩写-星座数据”关联的索引。
[0014] 进一步地，在所述电子星图中，采用“地心中心视角”，定义视点坐标为(0,0,0)，星体是半径不为0的球体，星体采用赤道
坐标系表示，星体到显示模块的坐标变换路径为赤道坐标-地平坐标-视角坐标-屏幕坐标，具有赤道、地平、视角和屏幕4个变换矩阵。
[0015] 进一步地，星体显示以在对应赤道坐标上的位置绘制相应图片来实现，所述电子星图模块搜索星体时，电子星图模块将根据星体的赤道坐标，反算回对应的视角坐标，将当前视角移动至目标星体位置，即可实现星体的搜索功能。
[0016] 进一步地，步骤3中，当用户点击显示模块上的具体位置时，电子星图模块能够识别出点击位置的星体，通过将点击位置的屏幕坐标反算回电子星图中的赤道坐标，再以伺服电机控制系统的赤道坐标为中心，向外扩散查找距离最近的星体，即可获得用户点击的星体，以完成所要观测的星体的选择。
[0017] 进一步地，步骤3中，当用户选择了观测暗星体后，所述无线控制系统会找到暗星体附近的最近一颗容易识别的亮星体，并控制伺服电机控制系统驱动天文望远镜转向该亮星体，然后微调所述天文望远镜使该亮星体处于所述天文望远镜的视场中央；待用户确认后，所述无线控制系统会以该亮星体为新基点，并控制伺服电机控制系统驱动天文望远镜转向所要观测的暗星体。
[0018] 进一步地，步骤4还包括驱动校准步骤，该步骤包括：
[0019]
选定一远处景物，手动调整到所述天文望远镜的视场中央；
[0020] 所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向一侧α角度，然后反方向转β角度，且β＜α，接着调整所述天文望远镜使远处景物处于所述天文望远镜的视场中央；此时，所述无线控制系统可以此为标准零起始点。
[0021] 所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向另一侧γ角度，然后反方向转δ角度，且δ＜γ，接着调整所述天文望远镜使远处景物处于所述天文望远镜的视场中央；
[0022] 计算所述天文望远镜从δ角度位置转到使远处景物处于所述天文望远镜的视场中央之间的驱动误差，所述天文望远镜在后续进行正反方向切换时自动补偿所述驱动误差。
[0023] 本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
[0024] 本发明所述的一种智能无线寻星控制方法，能够利用天文望远镜快速、准确地对准所要观测的星体，能够实施低延时快速的数据传输，实现上下链路的
数据采集和交换，从而实时监控望远镜的状态和控制望远镜的运作，还能够精确模拟出观测方位上的天体，能够有效提高对暗星体的指向，大大提高了天文望远镜对亮度不高的暗星体的观测能力；并且实现实时更新星体数据，提高数据的准确度，能够更准确方便地寻星，以及能够满足用户对各种天象事件进行模拟，同时能够校准存在的机械误差以及支持各个智能终端平台。
附图说明：
[0025] 图1为本发明所述的天文望远镜和伺服电机控制系统与无线控制系统连接的结构示意图。具体实施方式：
[0026] 以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
[0027] 如图1所示，本发明所述的一种智能无线寻星控制方法，能够利用天文望远镜、伺服电机控制系统和无线控制系统进行无线寻星，所述天文望远镜安装在伺服电机控制系统上，所述天文望远镜和伺服电机控制系统分别与无线控制系统无线连接，所述无线控制系统包括GPS传感器、重力感应传感器、电子罗盘、显示模块、星体数据模块、三维天体模型模块、电子星图模块和星空图片库模块，其特征在于，包括以下步骤：
[0028] 步骤1：通过调用所述无线控制系统中的GPS传感器、重力感应传感器和电子罗盘获得用户的地理坐标数据、朝向方位数据和观测角度数据；
[0029] 在本发明中，所述无线控制系统能够控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向，从而使所述天文望远镜对准所要观测的星体。优选地，所述无线控制系统可以为智能手机或
平板电脑，以及其他合适的便携式无线移动智能终端。同时，所述无线控制系统支持各个智能终端平台，例如但不限于安卓、iOS和WindowsPhone等。
[0030] 并且，所述无线控制系统还包括天文事件数据库模块和扩展升级模块；步骤1中还能够获取时间数据，所述天文事件数据库模块能够根据时间数据和地理坐标数据提前计算出每个星体在既定时刻所在的位置，并以此来推算天文事件，从而满足用户对各种天象事件进行模拟。
[0031] 其中，所述扩展升级模块能够从后台服务器中获取星体数据的更新，所述星体数据的更新包括行星修正数据更新、最新彗星数据更新、人造卫星数据更新、小行星数据更新、流星雨数据更新、岁差修正更新、深空天体数据更新、恒星数据更新和补充以及近期天文事件推送等，从而实现实时更新星体数据，提高数据的准确度，能够更准确方便地寻星。
[0032] 所述天文望远镜和伺服电机控制系统分别与无线控制系统的无线连接可以通过蓝牙模块或WIFI
无线通信模块，其中蓝牙模块兼容2.0版本、4.0版本和更高版本；WIFI无线通信模块兼容802.11a/b/g/n和更高版本。
[0033] 步骤2：根据获得的地理坐标数据、朝向方位数据和观测角度数据，通过调用星体数据模块、三维天体模型模块、电子星图模块和星空图片库模块在显示模块上显示一个三维立体的电子星图，在所述电子星图中模拟各星体的特征、各星座的连线效果和星座图形；
[0034] 其中，所述各星体的特征包括位置、距离和亮度等，并能够根据视觉效果，放大或缩小电子星图。
[0035] 所述星体数据模块包含星空图片库模块中对应图片的链接；所述星体数据模块包含太阳系天体、全天88星座、梅西耶天体、NGC天体、考德威尔、BSC天体、深空星系星云、人造卫星等3万多个天体的数据。星体数据在所述星体数据模块中以“星表-星体编号-星体数据”关联存储；星体数据在内存中，基本数据以数组方式顺序存放，为每个星表建立“星体编号-星体数据索引”关联的索引，以便通过星体编号快速
定位。全天88星座的数据在所述星体数据模块中以“星座缩写-星座数据”关联存储；星座数据在内存中，以数据方式按字母顺序排序存放，并建立“星座缩写-星座数据”关联的索引，以便通过星座缩写快速定位。
[0036] 所述三维天体模型模块能够在所述星空图片库模块中的图片文件被翻译为三维贴图格式后进行渲染。
[0037] 通过赤经赤纬数据定位天体，三维坐标包含地平坐标以及赤道坐标。通过GPS传感器和重力感应传感器实时显示所述无线控制系统所指向方位的电子星图，GPS传感器和重力感应传感器还能够为所述天文望远镜寻星进行导航。步骤1中还能够获取时间数据，根据时间数据和地理坐标数据模拟星体三维运动从而实时显示各星体的视运动。
[0038] 在所述电子星图中，采用“地心中心视角”，定义视点坐标为(0,0,0)，星体是半径不为0的球体，星体采用赤道坐标系表示，星体到显示模块的坐标变换路径为赤道坐标-地平坐标-视角坐标-屏幕坐标，具有赤道、地平、视角和屏幕4个变换矩阵，进行赤道-地平、地平-视角、视角-屏幕等变换。地球自转的模拟通过改变赤道-地平变换矩阵来实现，根据当前渲染时的时刻，计算出赤道与地平坐标的换算关系，按照一定速率重复渲染即可达到地球自转导致星体位移的显示效果。
[0039] 所述电子星图模块具备电子星图的功能，方便用户识别星体、搜索星体。星体显示以在对应赤道坐标上的位置绘制相应图片来实现。当用户点击显示模块上的位置时，电子星图模块能够识别出点击位置的星体。所述电子星图模块搜索星体时，电子星图模块将根据星体的赤道坐标，反算回对应的视角坐标，将当前视角移动至目标星体位置，即可实现星体的搜索功能。
[0040] 所述星空图片库模块包含全天88星座背景图，高清太阳系天体图以及各个深空天体的星体图片，用户可以通过搜索或滑动星图找到各个星体图片。当星体图片可用时，星体图片将在渲染时，读取对应的图片文件，翻译为三维贴图格式，并提供给三维天体模型模块进行渲染。当用户移动视角，在屏幕上出现星体时，则可以看到该星体的对应位置上显示出星体的图片。
[0041] 步骤3：根据获得的地理坐标数据、朝向方位数据和观测角度数据，所述无线控制系统模拟用户的朝向方位和观测角度，并根据模拟结果显示当前用户视角所看到的星体，选择所要观测的星体；
[0042] 具体地，当用户点击显示模块上的具体位置时，电子星图模块能够识别出点击位置的星体，通过将点击位置的屏幕坐标反算回电子星图中的赤道坐标，再以伺服电机控制系统的赤道坐标为中心，向外扩散查找距离最近的星体，即可获得用户点击的星体，以完成所要观测的星体的选择。
[0043] 当用户选择了观测暗星体后，所述无线控制系统会找到暗星体附近的最近一颗容易识别的亮星体，并控制伺服电机控制系统驱动天文望远镜转向该亮星体，然后微调所述天文望远镜使该亮星体处于所述天文望远镜的视场中央；待用户确认后，所述无线控制系统会以该亮星体为新基点，并控制伺服电机控制系统驱动天文望远镜转向所要观测的暗星体。这样因为新基点与暗星体之间的夹角较小，能够有效提高对暗星体的指向，大大提高了天文望远镜对亮度不高的暗星体的观测能力。
[0044] 步骤4：手动调整所述天文望远镜指向正北且保持水平位置，记录为A点；选择B点星体，所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向B点星体，调整所述天文望远镜使B点星体处于视场中央；选择C点星体，所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向C点星体，调整所述天文望远镜使C点星体处于视场中央；计算A、B、C三点间的立体角误差，所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向所要观测的星体时根据立体角误差进行自动补偿；
[0045] 所述伺服电机控制系统可以使用直流伺服电机控制系统，具有光学编码管反馈，在提供大负载的驱动输出的同时，还能够准确控制天文望远镜的运转位置。
[0046] 由于所述伺服电机控制系统存在机械机构的局限，那就不可避免地存在机械误差，为了对机械误差进行校准，优选还包括驱动校准步骤，该步骤包括：
[0047] 选定一远处景物，手动调整到所述天文望远镜的视场中央；
[0048] 所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向一侧α角度，例如左转α角度，然后反方向转β角度，且β＜α，接着调整所述天文望远镜使远处景物处于所述天文望远镜的视场中央；此时，所述无线控制系统可以此为标准零起始点。
[0049] 所述无线控制系统控制所述伺服电机控制系统驱动所述天文望远镜转向另一侧γ角度，例如右转γ角度，然后反方向转δ角度，且δ＜γ，接着调整所述天文望远镜使远处景物处于所述天文望远镜的视场中央；
[0050] 计算所述天文望远镜从δ角度位置转到使远处景物处于所述天文望远镜的视场中央之间的驱动误差，所述天文望远镜在后续进行正反方向切换时自动补偿所述驱动误差。
[0051] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所述的一种智能无线寻星控制方法所作的进一步详细说明，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域普通技术人员依据本发明的技术方案做出的各种
变形和改进，均应视为在本发明的保护范围内。
