基于PXA270的移動(dòng)天文觀(guān)測系統設計

天體的視位置是天文觀(guān)測中最重要的一個(gè)數據。天體的視位置最初是通過(guò)查閱相關(guān)歷書(shū)得到，這種查表求天體的視位置方法存在很大問(wèn)題，主要是計算繁瑣，效率低，定位的周期長(cháng)，天體的數據量大，整本年歷有大量數據，而且每年都必須進(jìn)行數據更新。這種方法顯然不能滿(mǎn)足應用的需要。這里實(shí)現的方法是將天體的運動(dòng)簡(jiǎn)化為數學(xué)模型，通過(guò)對數學(xué)模型中相對固定的參數進(jìn)行運算，最終得出天體的位置，通過(guò)實(shí)驗比對驗證了這種方法的準確性和高效性。

星表就是通常所說(shuō)的恒星坐標表，它由天體的視位置經(jīng)過(guò)一系列的換算而得到星表歷元平位置，在星表中載有恒星的赤道平坐標，坐標的周年變化和恒星的白行等。

FK5是由德國海德堡天文所編制的近年來(lái)人們普遍使用的一種絕對星表。目前，這種由星表求解天體視位置的方法已被廣泛用于求解天文三角形中。

從FK5星表出發(fā)，經(jīng)過(guò)與編制星表相反的步驟來(lái)求天體的視位置，通過(guò)對影響恒星視位置的各種因素，如大氣折射、視差、光行差、歲差、章動(dòng)、自行等誤差的分析，給出計算恒星視位置的數學(xué)模型，其基本流程圖如圖3所示。

按照以上算法編寫(xiě)出相關(guān)函數庫，主程序將相關(guān)變量如輸入觀(guān)測地點(diǎn)經(jīng)緯度、欲觀(guān)測星體等數據即可計算出星體視位置。FK5星表以文件形式存放。

4 視頻數據采集及顯示

圖像數據的顯示可以通過(guò)直接寫(xiě)屏來(lái)實(shí)現。Linux工作在保護模式下，用戶(hù)態(tài)進(jìn)程是無(wú)法直接使用顯卡：BIOS里提供的中斷調用來(lái)實(shí)現直接寫(xiě)屏，故Linux抽象出FrameBuffer。這個(gè)設備來(lái)供用戶(hù)態(tài)進(jìn)程實(shí)現直接寫(xiě)屏。 FrameBtlffer主要是根據VESA標準實(shí)現的，所以只能實(shí)現最簡(jiǎn)單的功能。

直接寫(xiě)屏的過(guò)程：

(1)打開(kāi)一個(gè)FrameBuffer設備；

(2)通過(guò)調用mmap()把顯卡的物理內存空間映射到用戶(hù)空間；

(3)直接寫(xiě)內存。

由于直接寫(xiě)屏是直接對顯存進(jìn)行修改，同QT對程序界面的刷新并不協(xié)調，因此有時(shí)會(huì )出現顯示上的瑕疵，為此使用另一種方法顯示圖像數據，即利用QT庫中的QImage類(lèi)來(lái)實(shí)現。
以上論述了如何進(jìn)行采集及顯示，但在實(shí)際的系統中存在多個(gè)任務(wù)，各個(gè)模塊之間需要相互配合，如果簡(jiǎn)單地采用上述方法，由于視頻采集的速度較慢，將會(huì )造成阻塞，影響系統性能，因此使用線(xiàn)程技術(shù)。

在視頻設備初始化后開(kāi)啟一個(gè)采集線(xiàn)程，此線(xiàn)程不斷采集新的視頻數據，采集完一幀數據會(huì )改寫(xiě)狀態(tài)變量；顯示部分采用定時(shí)顯示，每隔一段時(shí)間判斷狀態(tài)變量是否為“已采集完畢”狀態(tài)，如果是則進(jìn)行顯示。由于需要耗時(shí)等待的采集過(guò)程在線(xiàn)程中運行，通過(guò)Linux系統的自動(dòng)調度，系統運行十分流暢。

5 觀(guān)測的結果

觀(guān)測結果包括：拍攝到的圖像、拍攝時(shí)所在地的經(jīng)緯度、拍攝時(shí)間、大氣溫度及拍攝的星體名稱(chēng)等。存儲時(shí)以文件的形式按時(shí)間存儲，形成觀(guān)測日志。

對天體視位置計算算法及望遠鏡實(shí)際指向進(jìn)行了測試。天體視位置算法的測試是選擇有代表性的四個(gè)天體(太陽(yáng)、大鳥(niǎo)六、月球、金星)，通過(guò)與專(zhuān)業(yè)天文軟件 STARCALC的計算結果進(jìn)行比對，衡量計算誤差的大小。望遠鏡實(shí)際指向的測試采用現場(chǎng)測量的方法。使用的主要測試工具為計算機、量角器等，測試數據如表1所示。

從比較結果可以看出，由本系統的天體視位置計算算法得出的方位角平均誤差為0．261°，高度角平均誤差為0．155°，小于系統使用望遠鏡(物鏡焦距360 mm，目鏡焦距20 mm)視角6．35°，滿(mǎn)足系統觀(guān)測要求。

圖4給出北京時(shí)間2008年6月27日20：22：49，在福州大學(xué)城(東經(jīng)119．29°，北緯26．08°)對月球的觀(guān)測圖像；圖5給出北京時(shí)間2008年6月22日3：47：49，在福州大學(xué)城(東經(jīng)119．29°，北緯26．08°)對金星的觀(guān)測圖像。

6 結 語(yǔ)

經(jīng)測試，系統工作正常，性能表現良好，達到了原設計目標。但是因為機械系統精度較差，選用的天文望遠鏡受價(jià)格約束，使本系統的總體表現受到一定影響。本系統稍加改動(dòng)，亦可用于遠距離視頻監控、人造衛星接收、天線(xiàn)指向控制、太陽(yáng)能電池板指向控制等領(lǐng)域。