[发明专利]基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟定标方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟方法，非常适用于多目标光纤光谱望远镜的多目标光纤定位的模拟定标检测、定位机构运动测试以及相关定位精度的判断和验证。本发明还涉及这种基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟方法所使用的设备。

背景技术

天文学正进入一个蓬勃发展的新时期，在空间/地面全波段实现成像和光谱观测。然而对于光学波段物理信息含量最大、积累最多、运用也最成熟的天体性质和行为的认识，相对成像巡天所获得的数以百亿计的天体的光谱信息还很极其缺乏。新型多目标光谱巡天望远镜及其相关关键技术正是应运而生，其中关键核心技术之一的多目标光纤单元定位技术，主要用以在一个很大尺寸的虚拟的平面或者球面焦面上，足够精确部署和定位大批量的光谱光纤（端面），从而在每轮观测时都要精确地对准大量天体目标并收集光谱能量，实现高精度光谱巡天。但如何在一个大尺度的平面或球面焦面上，测试大量多目标光纤定位的精度，成功检测和验证出微米级的光纤定位精度，是一个难题。

当前是针对国际上最先进的多目标光纤定位技术，是中国科学技术大学精密机械和精密仪器系自主研制的并行可控分区的双回转光纤定位技术。而常规光纤定位定标测试采用照相法，把大焦面分小区后利用光纤背照对光纤端面拍照和定标，最终拼接组合，采用多项式拟合，但在实际现场，会额外受到定位单元机构、相机姿态、相机位置变化、相机误差、像质、视宁度、光纤属性、焦面温度变形、焦面重力变形、分区拼接、平面与球面坐标转换等众多因素的综合影响，实际最终全部光纤定位精度很难真正验证和判定。

随着多目标光谱巡天的发展以及越来越高的单元数目和精度要求，当前利用光纤背照（光纤远端主动照明）的照相法的缺点是：会受到诸如相机姿态、相机位置变化、相机误差、像质、定位单元机构、视宁度、光纤属性、焦面曲面几何形状、焦面温度变形、焦面重力变形、分区拼接、平面与球面坐标转换等众多因素的综合影响，无法准确并且方便地测试定位单元机构运动以及无法验证全部光纤定位精度。

发明内容

为了进一步发展多目标光纤定位定标技术，克服目前定标技术的不足，本发明针对多目标光纤定位技术，通过简单易行的工艺设计，造价较低地实现基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟定标，提供一种基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟定标方法的设计。本发明还将提供这种基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟方法所使用的设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟定标方法，其特征在于，步骤如下：

⑴. 在多目标光纤定位系统前面设置一个拼接的大屏幕，所述拼接大屏幕采用的可以是液晶拼接，或投影大屏幕，或等离子拼接大屏幕；

⑵. 对大屏幕直接整体测量，在整个大屏幕坐标系下标定出每个显示单元（或称为“小屏幕单元”，例如，单个液晶或单个等离子管）的相互空间位置坐标；

⑶. 利用计算机技术在大屏幕上模拟产生全部光纤对应的天文光谱观测目标，根据大屏幕与焦面位置几何转换关系，并命令光纤定位系统实现定位； 

⑷. 通过光纤定位运动机构与模拟天文光谱观测目标源进行相对的二维对准扫描定位（可以是固定光纤定位系统，在大屏幕上模拟观测目标源位置二维变化的二维扫描，或固定大屏幕上目标源，在焦面上用光纤定位机构运动来实现二维的扫描），用相机曝光获取积分光纤光谱能量，通过上述获取离散能量和位置数据的类高斯的拟合和插值处理，即可精确定标当前光纤定位单元理想位置和光纤定位运动机构定位运动精度。

本发明如图1，通过采用和标定拼接大屏幕（如图2），建立大屏幕统一坐标系与理论焦面（光纤端面所在面）的坐标转换关系，利用上述转换关系和数字图像技术的优势，模拟产生全部天文光谱观测目标源（如图3）并进行光纤初定位，通过基于全部天文光谱观测目标源与光纤单元的相对的位置的主动二维扫描变化（固定一个，主动微观调整另外一个，如图4和图5），在光纤输出端收集离散扫描获得的能量，记录对应位置信息，通过能量数据信息的类高斯拟合和插值，即可获取理想光纤定位位置，以及其与光纤初定位位置差别，即光纤定位精度。

完成本申请第2个发明任务的方案是：上述基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟定标方法所使用的，一种基于拼接大屏幕的多目标光纤定位模拟定标设备，多目标光纤定位系统的面底板背面固定有各传光光纤，其特征在于，在所述面底板前面设置一个拼接大屏幕；该拼接大屏幕与能够在改大屏幕上模拟产生（全部光纤对应的）天文光谱观测目标的计算机连接；同时，设有用于天文观测的相机。