Метод синтеза наблюдательных систем больших оптических телескопов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Комаров, Владимир Владимирович

• Комаров, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Комаров, Владимир Владимирович

Введение.

1. Анализ современного состояния наблюдательных систем больших оптических телескопов.

1.1. Подсмотровые системы на крупнейших наземных оптических телескопах мира.

1.2. Проблемы создания телевизионных подсмотровых систем, вытекающие из методов наблюдательных астрофизических экспериментов.

1.3. Конфигурации телевизионных камер и особенности их применения в астрономии.

1.4 Методы и устройства оцифровки и передачи астрономических изображений.

1.5 Выводы главы 1 и постановка задачи.

2 Статистический анализ телевизионных наблюдательных систем больших оптических телескопов.

2.1 Формирование изображений астрономических объектов системой «атмосфера + телескоп».

2.2 Фотоэлектронная статистика при фотодетектировании оптических изображений.

2.3 Численные оценки параметров оптических изображений на 6м оптическом телескопе БТА и 1м Цейсс-1000.

2.4 Статистические оценки фундаментальных ограничений на применение

ТВ подсмотров для БТА и Цейсс-1000.

2.5 Выводы главы 2.

3 Параметрический синтез наблюдательных систем больших оптических телескопов.

3.1 Построение наблюдателя на 6м оптическом телескопе БТА.

3.2 Моделирование телевизионного наблюдателя.

3.3 Оптимизация параметров фотоприемника в канале подсмотра.

3.4 Видеосервер БТА.

3.5 Удаленный доступ и веб - каналы.

3.6 Выводы главы 3.

4 Методики повышения надежности отождествления и точности гидирования телескопов БТА и Цейсс

4.1 Наблюдательные возможности цифровых ТВ каналов при отождествлении и гидировании астрономических объектов.

4.2 Фотометрические возможности цифровых ТВ каналов.

4.3 Возможности накопительных неохлаждаемых ПЗС камер в первичном фокусе БТА.

4.4 Разработка и создание нового поколения цифровых телевизионных подсмотров и методик для астрономических наблюдений.

4.5 Выводы главы 4.

5 Разработка и внедрение в штатную эксплуатацию на больших оптических телескопах БТА и Цейсс-1000 новых ТВ систем.

5.1 Телеподсмотр спектрографа UAGS.

5.2 Телеподсмотр «Гид БТА».

5.3 ТВ системы "ВСЕ НЕБО" для дистанционного мониторинга в реальном времени ночного состояния облачности.

5.4 Выводы главы 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод синтеза наблюдательных систем больших оптических телескопов»

Информацию от далеких звездных образований, которую получают астрономы с помощью больших оптических телескопов, порой приходится накапливать часами, т.к. свет от звезд очень слабый. Поэтому, точности сопровождения телескопом движущихся звездных объектов только за счет механических средств недостаточно при исследованиях на больших временных интервалах. Необходимо корректировать ведение телескопа (осуществлять гидирование) с целью постоянного возврата исследуемого объекта на ось визирования. Чаще всего методы гидирования используют визуальные наблюдательные системы, которые позволяют вручную вносить поправки в режиме сопровождения. Для больших оптических телескопов такие методы неприемлемы, т.к. в маленьком поле наблюдения может и не оказаться достаточно ярких опорных звезд. Поэтому для основных информационных каналов больших оптических телескопов, и для систем их слежения - наблюдателей - характерны проблемы обнаружения всё более слабых объектов при одновременном повышении пространственного разрешения. В функции наблюдателей и систем управления телескопом входит обеспечение наведения телескопа, отождествления получаемого изображения с эталоном (картой звёздного неба), увеличение точности гидирования телескопа. И все это должно работать в режиме автоматизированного управления телескопом.

Отличительной особенностью рассматриваемых наблюдателей от основных информационных трактов телескопов является требование работы в реальном времени, обеспечивающей высокое разрешение, не только в пространстве, но и во времени. По сути, мы исследуем распределенный сигнал, при этом, рассматриваемый наблюдатель телескопа собирает меньшее количество света (меньшее количество информации об изучаемом процессе). Поэтому от наблюдателя требуется потенциальная помехоустойчивость, понимаемая, как возможность точного измерения пространственно-временных координат и фотометрических характеристик объекта. Эта прагматическая составляющая дополняется методологической - потребностью практики проектирования систем коррекции в методике определения оптимальных параметров рассматриваемых наблюдателей, зависящих от совокупности оптико-механических параметров телескопов, выступающей в роли априорной информации при параметрическом синтезе элементов наблюдателей (телевизионных систем).

Целью работы является синтез наблюдателей в телевизионной астрономии, разработка методик и оптимизация устройств телевизионных наблюдателей на больших оптических телескопах. В том числе и на крупнейшем российском 6м оптическом телескопе БТА. Это позволит обеспечить повышение надежности отождествления и точности гидирования телескопов с предоставлением в реальном времени сетевого доступа к ТВ изображениям с любого рабочего места астронома-наблюдателя, включая доступ через Интернет.

Для достижения заданной цели были сформулированы основные задачи данной работы:

1. Анализ особенностей использования телевизионных наблюдательных систем в фокусах оптических телескопов и формирование требований к устройствам отождествления.

2. Систематизация и сравнительный анализ высокочувствительных фотоприемников для отождествления и гидирования астрономических объектов.

3. Статистический анализ характеристик телевизионных наблюдательных систем на больших оптических телескопах.

4. Параметрический синтез методов и устройств телевизионных наблюдателей для повышения надежности отождествления и точности гидирования телескопов.

5. Оптимизация параметров наблюдателей для больших оптических телескопов на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

6. Разработка методик повышения надежности отождествления и точности гидирования телескопов, обеспечивающих в реальном времени доступ к наблюдательному процессу с любого рабочего места астронома-наблюдателя, включая доступ через Интернет.

7. Проведение экспериментальных исследований телевизионных наблюдателей нового поколения на больших оптических телескопах БТА и Цейсс-1000.

Научная новизна

В данном исследовании получены следующие новые результаты: решена задача по оптимизации параметров телевизионного подсмотра больших оптических телескопов на основании критерия минимизации ошибок измерения пространственно-временных координат объектов (световых пятен) в системах анализа турбулентных атмосферных искажений волнового фронта; получены формулы для оптимального времени кадра и оптимальной пространственной дискретизации. Выявлена зависимость оптимальной кадровой частоты только от временных параметров сигнала. Выявлена зависимость оптимальной пространственной дискретизации не только от пространственных параметров, но и от временных;

- получены численные оценки оптимального времени накопления Т„ор1, для которого сохраняется возможность управления параметрами телеподсмотра в реальном времени и которое с учетом инерционности системы управления телескопов составляет для БТА величину около 2/3 сек. Использование этого времени обеспечивает выигрыш в проницающей способности ТВ систем БТА около 2 зв. величин с возможностью работы ТВ подсмотров в реальном времени.

Практическая значимость работы

Предложены системные решения (использование единого видеосервера для оцифровки аналоговых видеосигналов комплекса ТВ камер, цифровое управление параметрами ТВ камер) для унифицированного ТВ подсмотра больших оптических телескопов CAO РАН, позволившие обеспечить увеличение в 3 - 4 раза чувствительности подсмотровых систем с улучшением проницающей способности подсмотров на 1.5 - 2 зв. величины и с расширением динамического диапазона канала ТВ подсмотра в 6 - 8 раз.

Предложены и внедрены методики быстрого отождествления и коррекции гидирования телескопами по цифровому видеоизображению источников в наблюдаемой звездной площадке исследуемого объекта. В результате на 6м телескопе БТА получено двойное увеличение точности ведения, при котором точность сопровождения объекта достигла ± 0.1 угл.сек.

Впервые проведен системный анализ наблюдательных систем больших оптических телескопов, сделаны статистические оценки фундаментальных ограничений на применение малоформатных ПЗС камер в составе ТВ подсмотров, приводящие к значительному понижению стоимости подсмотровой системы.

Впервые в России создана открытая в Интернет ТВ система визуального контроля крупнейшего российского телескопа, которая позволяет:

- получать оцифрованную видеоинформацию как основную об источнике наблюдения и окрестностях наблюдаемого поля, так и вспомогательную: видеоконтроль положения телескопа и контроль облачности и прозрачности неба над БТА;

- повысить надежность отождествления и гидирования наблюдаемых объектов;

- увеличить чувствительность телеподсмотров во всех фокусах;

- реализовать метод автогидирования, а именно - коррекции ведения телескопа по цифровому видеоизображению наблюдаемых объектов или опорных источников в исследуемом поле;

- увеличить концентрацию света от наблюдаемого объекта на щели спектрографов за счет более стабильного гидирования телескопа;

- в реальном времени осуществлять контроль и обработку видеоизображений: сложение кадров (режим накопления видеосигнала), запись в архив (например, документирование в процессе наблюдения положения протяженных объектов на щели спектрографов) и др.;

- в реальном времени получить доступ к телевизионным изображениям с любого рабочего места в локальной сети CAO и Интернет;

Вышеперечисленные методики можно применить и для других больших оптических телескопов (например, Крымской станции ГАИШ, в ГАО, станция Терскол ИНАСАН, а также Цейсс-1000 CAO).

Реализация и внедрение

Реализация и внедрение системы подсмотров отмечены в отчёте Бюро научного Совета по астрономии ОФН РАН:

Впервые в России разработана и введена в эксплуатацию открытая в Интернет телевизионная система визуального контроля крупнейшего российского телескопа БТА позволяющая как оператору, так и наблюдателям контролировать в удаленном режиме состояние и работу основных систем телескопа, наведение, управление и астроклиматические условия.» // Отчёт Бюро научного Совета по астрономии ОФН РАН от 22.12.2005г. о важнейших достижениях астрономических исследований в России в 2005г.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Комаров, Владимир Владимирович

4.5 Выводы главы 4

На основе проведенного в данной главе экспериментального исследования по улучшению наблюдательных возможностей больших оптических телескопов CAO, можно сделать следующие выводы:

1. Разработка и создание единой цифровой видеосети на 6-м оптическом телескопе БТА позволила реализовать новые возможности в наблюдениях:

- одновременный контроль за работой телеустройств на одном компьютере;

- компьютерная обработка телевизионных изображений;

- сложение кадров;

- запись наблюдаемых изображений в архив; s I

- компьютерное управление параметрами новой ПЗС камеры позволяет | увеличивать время накопления на ПЗС до 2048 кадров (экспозиция до 40 секунд) с дискретностью предустановки 1 кадр (1/50 сек); I

- увеличение времени накопления на ПЗС позволяет повысить значение в сигнал/шум наблюдаемых объектов. I

3. Определено компромиссное значение времени накопления около 2/3 сек. при котором, не теряя связи с реальным временем, координатная точность £ достигает 0.2 угл.сек. Сравнительный анализ результатов обработки звездного — поля стандартов в окрестности галактики Mark 917 показал, что проницающая ■ способность с подсмотром, имеющим накопление на ПЗС-матрице до 2/3 g секунды, выше, примерно, на две звездных величины (в условиях наблюдений среднего качества изображения).

4. Реализованное программное управление ТВ устройств позволило расширить | динамический диапазон ТВ подсмотров нового поколения в 6 - 8 раз (на 2-2.5 щ зв.величины). "

5. Предложен „ ревизован метод корреЩ„„ гидирования БТА по цифровом, I видеоизображению поля исследуемого объекта. Проведенное исследование * показало, что без коррекции точность гидирования телескопа находится в * пределах +-0.2 угл.сек. При использовании метода коррекции гидирования | точность ведения телескопа увеличивается в 2 раза. 1

6. Предложенная диссертантом структура созданого видеокомплекса для БТА может быть реализована и на других больших оптических телескопах. В J частности, на 1м телескопе Цейсс-1000 аналогичная схема работы видеосети внедрена в штатную эксплуатацию [8]. в

5. Разработка и внедрение в штатную эксплуатацию на больших | оптических телескопах БТА и Цейсс-1000 новых ТВ систем g

Каждую ночь в наблюдениях на оптических телескопах БТА и Цейсс-1000 £ участвуют до десятка необслуживаемых телевизионных систем. В наблюдениях со спектрографами в Нэсмит фокусах для отождествления исследуемых объектов | задействованы телеподсмотры поля, а также телегид 70см телескопа, который . может использоваться и для оценки прозрачности атмосферы в близлежащей ■ окрестности исследуемой области. Для визуального выведения объекта на щель | спектрографа, а также для контроля удержания источника на щели, используются щелевые телеканалы Нэсмит фокусов и телеподсмотры спектрографов в ПФ. |

Для оценки облачности в окрестностях БТА, а также для визуального контроля положения телескопа в процессе наблюдений задействованы вспомогательные телеканалы, которые работают в круглосуточном режиме. ■

Одновременное поддержание в работоспособном состоянии на БТА и Цейсс-1 ООО более двух десятков телевизионных систем в наших условиях оправдывает | себя только тогда, когда системы идентичны или унифицированы.

С конца 90-х гг. проводятся экспериментальные исследования для различных £ вариантов построения ТВ подсмотра (по сопряжению отдельных блоков ТВ подсмотра, по способу охлаждения ПЗС матриц и выбору компромиссного ™ значения времени накопления на ПЗС матрице), чтобы принять инженерно | обоснованное решение по созданию унифицированных ТВ подсмотров для больших оптических телескопов. [22, 42-45]. |

По результатам главы 4 делается вывод о том, что новое поколение подсмотров для БТА и Цейсс-1000 можно унифицировать на базе программно- управляемых { накопительных телевизионных камер с высокочувствительными малоформатными охлаждаемыми ПЗС массового производства [49]. •

5.2.3. Программное обеспечение для компьютерного управления ПЗС камерой телегида

Программный интерфейс работы ПЗС камеры VNC743com подробно описан [74]. Там же описывается схема управления ПЗС через конвертор RS232-RS485.Модель ПЗС камеры, используемая для телегида была доработана. После доработки ПЗС камеры VNI-743 разработчик (ЗАО "ЭВС") предоставил ПО для управления камерой в ОС Windows. Для работы в локальной сети CAO программа управления была адаптирована в Linux [90], что дало возможность подключить управление ПЗС камерой к серверу БТА (см. рис.5.6). Камера VNI-743 управляется по 485 интерфейсу, поэтому для управления с "tb.bta" по RS-232 был поставлен перед сервером конвертор, схема которого аналогична описаной в главе 4. Программный интерфейс "SetVideoCam" под Linux'oM позволяет управлять VNI-743 (рис.5.7).

ШВШШШ^ШЯШЯШШШШЛ'** -ID1 х|

Exposition Time Port-

Г Auto к Comí

Г г Com2 Port Disable ff 1/30000 г Com3

Г 1/10000 г Com4

Г 1/5000 Gammacorrectlon-

Г 1/2000 a Visual mode (045)

Г 1/1000 4 г Measurement mode (1) г 1/500 г 1/250 Reinforcement -

Г 1/50 P Auto г Accumulaiion fields г Fixed +6Db

1 J 1

Рис. 5.7 Интерфейс управления режимами \ЛЧ1-743 под Linux'oм Для проведения удаленных наблюдений на телегиде с управлением параметров ПЗС камеры, был разработан интерфейс [75] с помощью которого можно не только получать информацию о цифровых видеоизображениях телегида через web-интepфeйc (рис.5.8), но и управлять параметрами ПЗС камеры. эксплуатацию ТВ подсмотры «ВСЕ НЕБО», которые позволили решить данную проблему. В настоящее время в CAO с учетом унификации телевизионных подсмотров для больших оптических телескопов ТВ подсмотры внешнего обзора работают круглосуточно в необслуживаемом режиме [56].

5.3.1 ТВ системы обзора ночного неба

5.3.1.3 Программное обеспечение обзора ночного неба «ВСЕ НЕБО» («180»)

ПО представляет собой адаптированную к специфике камеры версию программы webcam [117] (получение кадров с видеокамер, формирование j peg-файлов и передача их по ftp).

Она формирует JPEG-картинки форматов 106x80, 320x240 и 768x576. Программа обеспечивает усреднение до 255 полей с результирующей экспозицией до -175сек. Обычно программа работает в автоматическом режиме делая накопление от 1 до 80-ти полей (с результирующей экспозицией до 1мин) в зависимости от яркости неба.

Версия программы учитывает специфику камер типа VNI-743 [40] с автоматическим выбором экспозиции на ПЗС матрице. В программе реализован новый принцип регулирования накопления кадров (по шумовой характеристике снимка) и вычитание темнового фона.

Разработана программа btasky, в алгоритме которой подобран приблизительный расчет геометрических искажений камеры. Реализован интерфейс с возможностью наложения оверлея аннотации с сеткой RA/Dec, созвездиями и звездами из каталога FK5 [52].

Программа может формировать изображение координатной сетки, конфигурации созвездий и положение основных звезд из каталога FK5. Изображение либо рисуется прямо в JPEG-картинке камеры, либо создается "прозрачная" PNG-картинка для последующего наложения в Web-браузере.

Разработана процедура архивирования и сохранения ежечасных ночных кадров за последний месяц. Реализованы оперативные архивы с ежечасными изображениями полного формата и анимацией малого формата за последний час (через 5мин).

5.3.1.4 Дистанционный доступ

Визуальный дистанционный доступ к цифровым изображениям ТВ системы «180» в реальном времени и к архивным снимкам возможен с любого компьютера, как в локальной сети CAO, так и с доступом из Интернета через ргоху-ретрансляцию Web-сайтом CAO. Данный интерфейс представляет собой оцифрованное изображение ТВ камеры «180» в формате 320x240. Изображение обновляется каждые 15сек. На данной странице можно перейти на полноформатное изображение, которое обновляется каждые бОсек.

Доступен режим реального времени с обновлением изображений в формате 320x240 до нескольких кадров в секунду. Для этого необходимо выбрать соответствующий браузер, обеспечивающий данную моду на PC. Так как ПЗС камера работает в автоматическом режиме, то время экспозиции кадра будет зависеть от количества света на входе. Поэтому ночные экспозиции доходят до 2,5сек. Таким образом, изображения в реальном времени будут обновляться через такой же интервал времени, равный времени экспозиции.

5.3.2 ТВ система обзора ночного неба «140»

ТВ система "Широкоугольный обзор ночного неба Sky-140" (в дальнейшем, «140»), разработана для видеонаблюдения ночного неба с углом поля зрения около 140 град. Видеосистема установлена на ВНП (на крыше телескопа Цейсс

1000) и обеспечивает дистанционный ночной контроль астроклиматической обстановки в окрестности БТА с любого компьютера в локальной сети CAO. Установка автоматической наружной телевизионной ПЗС камеры (ФЭП-140), управляемой с помощью компьютерной сети по интерфейсу RS232/RS485, дает возможность наблюдателю выбирать оптимальный режим работы камеры в условиях различной степени освещенности ночного неба.

5.3.2.3 Программное обеспечение «140»

ТВ система «140» осуществляет оцифровку видеоизображений и их передачу в локальной сети CAO круглосуточно. ПО представляет собой адаптированную к специфике камеры версию программы webcam [117]. Она формирует JPEG-картинки форматов 106x80, 320x240 и 768x576. Программа обеспечивает усреднение до 255 полей с результирующей экспозицией до ~175сек. На странице http://zserv.sao.ru/webcamyzskywebcam.html представлены изображения двух камер обзора неба (рис. 5.14).

Рис. 5.14 Интерфейс с изображениями двух камер обзора неба "180 " и "140"

5.3.2.5 Результаты исследования «140»

С помощью видеограбера, расположенного в сервере "zserv.sao.ru", были получены оцифрованные изображения для различных погодных условий на ВНП. В течении месяца сохранялись изображения, как в полнолуние и новолуние, так и во время сплошной облачности и в ясную ночь. На рис.5.20 показан интерфейс дистанционного контроля и управления 8ку-140.

SVNl74UWeb inlrrla<r МолИа .101 xll файл Г)раека gMA Переход Закладки Инструменты Qon Справка » ^ I A http://Kerv.sao.ru/skyHOi Назад Обновить * zl л»-"0"01! Печать Ш

Лк началу ч|з»сладки .¿Instant Message ¿WebMai ¿Calendar ¿Rado ¿People У ДЕЬу-stars.jpg («о. ¿Yelow Pages ¿Dowrioad ¿Customze .

I V VN774C TV cu.il Wcb-brterftc*

Stop&Hide I Camers Control

Averaged Image 11 ТмИгпадеП Max Image(Single) | MaxImaqejAver) |

4*txa*/zs*r'j/e/2: SflO pea, 2«.09.2006 21i23:4l ,

•i

Rvr«0в(Ехр:43.В») yr

W ' u * Ш ' ! V .

VWT4» Ln* 'Atn I- «Brut fta-it

•ebca»/z*«ru/e/2i SAO flftS, 29.06.2006 21:23:20 VVrtt и<яя1М№1С*|}1и<(>«'>)

EVS T\-camera VNI748 settings (exposure & etc.) Maximize Saul port I COM2 jJ Ampl | 20 OdB Exposure 11 28 jj |l 28 Setup |

Рис. 5.20 Интерфейс дистанционного контроля и управления «140» В левом окне выведено оцифрованное одиночное изображение с накоплением на ПЗС 1.28сек., при заданном вручную коэффициенте усиления ПЗС камеры 20 дБ. На изображении видны шумы ПЗС, четко очерченная облачность и млечный путь со звездами. В правом окне выводится автоматически усредняемое изображение со сложением кадров. На изображении шумов уже не видно, млечный путь и звезды становятся более ярко выраженными, а облачность размазывается, что свидетельствует о большой скорости ее передвижения.

На рис. 5.21 показано изображение в ночь на 29-30 августа 2006г., для которого было проведено исследование предельной чувствительности «140».

Компьютерное управление в среде Linux позволяет использовать телегид в качестве сетевого прибора с доступом к видеоизображениям телегида с любого компьютера в локальной сети CAO и Интернет.

На базе унифицированных ТВ под смотров разработаны и внедрены в эксплуатацию уникальные ночные ТВ системы "ВСЕ НЕБО" с полем зрения 180 и 140 градусов для дистанционного мониторинга в реальном времени ночного состояния облачности. Системы работают с автоматической коррекцией ее основных параметров для работы в необслуживаемом режиме.

Разработана версия программы webcam, учитывающая специфику ПЗС камеры. Программа обработки получаемых видеоизображений использует принцип регулирования накопления кадров (по шумовой характеристике снимка) и вычитание темнового фона.

Разработана программа btasky, в алгоритме которой подобран приблизительный расчет геометрических искажений камеры. Реализован интерфейс с возможностью наложения координатной сетки RA/Dec, конфигурации созвездий и положения основных звезд из каталога FK5. Изображение либо рисуется прямо в JPEG-картинке камеры, либо создается "прозрачная" PNG-картинка для последующего наложения в web-браузере.

Разработана процедура архивирования и сохранения ежечасных ночных кадров за последний месяц. Информация о состоянии облачности передается непрерывно в течение темного времени суток на домашнюю страницу сервера zserv.sao.ru. Каждый час оцифрованные изображения сохраняются в архив для последующего просмотра с сохранением в течении последних 30 календарных суток.

Заключение

Настоящая работа посвящена анализу и синтезу наблюдателей в телевизионной астрономии, разработке методик и оптимизации устройств телевизионных наблюдателей на больших оптических телескопах, включая 6м телескоп БТА, с целью повышения надежности отождествления и точности ведения телескопов телевизионными методами.

Предложены и внедрены методы и устройства телевизионных подмотров для большого 6м оптического телескопа БТА, что позволило повысить надежность отождествления и, практически, достигнуть потенциальной точности гидирования на нем. Количественные оценки делались для конкретных оптических телескопов: БТА и Цейсс-1000, но разработанные схемы и методы могут найти применение во многих обсерваториях.

Наиболее важными результатами, полученными в данной работе, являются: 1. Получены аналитические зависимости определения оптимальных параметров пространственно-временной дискретизации в фотоприемнике для ТВ подсмотров больших оптических телескопов. Сделаны численные оценки по выбору оптимального времени накопления THopt, для которого сохраняется возможность управления параметрами телеподсмотра в реальном времени и, которое, с учетом инерционности системы управления телескопа, составляет для БТА около 2/3 сек.

2. Показано, что для задач наведения телескопа и отождествления исследуемых объектов по видеоизображению ТВ подсмотров БТА до 17-19 зв. величины (в зависимости от фокуса телескопа и качества изображения) можно использовать высокочувствительные малоформатные ПЗС матрицы с компьютерным управлением.

3. Разработана методика коррекции гидирования БТА по цифровому видеоизображению поля исследуемого объекта на основе рационального выбора минимизации ошибок при ограничении частоты считывания. Внедрение метода в практику наблюдений на БТА, использующих ТВ подсмотры, позволило повысить точность непрерывного удержания объекта в заданных координатах в 2 раза и довести ее до ± 0.1 угл.сек.

4. Разработаны унифицированные ТВ подсмотры для больших оптических телескопов CAO. Проведенные исследования показали повышение проницающей способности под смотров для телескопов БТА и Цейсс-1000 на 1.5- 2 зв.величины, в зависимости от качества изображения, что привело к повышению чувствительности в 4 - 5 раз.

5. Разработано программное управление ТВ устройств, которое позволило расширить динамический диапазон ТВ подсмотров в 6 - 8 раз (на 2 - 2.5 зв. величины).

6. На базе унифицированного ТВ подсмотра разработаны и внедрены в эксплуатацию на БТА автоматизированные, необслуживаемые ТВ системы «Все небо» с полем зрения 180° и 140° для дистанционного мониторинга в реальном времени ночного состояния облачности. Разработан интерфейс наложения на реальные изображения координатной сетки RA/Dec, конфигурации созвездий и положения основных звезд из астрономического каталога FK5.

7. Разработана методика быстрого отождествления звездных площадок, на которые наводится телескоп по цифровому видеоизображению ТВ подсмотра. Внедренный метод отождествления в практику наблюдений на БТА позволяет сократить время отождествления исследуемых звездных площадок с нескольких минут до нескольких секунд.

8. Предложена и реализована возможность удаленного доступа в реальном времени к видеосети телескопов CAO, включая доступ через Интернет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Комаров, Владимир Владимирович, 2012 год

1. Абраменко А.Н., Агапов Е.С., Анисимов В.Ф. и др. Телевизионная астрономия. -М: Наука, 1984.-272с.

2. Агапов Е.С., Анисимов В.Ф., Никонов В.Б., Прокофьева В.В., Синенок С.М. Опыт применения телевизионной техники для наблюдения звезд // Изв. КрАО. 1963. т. XXX.-c.3-18.

3. Бакут П.А., Ряхин А.Д., Свиридов К.Н., Устинов Н.Д. Статистическая модель искаженного атмосферой оптического изображения астрономического объекта и его пространственного спектра // Известия вузов. Радиофизика. 1986, т.24.

4. Балега Ю.Ю., Верещагина Р.Г., Маркелов С.В., Небелицкий В.Б. Телевизионный многоканальный спектрометр 6-метрового телескопа АН СССР // Изв. Спец. Астрофиз. обе. 1979. т.11, с.248-255.

5. Балега Ю.Ю., Витковский В.В., Власюк В.В., Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Фоменко H.A., Шергин B.C. Система дистанционного видеонаблюдения 6-м оптического телескопа БТА и астроклиматических условий в районе его расположения // Отчет САО. 2002. №286.

6. Баум У.А. // В кн.: Методы астрономии, М. 1967. стр.9.

7. Березин В.В., Умбиталиев A.A., Фахми Ш.С., Цыцулин А.К., Шипилов H.H., Твердотельная революция в телевидении. М.: Радио и связь, 2006. - 312с.

8. Борисов Н.В., Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Фоменко H.A., Шергин B.C. Новое поколение цифровых телевизионных подсмотров на примере системы видеонаблюдения щели спектрографа UAGS Цейсс-1000 // Отчет САО. 2002, №290.

9. Брацлавец П.Ф., Росселевич И.А., Хромов Л.И. Космическое телевидение. -М.: Связь, 1973.-248с.

10. Ю.Быков P.E. и др. Телевидение. М.: Высш.школа, 1988. - 248с.

11. П.Венедиктов Н.Я., Малахов И.К. Секон передающая телевизионная трубка нового класса // Техника кино и телевидения. 1968. №7, - с.72-79.

12. Витковский В.В., Власюк В.В., Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. Цифровой ТВ комплекс 6-м телескопа БТА // Отчет CAO. 2001. №283.

13. Витковский В.В., Власюк В.В., Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. Разработка новой ТВ системы «ВСЕ НЕБО» для дистанционного мониторинга в реальном времени состояния облачности в окрестности БТА // Отчет CAO. 2005. №304

14. Витковский В.В., Калинина H.A., Комаров В.В. и др. Разработка и создание I цифровой видеосети для комплекса БТА (2001-2002) // Отчет ОИ НИОКР щ проект N25/01 МНТП «Научное приборостроение». 2003. *

15. Витковский В.В., Комаров В.В. Наблюдательные системы больших оптических | телескопов // Материалы международной научной конференции "Математическая физика и ее приложения" (МФП-2012), т.1, Пятигорск, 2012. S с.42-48. I

16. Витковский В.В., Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. Видеосеть БТА CAO РАН с теледоступом к процессу астрономических наблюдений // Труды ф Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет", Новороссийск, 2000. с. 138.

17. Власюк В.В., Комаров В.В., Комарова В.Н., Семин М.С., Фоменко А.Ф. Отчет а о наблюдениях 00.12.15 // Отчет БТА CAO РАН. 2000. ™

18. Власюк.В.В., Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. Исследование одной | из первых EMCCD CCTV камер по небесным объектам // XX Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного | видения, М., 2008.-с. 190-191. лI

19. Войцехович В.В., Анкудинов С.Н., Манцветов А.А и др. Быстродействующая " телевизионная измерительная система для оценки искажений волнового J фронта методом Гартмана // Оптический журнал. 2000. №2, с. 113-119.

20. Гласман К. Цифровая магнитная видеозапись // информационно-технический J журнал «625». 1997. т. 10, с.80-86.

21. Далиненко И.Н., Маляров A.B., Вишневский Г.И. и др. Высокочувствительные Ш гибридные телевизионные приборы на основе электронно-чувствительных ■ ПЗС // Оптический журнал. 1996. №12, с.70-76. *

22. Джакония В.Е. Телевидение. M.: Радио и связь, 1986. - 456с.

23. Иванов A.A., Панчук В.Е., Шергин B.C. Спектральный комплекс фокуса Нэсмита 6-м телескопа БТА. УШ.Локальный корректор положения звезды // Препринт CAO РАН. 2001. №155.

24. Игнатьев П.В. Программа управления ТВ камерой VNC-743 // ЗАО «ЭВС», С.Петербург. 2002.

25. Камешков Г.Б., Лутсберг Э.А., Маковцов Г.А., Мирзоева Л.А. Космическая оптико-электронная аппаратура видимого диапазона спектра для наблюдений земной поверхности в условиях низкой освещенности // Оптический журнал. 2001. т.68, №2, с.53-56.

26. Каталог звездных полей USNO.

27. Каталог ПЗС матриц "SONY". 2000.

28. Каталог продукции "ACTIVISION security systems" M.: 2001.

29. Каталог продукции AverMedia (Features AverTV Studio). 2000.

30. Каталог продукции AverMedia. 2002.

31. Каталог продукции Axis Communications (Axis 240 Video Server). 2001.

32. Каталог продукции FORE Systems (StreamRunner AVA/ATV-300). 1998.

33. Каталог продукции PEP Modular Computers (Prodact overview CP336). 1998.

34. Каталог продукции ООО "СОбИ Видеоскан" (Москва). 2001.

35. Каталог стандартный полей на телескопе Цейсс-1000.

36. Каталог телевизионных камер «ЭВС» (С. Петербург). 2002.

37. Каталог ярких звезд Tycho.

38. Комаров B.B. EM-CCD CCTV-камера — исследование по небесным объектам // Прикладная физика N2, 2012. с. 99-103.

39. Комаров В.В. Возможности российских цифровых ПЗС камер серийного производства для астрономических приложений // XIX Международнаянаучно-техническая конферен-ция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, M., 2006. с. 171.

40. Комаров В.В. ТВ комплекс 6м оптического телескопа БТА как элемент дистанционных астрономических наблюдений // Труды Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет", Новороссийск, 2003. с.18-19.

41. Комаров В.В. Унифицированный телевизионный подсмотр для наблюдения звезд на больших оптических телескопах // XX Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, М., 2008.-с. 189-190.

42. Комаров В.В., Витковский В.В., Власюк В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. // Цифровой телевизионный комплекс БТА CAO РАН // Препринт CAO. 2002. №150Т

43. Комаров В.В., Витковский В.В., Фоменко А.Ф., Фоменко H.A., Черненков В.Н., Шергин B.C. "On-line" мониторинг ночного неба над БТА // Труды Всероссийской научной конференции, Новороссийск. 2002. с. 185.

44. Комаров В.В., Комаров A.B. Цифровые отечественные ПЗС-камеры для | оптических телескопов // Прикладная физика. 2008. №4, с. 142-146.

45. Комаров В.В., Комарова В.Н., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. Отчет о | наблюдениях 99.10.22 // Отчет БТА CAO РАН. 1999.

46. Комаров В.В., Першин И.М. Граничные условия наблюдательных систем в больших оптических телескопов // Материалы международной научнойконференции "Математическая физика и ее приложения" (МФП-2012), т.1, Пятигорск. 2012. с.48-56.

47. Комаров В.В., Фоменко А.Ф. В.С.Шергин. ТВ-система «Все небо» для мониторинга ночной облачности. Прикладная физика N5, М.: 2007. с. 130134.

48. Комаров В.В., Фоменко А.Ф. Статистические оценки фундаментальных ограничений на применение типовых ПЗС-камер в составе ТВ-подсмотров больших оптических телескопов. // Астрофизический бюллетень. 2007. т.62, №1, с.102-116.

49. Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. Развитие ТВ систем CAO РАН с Интернет-доступом // Труды Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет", Новороссийск. 2006. с.250-251.

50. Комаров В.В., Фоменко А.Ф., Шергин B.C. ТВ-система «Все небо» для мониторинга ночной облачности // Прикладная физика N5, 2007, с. 130-134.

51. Комаров В.В., Фоменко H.A. ПЗС камера для контрольных испытаний точностных характеристик БТА // Отчет CAO РАН. 2002. №291.

52. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Радио и связь, 1989. - 608с.

53. Купревич Н.Ф. Телевизионная техника в астрономии. М.: Гостех-издат, 1958.

54. Маларев В.А. Поисково-гидирующая система БТА // Оптико-механическая промышленность, 1977. №7,-с.32-36.

55. Манцветов A.A., Цыцулин А.К., Коноплев С.Н. и др. Выбор типа фотоприемника в телевизионной системе измерения пространственно1.Iвременных координат объектов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2001. №1, -1 с.24-27.

56. Михайлов A.A. Атлас звездного неба. Л., Наука, 1978. I

57. Неизвестный С.И., Князев А.Ю., Шергин B.C., Монин Д.Н., Комаров В.В. m Вариант спектральных наблюдений «Длинная щель» в системе NICE. (Инструкция по наблюдениям с СФК Н-1 ) // Отчет БТА CAO РАН. 1998. |

58. Панчук В.Е., Клочкова В.Г., Пискунов Н.Е., Монин Д.Н., Юшкин М.В., Ермаков C.B., Найденов И.Д. Комплекс аппаратуры для спектроскопических J исследований звезд на 6-метровом телескопе БТА // Препринт CAO РАН. 2002. №170. I

59. Першин И.М. Анализ и синтез систем с распределенными параметрами, g Пятигорск, 2007. 244с.

60. Прокофьева В.В. Пионерские работы В.Б.Никонова с электронно-оптическими ^ преобразователями и телевидением в Крымской астрофизической обсерватории. // Изв.Крымской Астрофиз. Обсерв. 1998. т.94, с.285-288. |

61. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую-радиофизику. М.: Наука. 1978. - 464с. ■

62. ТВ камера AVC-232, паспортные данные. 2002. g

63. Техническое описание контроллера VS60BT // «ВИДЕОСКАН», М.: 2000.

64. Техническое описание системы «Тандем 56А» // «ВИДЕОСКАН», М.: 1997. ^

65. Фоменко А.Ф. Инструкции по эксплуатации ICCD телевизионных камер Ф55/10, Ф55/11 // Отчет БТА CAO РАН. 1998. I

66. Фоменко А.Ф. Пространственно-временной корреляционный анализ р фотоотсчетов, ч. 1. Новые возможности синтеза астрономических изображений //Отчет CAO. 1988. |8 I I

67. Фоменко А.Ф., Комаров В.В. Элементы статистических оценок характеристик ■ ТВ подсмотров CAO. Часть 1. Телевизионные подсмотры со стандартной ТВ разверткой // Отчет CAO. 2003. №296. I

68. Фоменко А.Ф., Комаров В.В., Шергин В С. Новый телегид БТА на базе g охлаждаемой ПЗС камеры с компьютерным управлением. // Отчет CAO. 2004. №298. I

69. Хромов Г.С. Приемники излучения в наземной астрономии //В кн.: Итоги ■ науки и техники, серия Астрономия. 1982. т. 19, 88с.

70. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное ■ телевидение. М.: Радио и связь, 1986. 184с.

71. Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. М.: Радио и | связь, 1991,- 192с.

72. Цыцулин А. К. Телевидение и космос: Учеб. пособие // СПб. гос. ■ электротехнич. университет. СПб., «ЛЭТИ». 2003. - 228с. Й

73. Цыцулин А.К. Твердотельная революция в телевидении. М.: Радио и связь, 2006. - 300с. |

74. Черненков В.Н., Комаров В.В., Комаринский С.Л. IP-средства аудио-видео связи CAO РАН // Труды Всероссийской научной конференции "Научный 1 сервис в сети Интернет", Новороссийск. 2000. с.137-138. j

75. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. М.: Машиностроение, 1966. -564с. |1. В I I

76. Шергин B.C., Комаров В.В. Астрономические ТВ-камеры С АО РАН с интернет доступом // Труды Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет", Новороссийск. 2004. с.208.

77. Bosch L.A. L.L.L. Image Sensors using demagnifying image intensifiers. // B.V. Delft Electronische Producten, Roden, Holland. 1997.

78. Dalinenko I., Kossov V., Kozlov V. Et al. Design and fabrication technology of thinned backside- exited CCD imagers and the family of the electron-bombarded CCD image tube // Nuclear instruments and methods in physycs research. 1997. A 387, pp.294-296.

79. FomenkoA.F., Komarov V.V., Komarova V.N., Fomenko N.A. New ICCD guiding camera for the spectrograph UAGS of the telescope Zeiss-1000 // Bull. Spec. Astrophys. Obs. 2003, v.55, pp.143-147.

80. Holst H.C. Image quality: does your detector match your optics? // Photonics Spectra. 1999. 144p.

81. Huck F.O., Halyo N., Park S.K., Information efficienty of line-scan imaging mechanisms. // Applied Optics. 1981. v 20, № 11, pp. 1990-2007.

82. Jelley J.V. Autoguiders and Acquisition systems for optical telescopes // Q.J1 R. astr. Soc. 1980. v.21, pp. 14-31.

83. Komarov V.V., Vitkovskij V.V., Fomenko A.F., Fomenko N.A., Shergin V.S. Inside/Outside dome monitoring video system of the 6m optical telescope BTA // Bull. Spec. Astrophys. Obs. 2002. v.54, p. 134-139.

84. Komarov V.V., Vitkovskij V.V., Vlasyuk V.V., Fomenko A.F., Shergin V.S. A digital TV complex of the 6 m optical telescope BTA for identification of astronomical objects and guiding // Bull. Spec. Astrophys. Obs. 2002. v.53, p.134-143.

85. Kopylov A.I. CCD camera for direct imaging // Bull. Special Astrophys. Obs. 1994. №38, p.178-179.

86. McGregor P.J., Conroy P., van Harmelen J., Bessell M.S. A new acquisition and autoguiding camera for the ANU 2.3m telescope. Publ // Astron. Soc. Aust. 2000. vl7, pp. 102-108.

87. Mengers P. Analysis of factors affecting the performance of an T3TV system in detecting very faint stars. Quantex Corporation, USA. 1975. v4.95.0dewahn et al., 1992.

88. Panchuk V.E., Klochkova V.G., Galasutdinov G.A., Ryadchenko V.P., Chentsov E.L. The echelle spectrometer with CCD for 6-m telescope // Sov. Astron. Lett. 1993. v. 19, pp. 1061-1069.

89. Saleh B.E.A. Photoelectron statistics. Berlin.: Springer Verlag. 1978.

90. Sandage Allan //ApJ. 1958, v. 128, p. 150.

91. Schmidt, Ricardo E. The CTIO Acquisition CCD-TV camera design // Instrumentation in astronomy VII, (Proceedings of the Meeting), Tucson, AZ. 1990. p.413-421.

92. V.Vitkovskij, V.Chernenkov, A.Ivanov, V.Gurin, N.Kalinina, V.Komarov, S.Moiseev, A.Nazarenko, V.Shergin, O.Zhelenkova The remote access system for the largest Russian Telescopes BTA and RATAN-600 // Baltic Astronomy. 2000. v.9, №4, pp.527-531.