[发明专利]一种无轨定天镜装置及操作方法

说明书

本发明公开了一种无轨定天镜装置，包括水平台和二维码阵列平面图，二维码阵列平面图由二维码阵列排布而成，二维码阵列平面图上放置有驱动轮装置，驱动轮装置与水平底座的底部连接，水平底座的底部设置有第一相机和第二相机，水平底座上设置有第一平面镜，第二平面镜安装架上设置有第二平面镜。还公开了一种无轨定天镜装置的操作方法，本发明通过采用相机扫描二维码的定位方式实现第一平面镜的自主定位。无轨定天镜不需要东西方向、南北方向的两套轨道，突破了体积、安装上的限制，消除了轨道磨损引起的误差，在搬迁、运输及快速安装上更为简便，可以应用于更广泛的场合。

技术领域

本发明涉及天文观测中的定天镜，尤其涉及一种无轨定天镜装置，还涉及一种无轨定天镜装置的操作方法。

背景技术

太阳，这颗离地球最近的恒星，直接影响着人类的生活，是一颗非常重要的天体。太阳持续辐射出光和热，使得对太阳能的收集与利用具有重要价值(Application of acoelostat daylighting system for energy savings and enhancement of indoorillumination:A case study under clear-sky conditions.Oh SJ,Dutton S,SelkowitzS,Han HJ.Energy and Buildings.2017；156:173-86)。太阳上发生的各种剧烈活动是空间天气灾害的源头，使得对太阳的观测和研究成为一个重要的研究课题(中国地基大太阳望远镜[J].刘忠,邓元勇,季海生,等.中国科学:物理学力学天文学,2012,42(12):1282-1291)。由于地球自转等因素，太阳相对于地球有东升西落的视运动，开展太阳观测时需要定天镜、定日镜、赤道仪等仪器来跟踪太阳的视运动。通常地，定天镜由两个平面镜组成。其中，第一平面镜以48h/圈的转速跟踪太阳(Coelostat and heliostat:alignment and usefor eclipse and other field purposes.Pasachoff JM,Livingston W.AppliedOptics.1984；23(16):2803-8)，第一平面镜将太阳光反射至一定方向后，再由第二平面镜将太阳光反射进入太阳观测设备。定天镜不同于赤道仪，利用定天镜可以将太阳光稳定地导入观测实验室，太阳观测设备只需沿着光路方向固定在光学实验平台上即可，对观测设备体积、重量等方面的限制大大降低，也使得对太阳光的利用更为便捷。定天镜不同于定日镜，利用定天镜获得的太阳图像具有不旋转的优点，尤其有利于开展太阳成像观测研究，例如太阳黑子、活动区等的成像观测研究。

由于太阳高度角会随着季节发生变化，因此定天镜需要安装一套南北方向的轨道来调节两个平面镜之间的距离。由于第二镜在某些时间段会不同程度的挡住射向第一镜的太阳光线。因此，定天镜还需要安转一套东西方向的轨道来避免这种不利影响。很多文献如：南京大学太阳塔及多波段太阳光谱仪[J].方成,黄佑然.天文学报,1983(3):3-9；Coelostat and heliostat:Theory of alignment.Demianski M,Pasachoff JM.SolarPhysics.1984；93(1):211-7；Heliostats Siderostats and Coelostats-a Review ofPractical Instruments for Astronomical Applications.Mills A.Journal of theBritish Astronomical Association.1985；95:89，都详细介绍了定天镜的结构与工作原理。

由于定天镜需要东西方向和南北方向的高精度轨道，使得现有定天镜的体积较大，且其对轨道的精度与安装都提出了较高的要求。因此，普遍的定天镜设备不便携，使其应用受到了限制。例如，只有在有限的时间、空间范围内可观测到的天文事件，如日食、月食等，要求跟踪设备便于携带、移动，并可以快速完成安装调试，而现有的定天镜设备难以满足这一类天文观测的要求。

发明内容