基于PXA270的移動(dòng)天文觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于pxa270的移動(dòng)天文觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)近幾年來，隨著人類文明社會(huì)的進(jìn)展和人民生活水平的提高，越來越多的人盼望了解探知宇宙的神秘。目前舉行科普天文觀測普通過程為：查天文歷書、星圖等確定星體位置；尋覓合適觀測地點(diǎn)(為避免城市燈光及污染等因素)；不斷調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，尋覓欲觀測天體；定位天體后架設(shè)攝影器材舉行拍攝。囫圇觀測過程中存在諸多不便，如天體在天空中不斷運(yùn)動(dòng)，每次觀測之前必需查閱相關(guān)資料確定天體位置，然而星歷表厚重而不直觀，簡易星圖因?yàn)樘祗w運(yùn)動(dòng)的因素必需在指定時(shí)光舉行觀測；望遠(yuǎn)鏡手工調(diào)節(jié)十分繁瑣；拍攝不便。為了解決上述問題而開發(fā)本系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)如下：通過計(jì)算，在屏幕上顯示出當(dāng)初當(dāng)?shù)匦菆D，觀測者無

2、需攜帶天文資料，在屏幕上將觀測內(nèi)容實(shí)時(shí)顯示出來，使觀測者無須忍受長時(shí)光單眼觀測的視覺疲勞，同時(shí)提高了觀測效果；可對觀測圖像舉行實(shí)時(shí)處理；可十分便利地拍攝、保存觀測結(jié)果；可對結(jié)果舉行一些圖像處理，增加可辨性，系統(tǒng)自動(dòng)記錄觀測日志，便利收拾觀測資料。1 開發(fā)平臺介紹本系統(tǒng)采納深圳億道開發(fā)的一套基于intelxscale pxa270處理器的liod嵌入式開發(fā)平臺。liod開發(fā)平臺得名手億道電子的理念“l(fā)eading is our du-ty”，是一套功能強(qiáng)大的嵌入式開發(fā)平臺，主頻高達(dá)520 mhz，支持intel wireless mmx及step speed技術(shù)，超低功耗，超高性價(jià)比。核心板(x

3、sbase270-core)+底板設(shè)計(jì)(xsbase270-dvk-)，擴(kuò)展更靈便，應(yīng)用更豐盛。同時(shí)具有完美的功能接口，具有完美的win ce雙操作系統(tǒng)支持。本系統(tǒng)主要用到、全功能串口等。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)移動(dòng)天文觀測系統(tǒng)以liod板為主控板，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了相關(guān)，制成一塊附屬板，整體硬件框圖1所示。在本系統(tǒng)中，xscale與附屬板通過串口互相通信，附屬板與模塊、指南針模塊的通信也用法串口，因此需要對附屬板上的串口舉行復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)所需功能。用法cd4053模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)串口復(fù)用功能，通過單片機(jī)的控制引腳切換不同的串口信號來源。gps采納了ho1ux gr-85接收模塊，具有迅速追蹤定位12顆衛(wèi)星

4、的能力，數(shù)據(jù)更新速率為1 hz。gps模塊用來得到當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度及精確時(shí)光的信息。數(shù)字指南針采納了周立功znjv2模塊，磁場測量范圍為50 am，機(jī)首方向顯示辨別率為2，機(jī)首方向精度為3，補(bǔ)償后精度可達(dá)到05，數(shù)字指南針模塊用于安放望遠(yuǎn)鏡時(shí)精確指向。溫度采納dallas的ds18b20芯片，其辨別率為0062 5，精度為05。測量大氣溫度，用于計(jì)算大氣折射率。動(dòng)力機(jī)構(gòu)采納便宜云臺機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部為勻速溝通同步電機(jī)，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)光長短控制其所轉(zhuǎn)角度。3 天體視位置計(jì)算算法天體的視位置是天文觀測中最重要的一個(gè)數(shù)據(jù)。天體的視位置最初是通過查閱相關(guān)歷書得到，這種查表求天體的視位置辦法存在很大問題，主要是

5、計(jì)算繁瑣，效率低，定位的周期長，天體的數(shù)據(jù)量大，整本年歷有大量數(shù)據(jù)，而且每年都必需舉行數(shù)據(jù)更新。這種辦法明顯不能滿足應(yīng)用的需要。這里實(shí)現(xiàn)的辦法是將天體的運(yùn)動(dòng)簡化為數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)學(xué)模型中相對固定的參數(shù)舉行運(yùn)算，終于得出天體的位置，通過試驗(yàn)比對驗(yàn)證了這種辦法的精確性和高效性。星表就是通常所說的恒星坐標(biāo)表，它由天體的視位置經(jīng)過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(biāo)，坐標(biāo)的周年變幻和恒星的白行等。fk5是由德國海德堡天文所編制的近年來人們普遍用法的一種肯定星表。目前，這種由星表求解天體視位置的辦法已被廣泛用于求解天文三角形中。從fk5星表動(dòng)身，經(jīng)過與編制星表相反的步驟來求天

6、體的視位置，通過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(jì)算恒星視位置的數(shù)學(xué)模型，其基本流程圖3所示。根據(jù)以上算法編寫出相關(guān)函數(shù)庫，主程序?qū)⑾嚓P(guān)變量如輸入觀測地點(diǎn)經(jīng)緯度、欲觀測星體等數(shù)據(jù)即可計(jì)算出星體視位置。fk5星表以文件形式存放。4 視頻數(shù)據(jù)采集及顯示圖像數(shù)據(jù)的顯示可以通過挺直寫屏來實(shí)現(xiàn)。linux工作在庇護(hù)模式下，用戶態(tài)進(jìn)程是無法挺直用法顯卡：bios里提供的中斷調(diào)用來實(shí)現(xiàn)挺直寫屏，故linux抽象出framebuffer。這個(gè)設(shè)備來供用戶態(tài)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)挺直寫屏。 framebtlffer主要是按照vesa標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的，所以只能實(shí)現(xiàn)最容易的功能。

7、挺直寫屏的過程：(1)打開一個(gè)framebuffer設(shè)備；(2)通過調(diào)用mmap()把顯卡的物理內(nèi)存空間映射到用戶空間；(3)挺直寫內(nèi)存。因?yàn)橥χ睂懫潦峭χ睂︼@存舉行修改，同qt對程序界面的刷新并不協(xié)調(diào)，因此有時(shí)會(huì)浮現(xiàn)顯示上的瑕疵，為此用法另一種辦法顯示圖像數(shù)據(jù)，即利用qt庫中的qimage類來實(shí)現(xiàn)。以上論述了如何舉行采集及顯示，但在實(shí)際的系統(tǒng)中存在多個(gè)任務(wù)，各個(gè)模塊之間需要互相協(xié)作，假如容易地采納上述辦法，因?yàn)橐曨l采集的速度較慢，將會(huì)造成堵塞，影響系統(tǒng)性能，因此用法線程技術(shù)。在視頻設(shè)備初始化后開啟一個(gè)采集線程，此線程不斷采集新的視頻數(shù)據(jù)，采集完一幀數(shù)據(jù)會(huì)改寫狀態(tài)變量；顯示部分采納定時(shí)顯示，每

8、隔一段時(shí)光推斷狀態(tài)變量是否為“已采集完畢”狀態(tài)，假如是則舉行顯示。因?yàn)樾枰臅r(shí)等待的采集過程在線程中運(yùn)行，通過linux系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)度，系統(tǒng)運(yùn)行非常流暢。5 觀測的結(jié)果觀測結(jié)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)光、大氣溫度及拍攝的星體名稱等。存儲(chǔ)時(shí)以文件的形式按時(shí)光存儲(chǔ)，形成觀測日志。對天體視位置計(jì)算算法及望遠(yuǎn)鏡實(shí)際指向舉行了測試。天體視位置算法的測試是挑選有代表性的四個(gè)天體(太陽、大鳥六、月球、金星)，通過與專業(yè)天文軟件 starcalc的計(jì)算結(jié)果舉行比對，衡量計(jì)算誤差的大小。望遠(yuǎn)鏡實(shí)際指向的測試采納現(xiàn)場測量的辦法。用法的主要測試工具為計(jì)算機(jī)、量角器等，測試數(shù)據(jù)如表1所示。從比較結(jié)果可以看出，由本系統(tǒng)的天體視位置計(jì)算算法得出的方位角平均誤差為0261，高度角平均誤差為0155，小于系統(tǒng)用法望遠(yuǎn)鏡(物鏡焦距360 mm，目鏡焦距20 mm)視角635，滿足系統(tǒng)觀測要求。圖4給出北京時(shí)光2008年6月27日20：22：49，在福州高校城(東經(jīng)11929，北緯2608)對月球的觀測圖像；圖5給出北京時(shí)光2008年6月22日3：47：49，在福州高校城(東經(jīng)11929，北緯2608)對金