自動導星裝置

望遠鏡跟蹤目標的運動主要靠軸系驅動完成；但由於受到驅動系統本身（包括機械系統和控制系統）誤差，以及環境温度變化、大氣折射、地球自轉不均勻等外部因素的影響，總存在一定的跟蹤誤差。

除此以外，觀測目標運行規律與望遠鏡跟蹤設定的模式的差異也是產生跟蹤誤差的因素。例如太陽運行軌道是黃道，而黃道和赤道之問有23.5°的傾角，用赤道式望遠鏡觀測時需沿赤緯方向進行調正；再如觀測人造天體時，如預期軌道存在誤差時也會影響到跟蹤。

望遠鏡導星就是進一步校正跟蹤誤差的運動。導星系統同其他控制系統一樣，由兩部分組成：誤差探測系統和執行機構。從廣義上講，導星系統也是望遠鏡軸系控制的一部分，但其探測的對象是觀測目標本身，因此是最直觀的，從而也是最有效的。 ^[2] 

光電導星的控制機制是通過微量調整望遠鏡軸角位置，使在給定接收器輸出中的輸出信號為極值。這種極值控制的方法，目標明確，可以達到極高的精度。精確的光電導星可以滿足長時間照相工作和分光工作的要求。

自動導向裝置一般採用光電導星技術。光電導星的發展已經有相當長的歷史，從探測器類型上，主要有以下幾種光電導星技術。早期的光電導星方法有四稜體反射鏡式的連續導星、半圓片光通量調製式導星、象限式的光電倍增管導星、析像管導星等。近期發展的導星方法有CCD導星、Reticon導星、電視導星等。

從各環節功能上．光電自動導星系統可以分為以下幾個環節：光電探測、誤差計算和誤差校正。在光電探測環節中探測器獲得星相的實際位置；通過誤差計算環節將星相的實際位置與理論位置相比較得到誤差的大小和方向；在誤差校正環節將位置誤差信號送給控制器，由控制器自動完成校正。

對於伺服控制系統來説，光電導星就是在原有的位置伺服驅動系統上再外加一個大閉環，用各種光電探測器作為檢測元件，實時檢測星像偏離視場的信號並實時提供誤差補償信號。 ^[1] 

由南京天文儀器廠研製的2.16m望遠鏡中的光電導星系統是採用半圓片光通量調製式導星，它主要由半圓旋轉片、微型同步電機以及二相發電機、法布里透鏡和光電倍增管所組成。

其工作原理簡述如下：同步電機通過齒輪帶動半圓片和二棚發電機同步旋轉，二相發電機旋轉後產生相位相差90°的正弦餘弦信號，該信號作為自動導星時的基準信號；半圓旋轉片位於導星物鏡的焦平面上，其旋轉軸與物鏡光軸重合，當星光位於光軸上時，光通量被物鏡聚焦在焦平面上，此時半圓片旋轉恰好只讓一半光通量通過，從光電倍增管輸出所得到的信號是一個常量；而當星光偏離光軸時，由於半圓旋轉片的調製，此時接收到的星光信號已不再是一個常量，它相對於基準信號發生了相位和幅值的變化，在一定範圍內，幅值的變化反映了星光偏離光軸的多少，相位的變化則反映了偏離的方向。

在星等很高的弱光測量中，其暗電流或者暗噪音是提高測量靈敏度和精度的主要限制。這時要選擇小暗電流高增益的管型，並通過機械方式對光信號進行調製，可以在很大程度上提高信噪比。微弱的星比信號，被頻率為幾十赫茲的機械調製斬光器斬成矩形脈衝光，此脈衝光照射到光電倍增管陰極上，輸出信號通過一定放大然後送到帶寬很窄的帶通濾波器，這時除有用信號可以通過外，未被調製的雜散光電流和管子的暗電流產生的影響均被消除。 ^[1] 

CCD是一種圖像傳感器，是Charge Coupled Devices（電荷耦合器件）的簡稱，已經廣泛應用於非接觸尺寸檢測、圖像傳感、圖像分析、光譜分析、天文觀測、安全監控等領域。

CCD導星系統的工作原理 ^[1]  如下：

（1）CCD用來定期對天拍攝來獲取引導星的位置。它需要一定數量的光子才能很好的測量出一個引導星的位置，如果引導星比較晴．就需要更長的曝光時間，相應的採樣率會變低。

（2）由於光學系統存在稍微的散光，星體就有可能佔據幾個像素點，所以需要使用提取星像質心算法來得到引導星在CCD芯片座標上的實際位置。

（3）通過與引導星在CCD座標上實際位置和理論位置相比較計算，就可以得到誤差向量的大小。

（4）CCD座標和望遠鏡的姿態的關係是固定的，它們之間存在同定的座標轉換關係，通過座標轉換將CCD座標上的誤差向量轉換成望遠鏡各個部分（水平軸、俯仰軸、焦面板）的校正量。

（5）最後望遠鏡的伺服控制系統根據導星裝置提供的各個部分的校正量對望遠鏡的姿態進行校正。