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LAMOST(Large sky Area Multi—Object fiber Spectroscopic Telescope)是中国正在建设的一架自主设计制造的卧式子午反射施密特望远镜(现已成为望远镜领域一种新类型的望远镜)。不同于以往的光学望远镜,LAMOST基于在光学和机械设计上的创新,它兼顾了大口径和大视场的优点,从而它的工作原理较常规望远镜也要特殊得多。在正式观测时:其反射改正镜MA(Mirror—A)需要完成在方位和高度方向的跟踪并实时改变其镜面面形,以消除望远镜球面像差使得焦面板上得到最佳像质;焦面机构需要旋转焦面板,以抵消由MA为地平式装置引起的焦面像场旋转;焦面板上的4000个光纤单元需要通过其机械臂将光纤放到焦面板上指定的位置,以准确地对准目标星像。这给望远镜的导星跟踪和光纤对准工作带来了较多困难,以至于本文作者不能直接使用任何现有已成熟的导星跟踪和光纤对准的技术方法。
本论文从天体测量学的基本原理和方法出发,为LAMOST及其此类型的望远镜设计了一整套全新的望远镜调试和观测支持方案——“LAMOST型望远镜的天体测量支持”。本方案涵盖了LAMOST中,反射镜MA和焦面板的导星跟踪、光纤对准、巡天战略辅助制定和星表分析改进等多方面的内容。同时,与此方案配套,设计安装了一套相关的硬件系统;编制了一套底层的科学计算程序和望远镜观测调试软件。
针对LAMOST光学机械系统的特殊性,提出了实现MA和焦面板导星跟踪的独特方案。即在考虑各种天文因素的影响下,维持一个有适当变化的MA指向和焦面板转角;并不断地通过焦面板中央区域之外的4个导星CCD的实时观测采样,快速处理并计算出机械控制上MA法线指向偏差和焦面板转角偏差。
解决了在光纤对准目标时,如何构建统一的焦面参考系统的难题。采取的主要措施为:通过对天观测,基于天体测量标准天区建起焦面板上导星CCD参考框架与焦面坐标系的联系;通过实验室的光学自准直和实际的对天观测扫描星像的联合求解,给出光纤系统与焦面坐标系的精密联系。
分析研究了LAMOST导星和目标星表在位置和自行方面存在的问题,并给出了解决方案。通过对原星表数据的重新处理,不仅验证了方法的可行,同时给出了一部基本符合LAMOST要求的星表。
在2007年11—12月份,LAMOST小系统的实验性科学观测中,在光机电等各个硬件系统的有效配合之下,成功实现了在长时间(1.5小时)的露光观测过程中,光纤和目标星像的高精度对准工作。其中,望远镜的综合导星跟踪精度达到了0".42,光谱出光率平均达到了97%。这从实际应用的角度,验证了“LAMOST的天体测量支持”原理的可行性以及硬件和软件性能指标的可靠性。