望远镜跟踪架结构形式及测量原理浅析

　　根据用途和观测目标不同，望远镜跟踪架可采用三种不同的结构形式——赤道式、地平式和水平式，赤道式又称极轴式，其赤经轴(极轴)与地球回转轴 平行，赤经轴的匀速转动可以很好的抵消由于地球自转产生的星体的视运动;地平式具有较好的承载能力，结构小，造价低，应用较为广泛，但是存在天顶盲区;水 平式无天顶盲区，在高仰角空域跟踪性能良好，特别是对人造地球卫星具有很好的跟踪性能[1]。

　　1 赤道式跟踪架及测量原理

　　1.1 赤道式跟踪架结构特点

　　赤道式望远镜模型如图 1 所示，一根转动轴与地球自转轴平行，这根轴称为赤经轴，也称之为极轴，另一根轴与赤经轴垂直，称为赤纬轴，镜筒安装在赤纬轴上实现对空间目标的观测。根据 镜筒的位置、极轴框架的结构不同，赤道式望远镜又可分为多种不同的结构形式[2]，如图 2所示。(1)德国式：德国式的极轴轴承配置在同一侧，赤纬轴位于极轴轴承的外侧;(2)英国式：英国式将赤纬轴从极轴轴承的一侧移到两个分开的极轴轴承 的中间，极轴不再是悬臂式结构，具有较大的抗弯强度，可用于口径较大的望远镜，国家天文台 2.16m天文望远镜即采用此结构形式;德国式和英国式结构是非对称的，对称的赤道式跟踪架还包括轭式结构、叉式结构和马蹄式结构。

　　赤道式望远镜的最大优点就是天体的视运动可以很容易地利用赤经轴的匀速转动来补偿，在观测天体运动时，它以周日运动方向和速度绕极轴匀速转动， 从而抵消了因地球自转而产生的天体的视运动，使它所对准的天体保持在视场当中，且视场中星体位置没有相对转动，这样，就可以进行长时间的观测和照相，同时 赤道式望远镜在观察条件最好的天顶位置没有盲区。赤道式望远镜的缺点是悬臂梁式的叉臂弯曲变形大，其承重载荷受到一定的限制，不宜装置口径太大的望远镜， 而且体积大、造价高，外场安装复杂，它的盲区在极区。图 3 为欧洲南方天文台 3.6m 赤道式望远镜。

　　1.2 赤道式望远镜测量原理

　　如图 4 所示，原点O为地面观测点，NESW为地平面中的北、东、南、西四个方向，OZ 是天顶方向;OP 是北极方向;过 N、S 和天顶 Z 的大圆(以O为圆心的圆)为子午圈，即由北向南过天顶的大圆。

　　赤道坐标系的定义为以观测点O为原点，基本平面为赤道面EQW，主方向为赤道面和子午圈的交点 Q。过空间目标 T 点做赤经圈 PTM 交赤道圈于M 点，则角 QOM 为时角 t，即空间目标投影到赤道面的平面角，对应于赤经轴的转动，t 的取值范围[ 12h，12h]，向西为正，向东为负;角TOM为赤纬角 ，即空间目标指向与赤道面的空间夹角，对应于赤纬轴的转动， 的取值范围[ 90°，90°]，向北为正，向南为负，则运动目标在空间某位置 T可表示为