光谱仪不同科学目标光纤自动切换过程自适应控制方法
技术领域
本发明涉及一种自动化控制技术领域的方法。涉及到天文终端设备、光学检测、石油探测等技术领域，特别是涉及一种高分辨光谱仪科学目标切换过程自适应控制方法。
背景技术
天文望远镜光谱仪作为天文望远镜终端设备，用于对星光进行处理获取星光光谱，在天文领域应该极为广泛。光谱仪是用CCD作为光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和像差矫正系统组成。以色散元件将星光分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）成像在CCD靶面上，用于后续的数据处理。
对于不同科学观测目标的改变，较为常用的使用两种方法实现，其一是对望远镜进行指向控制，让光谱仪的光纤对准科学目标；其二是切换科学目标光纤，让光谱仪光纤切换至现已经对准的目标光纤。第二种方法的优点是不会引起其他科学光纤目标改变，最大可能减少对其他观测目标的影响；同时为了满足切换后精度和操作便利的需求，在实际使用中使用自适应控制算法，实际使用过程中一键自动控制，方便快捷。
发明内容
为了解决现有技术中不同科学目标光纤手动切换时效率低和切换后定位精度不高及效率低的问题，本发明提供一种光谱仪不同科学目标光纤自动切换过程自适应控制方法。
本发明通过以下技术实现的，首先提前指定观测计划，确定光纤切换顺序和时间，在目标切换过程中可以实现全自动调整或在人机界面上通过软件按钮进行人工调整。在自动切换过程中，除通过闭环精确控制对接光纤空间坐标外，通过CCD校准相机通过实时图像处理技术校核对准光纤是否移动到理想位置，实现在线故障诊断功能，同时亦可提供目标光纤切换的可靠性。其特征在于，步骤如下：
⑴.查询当日观测计划，确定晚上观测目标；
⑵.根据目标位置信息，确定观测目标的顺序，对应光纤编号和切换时间；
⑶.将相关信息输入计算机中，并自动生成光纤切换计划表；
⑷.科学观测开始前，初始化自动光纤切换装置，检测光谱仪光纤是否在原点位置，并及时校正；
⑸获取即将开始切换的科学目标光纤编号，根据设定的控制位置坐标值移动X、Y、Z轴电机，并通过光栅尺实时反馈其位置信息，待移动到设定控制坐标值时停止；
⑹CCD校准相机拍摄光谱仪光纤和目标光纤相对位置；
⑺.自适应光纤对准过程如下：首先通过图像处理判断偏差量，根据偏差给出搜索范围，然后根据二分法确定移动步长，设定收敛精度，每逼近搜索一步，图像实时处理给出偏差值，为下一步逼近搜索提供数据依据，当误差在精度范围内即完成自适应对准；
⑻. CCD相机校准完毕后电磁铁吸合光纤，并更新对应光纤编号的空间位置坐标；
⑼. 观测结束后电磁铁吸力释放，判断是否有新的观测计划，若有新的观测计划，继续安装⑸~⑻步骤切换光纤，否则停止观测并结束。
步骤⑹所述的图像边缘处理是采用高精度边缘定位方法。
步骤⑹所述的CCD校准相机拍摄光谱仪光纤和目标光纤相对位置，具体操作是：通过图像边缘处理校核两光纤是否对准；若没有对准且误差大于0.2毫米，即可停机报警，通知人工对光纤自动切换设备进行故障排除；当没有对准且误差小于0.2毫米时，通过自适应二分法步长移动算法将光纤移动到最佳位置。
上述各步骤所使用的设备是，
自动光纤切换装置，设有入射科学目标光纤（简称目标光纤）、高分辨光谱仪光纤（简称光谱仪光纤）、精密三维运动机构以及CCD相机等组成，入射目标光纤和强力电磁铁安装于光纤定位平台上，该光纤定位平台下端和精密三维运动机构连接成整体。
本发明所述的CCD校准相机，利用图像边缘定位方法提供边缘信息获取精度，即采用MATLAB拉普拉斯算法对CCD靶面光的边缘进行信息获取。
换言之，本发明的方法是：查询当日观测计划，确定晚上观测目标；根据目标位置信息，确定观测目标的顺序，对应光纤编号和切换时间。将相关信息输入计算机中，并自动生成光纤切换计划表；科学观测开始前，初始化自动光纤切换装置，检测光谱仪光纤是否在原点并及时校正；获取即将开始切换的科学目标光纤编号，根据设定的控制位置坐标值移动X、Y、Z轴电机，并通过光栅尺实时反馈其位置信息，待移动到设定控制坐标值时停止；CCD校准相机拍摄光谱仪光纤和目标光纤相对位置，通过图像边缘处理校核两光纤是否对准。若没有对准且误差大于0.2毫米，即可停机报警，通知人工对光纤自动切换设备进行故障排除；当没有对准且误差小于0.2毫米时，通过自适应二分法步长移动算法将光纤移动到最佳位置；自适应光纤对准过程如下：首先通过图像处理判断偏差量，根据偏差给出搜索范围，然后根据二分法确定移动步长，设定收敛精度，每逼近搜索一步，图像实时处理给出偏差值，为下一步逼近搜索提供数据依据，当误差在精度范围内即完成自适应对准；CCD相机校准完毕后电磁铁吸合光纤，并更新对应光纤编号的空间位置坐标；观测结束后电磁铁吸力释放，判断是否有新的观测计划，若有新的观测计划，继续安装（5）~（8）步骤切换光纤，否则停止观测并结束。
为了防止因为螺丝松动和结构误差等原因导致移动光纤头空间坐标变换，拍摄的对接后图像通过数据线传入计算机，通过实时图像突出（即，高精度边缘定位方法）对采集图像光纤边缘进行识别，为实时判断光纤对接精度是否满足要求和自适应校准提供可靠的数据信息和判断依据。
其次，实时图像处理技术可精确计算出现阶段科学目标空间位置是否对准，如果没有对准其最大误差大于0.2毫米时，立刻停机报警，通知人工对光纤自动切换设备进行故障排除，从而实现在线实时诊断功能。
本发明特色创造之一为：全自动一键切换功能。在自动切换过程中，无需人工控制，整个过程由计算机软件全程实现。除通过闭环精确控制对接光纤空间坐标外，通过CCD校准相机通过实时图像处理技术校核对准光纤是否移动到理想位置，实现在线故障诊断功能，同时亦可提供目标光纤切换的可靠性。
本发明特色创造之二为：在线检测故障诊断功能。实时图像处理技术可精确计算出现阶段科学目标空间位置是否对准，如果没有对准其最大误差大于0.2毫米时，立刻停机报警，通知人工对光纤自动切换设备进行故障排除，从而实现在线实时诊断功能。
附图说明
图1为本案例实施的自动光纤切换装置总体结构图；
图2为本发明实施案例的控制流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图所示，本实施例具体包括以下步骤：
⑴. 查询当日观测计划，确定晚上观测目标；
⑵. 根据目标位置信息，确定观测目标的顺序，对应光纤编号和切换时间；
⑶. 将相关信息输入计算机中，并自动生成光纤切换计划表；
即：在计算机控制系统与触摸屏共享的人机界面上设计了光谱仪光纤参数设计、目前位置信息显示、停止、开始和光纤编号按钮（各光纤绑定设计的空间坐标值，一键按钮可完成光纤切换）等参数设置、修改和显示框。
⑷. 科学观测开始前，初始化自动光纤切换装置，检测光谱仪光纤是否在原点位置，并及时校正；
⑸. 获取即将开始切换的科学目标光纤编号，根据设定的控制位置坐标值移动X、Y、Z轴电机，并通过光栅尺实时反馈其位置信息，待移动到设定控制坐标值时停止；
⑹.CCD校准相机拍摄光谱仪光纤和目标光纤相对位置，通过图像边缘处理校核两光纤是否对准。若没有对准且误差大于0.2毫米，即可停机报警，通知人工对光纤自动切换设备进行故障排除；当没有对准且误差小于0.2毫米时，通过自适应二分法步长移动算法将光纤移动到最佳位置，即首先通过图像处理判断偏差量，根据偏差给出搜索范围，然后根据二分法确定移动步长，设定收敛精度，每逼近搜索一步，图像实时处理给出偏差值，为下一步逼近搜索提供数据依据，当误差在精度范围内即完成自适应对准。
⑺.自适应光纤对准过程如下：首先通过图像处理判断偏差量，根据偏差给出搜索范围，然后根据二分法确定移动步长，设定收敛精度，每逼近搜索一步，图像实时处理给出偏差值，为下一步逼近搜索提供数据依据，当误差在精度范围内即完成自适应对准；
⑻. CCD相机校准完毕后电磁铁吸合光纤，并更新对应光纤编号的空间位置坐标；
⑼.观测结束后电磁铁吸力释放，判断是否有新的观测计划，若有新的观测计划，继续安装⑸~⑻步骤切换光纤，否则停止观测并结束。
本发明不限于上述设施方式，凡是在本发明权利要求1技术方案基础上作简单变形，都在本发明意图保护范围之内。
