ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 4
Глава 1
ПЗС-наблюдения с помощью длиннофокусного рефрактора 11
1.1 Характеристики ПЗС-камеры 11
1.2 Выделение изображений объектов 12
1.3 Определение уровня фона 14
1.4 Определение центра ПЗС-изображений объектов 17
1.4.1 Метод центра тяжести 17
1.4.2 Методы на основе модельной аппроксимации изображений объектов 20
1.4.3 Параметры модели 21
1.4.4 Метод определения параметров модели 22
1.4.5 Определение вида функции, используемой для модельной аппроксимации 25
1.5 Разделение взаимодействующих изображений 39
1.6 Калибровка ПЗС-матрицы 46
1.7 ПЗС-наблюдения сближений малых планет со звездами 55
1.8 Результаты ПЗС-наблюдений спутников Сатурна и
Юпитера 60
1.9 Результаты ПЗС-наблюдений двойных звезд 64
1.10 Заключение 70 Глава 2
Применение сканера общего назначения
для позиционных измерений астрофотографий 71
2.1 Введение 71
2.2 Определение фотоцентра изображения объекта
в системе сканера 73
2.3 Калибровка сканера 83
2
2.4 Ортогонализация измерений 89
2.5 Результаты измерений 94
2.6 Заключение 101 Глава 3
Орбитычетырех визуально-двойных звезд, полученные методом параметров видимого движения с дифференциальной коррекцией 102
3.1 Введение 102
3.2 Алгоритм метода параметров видимого движения 104
3.3 Результаты определения орбит визуально-двойных звезд 111
3.4 Заключение 119
Литература 120
3
Введение
В последние несколько десятилетий на 26-дюймовом рефракторе Главной астрономической обсерватории в Пулкове (Р=10413мм, 0=650 мм) ведутся систематические наблюдения визуально-двойных звезд и спутников больших планет. В связи с появлением приборов с зарядовой связью (ПЗС) возникла необходимость в разработке и внедрении новых методов наблюдений и их обработки. При этом мы исходили из того, что не существует общепринятой процедуры обработки ПЗС-наблюдений визуально-двойных звезд и спутников больших планет и что наблюдения на рефракторе с помощью ПЗС-техники, безусловно, имеют ряд особенностей, отличающих их от наблюдений с рефлекторами, опыт которых отражен в литературе [1,2,3]. Например, остаточная хроматическая аберрация, имеющаяся у рефракторов, радикально меняет форму изображений. Также необходимо было обеспечить преемственность между разрабатываемыми методами и уже используемыми оригинальными методиками [4].
В настоящее время в лаборатории фотографической астрометрии Пулковской обсерватории широко используются два устройства на основе ПЗС-техники - ПЗС-матрица, применяемая для наблюдений, и сканер с проекционной приставкой, используемый для измерений астрофотографий. Объединяет данные устройства то, что в итоге мы имеем дело с оцифрованными изображениями, соответственно и методы обработки таких изображений достаточно схожи.
Ключевой частью для любого метода анализа оцифрованных изображений является алгоритм определения центра объекта. Существующие алгоритмы, с точки зрения применимости для обработки наблюдений на длиннофокусном телескопе, обладают тем недостатком, что имеют недостаточный контроль корректности такого алгоритма в
4
применении к изображениям, создаваемым конкретным инструментом. В случае длиннофокусного телескопа это особенно важно.
Существует достаточно большое число универсальных программных продуктов, в которых реализуется обработка изображений; кроме указанного принципиального недостатка, им присущи следующие практические недоработки.
1) Как правило, реализуется лишь первый этап обработки - получение координат в системе, связанной с изображением.
2) Недостаточная автоматизация измерений. Так при обработке серии схожих ПЗС-кадров, необходимо открыть очередной кадр, измерить все объекты, записать результаты и закрыть кадр. Такой алгоритм в случае, когда серия насчитывает 100 и более изображений, как это принято при наблюдениях визуально-двойных звезд, требует больших затрат времени.
Указанные обстоятельства диктуют необходимость разработки собственных методов анализа численных изображений и реализации разработанных методов в виде оригинального пакета программ.
Отметим, что существует негативный опыт использования стандартных методов и пакетов программ для наблюдений двойных звезд. Так, в работах выполненных в Белградской обсерватории [5] и в обсерватории de Llano del Hato (Венесуэла) [6], ошибка одного наблюдения составляет порядка 0.1 секунды дуги. Для сравнения, ошибка одного наблюдения на 26-дюймовом рефракторе ГАО фотографическим методом, в зависимости от условий наблюдений, колеблется от 0".015 до СГ.04; ПЗС-наблюдения, выполненные и обработанные по представляемой в данной работе методике, на том же инструменте, имеют точность от 0".01 до 0".02.
В данной работе приведены результаты методических исследований в связи с применением ПЗС-техники на 26-дюймовом рефракторе в Пулкове, а также при измерениях астрофотографий,
5
полученных на этом же инструменте. Приводятся результаты наблюдений двойных и кратных звезд, спутников больших планет и астероидов. Кроме того, даны результаты определения орбит четырех визуально-двойных звезд методом параметров видимого движения (ПВД) с дифференциальной коррекцией.
Основными результатами диссертации являются:
1) Предлагаемый метод обработки позиционных ПЗС-наблюдений визуально-двойных звезд, спутников больших планет и астероидов для 26-дюймового рефрактора ГАО РАН обеспечивает ошибку серии ПЗС-кадров, полученных в результате одного наблюдения, 0".01-0".02. Данным методом было получено и обработано более 15000 отдельных ПЗС-кадров.
2) Показана возможность применения сканирующих устройств общего назначения для высокоточных позиционных измерений астрофотографий. Конкретный экземпляр планшетного сканера 1)тах Ро\мег1_оок II, имеющийся в распоряжении автора, обеспечивает точность измерений в 1.5 раза лучше, чем система "Аскорекорд". Измерено 8 рядов наблюдений двойных звезд, всего более 250 пластинок.
3) Разработан алгоритм, позволяющий расширить область применения метода ПВД для визуально-двойных звезд, наблюдения которых охватывают значительный участок орбиты.
4) Методом ПВД с дифференциальной коррекцией исходных данных определены орбиты четырех визуально-двойных звезд.
Апробация работы.
Результаты диссертации докладывались на научных семинарах астрометрических отделов ГАО РАН, на семинарах астрономической кафедры Санкт-Петербургского государственного университета, а также на Всероссийской конференции с международным участием
6
“Наблюдения естественных и искусственных тел Солнечной системы” (ИТА РАН, СПб, 1996).
Объем_и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав и списка цитируемой литературы. (125 страниц, 25 иллюстраций, библиография 85 наименований).
Первая глава посвящена вопросам получения и обработки наблюдений, выполненых с помощью ПЗС-матрицы. Рассматриваются следующие этапы обработки
1. Выделение изображений объектов. Показано, что при дифференциальных измерениях для минимизации систематической ошибки, связанной с блеском, необходимо анализировать изображения объектов в областях одинакового размера.
2. Определение уровня фона. Данная величина вычисляется по частотной гистограмме значений на элементах матрицы. Градиент фона, возникающий при наблюдениях спутников планет из-за ореола от яркой планеты, снимается путем аппроксимации многочленом отсчетов в кольце вокруг измеряемого объекта.
3. Рассмотрено 5 методов определения центра ПЗС-изображений объектов. Наилучшие результаты дает метод модельной аппроксимации при использовании модели вида
- 1р ------;— -------9 + &
Л(х-х0) + В(у-у0) +С где х, у - координаты элемента изображения; х0, у о - координаты центра; А,В,С,О - параметры модели; / - отсчет ПЗС-матрицы на элементе с координатами х, у; 1Р - уровень фона.
4) Разделение взаимодействующих изображений объектов. Взаимодействующие изображения рассматриваются как сумма двух одиночных.
7
5) Калибровка ПЗС-матрицы производилась путем сравнения полученных практически одновременно ПЗС и фотографических изображений шарового скопления М3. Определены 6 постоянных перехода от координат в системе ПЗС-матрицы к системе прямоугольных координат.
В первой главе также приведены результаты наблюдений сближений малых планет со звездами, спутников больших планет и визуально-двойных звезд. В зависимости от типа объектов предложены различные методики наблюдений.
Во второй главе рассматривается методика высокоточных измерений астрофотографий на основе сканера общего назначения. Данная методика детализируется следующим образом.
1) Фотоизображение какого-либо объекта измерялось с помощью метода модельной аппроксимации при использовании профиля Лоренца
</ = 7 7 + О.
(А(х-Х<>У + В(у-у0)гУ+С
2) Калибровка сканера была произведена путем сравнения измерений одной и той же пластинки на сканере и на "Аскорекорде". Также было установлено, что сканер позволяет получить приемлемую точность измерений только по одной координате, соответствующей направлению ПЗС-линейки, поэтому каждую пластинку необходимо измерять два раза с поворотом ее на 90 градусов.
3) Описан метод, позволяющий с необходимой точностью определить угол поворота между двумя системами измереных координат.
4) Приведены результаты измерений нескольких серий пластинок двойных звезд, для каждой серии вычислены ПВД первого порядка. Выполнено сравнение результатов измерений на сканере с результатами измерений того же наблюдательного материала с помощью комплекса "Аскорекорд".
8
В третьей главе приведены результаты определения орбит четырех визуально-двойных звезд. Рассматривается метод ПВД с дифференциальной коррекцией.
На защиту выносятся:
1) Методика обработки позиционных ПЗС-наблюдений визуальнодвойных звезд, спутников больших планет и астероидов на длиннофокусном рефракторе.
2) Метод измерений астрофотографий с помощью сканера общего назначения.
3) Алгоритм метода ПВД с дифференциальной коррекцией начальных данных.
Основные результаты диссертации опубликованы в 7 статьях
1. Измайлов И. С., Киселев А. А. и др. Применение ПЗС-камеры в Пулковских программах наблюдений двойных и кратных звезд и спутников больших планет на 26-дюймовом рефракторе. ПАЖ, 1998, N10 с. 772-779.
2. Измайлов И. С. Применение сканера общего назначения для позиционных измерений астрофотографий. // Известия ГАО в Пулкове, с. 533, N214, СПб., 2000.
3. Измайлов И. С., Киселев А. А. и др. ПЗС-наблюдения сближений звезд с малыми планетами на 26-дюймовом рефракторе в Пулкове. //Известия ГАО в Пулкове, с. 171, N213, СПб., 1998.
4. Киселев А. А., Романенко Л.Г., Измайлов И. С., Грошева Е. А.-Новые орбиты 9 визуально-двойных звезд, выведенные методом параметров видимого движения. // Известия ГАО в Пулкове, с. 239, N214, СПб., 2000.
5. Грошева Е. А., Измайлов И. С. Исследование визуально-двойной звезды ADS 8100 АС.//Известия ГАО в Пулкове, с. 255, N214, СПб., 2000.
6. Киселева Т. П., Киселев А. А., Хруцкая Е. В., Измайлов И. С., Калиниченко О. А. Результаты фотографических и ПЗС-наблюдений
9
системы спутников Сатурна на 26-дюймовом рефракторе в Пулкове в 1995 г. // Известия ГАО в Пулкове, с. 76, N210, СПб., 1996.
7. Киселева Т.П., Измайлов И.С. Результаты ПЗС-наблюдений спутников Юпитера и Сатурна на 26-дюймовом рефракторе в Пулкове. // Известия ГАО в Пулкове, с.ЗЗЗ, N214, СПб., 2000.
Во всех совместных работах автору принадлежит разработка методов обработки ПЗС-наблюдений и практическая реализация разработанных методов, а также в 4-й работе определение двух из девяти орбит.
10
- Київ+380960830922