AstroBlog

Анализ периодической ошибки монтировок Synta EQ6 Pro, HEQ5 Pro и подобных довольно подробно описан в англоязычной части сети. Я постараюсь заполнить пробел возникший в ру и уанете. В этой статье я буду базироваться на анализе монтировке EQ6. Начну с краткого описания того, что такое периодическая ошибка монтировки (Periodic Error – PE). Ведение со звездной скоростью  подавляющего числа монтировок производится при помощи червячной пары, состоящей из червяка и червячного колеса (http://ru.wikipedia.org/wiki/Червячная_передача).

Что у нас внутри?

Механизм привода рассчитан таким образом, что, при часовом ведении, червячное колесо делает 1 оборот за сутки (86160 секунд). У монтировки EQ6 червячное колесо содержит 180 зубьев, и, соответственно, для того, чтобы колесо сделало 1 полный оборот – червяк должен сделать 180 оборотов, т.е. один оборот займет 478.666 секунд (7.98 минут). Червяк, в свою очередь, приводится в движение от шагового двигателя посредством промежуточного редуктора собранного на трех прямозубых латунных шестернях с 12 (на валу двигателя), 36 (промежуточная) и 47 (на червяке)  зубьями для оси RA и 12-47-47 для оси DEC.

Однако так как изготовить шестерни и червяк с космической точностью стоит космических же денег, производители бюджетной техники ставят бюджетные компоненты. Не хочу сказать ничего очень плохого про внутренности Синтовских монтировок. Качество у них, скажем так – среднее. Для своего времени – это было вообще откровением, да и сейчас в категории до $2000 у этих монтировок конкурентов практически нет. Но среднее качество компонент, применяемых в монтировках не означает, что все монтировки одинакового “среднего” качества. Среднее качество означает, что точность применяемых компонентов плавает от изделия к изделию. И можно получить как “лимон” в котором все элементы “кривые” так и “бриллиант” в котором, по счастливому совпадению, все механические элементы попались высококачественные. Но в основном будет ни то ни се.

Под элементами я тут подразумеваю в первую очередь шестеренки промежуточного редуктора, червяк и червячное колесо, и во вторую очередь это все подшипники и места сочленения деталей.

Какие же проблемы несут нам компоненты монтировки. Основная проблема с механическими элементами состоит в том, что они изготавливаются с определенной (весьма ограниченной) точностью. Если говорить о шестеренках или червячном колесе, то у них могут немного различаться размеры зубьев, отверстие может быть не точно по центру, сама шестеренка может быть немного овальной. Тоже касается и червяка. Он может иметь некоторый эксцентриситет, профиль зуба может иметь неровности. Все эти ошибки изготовления приводят к тому, что монтировка, вместо того, чтобы вести с постоянной скоростью (звездной, лунной …) ведет то быстрее, то медленнее, чем нужно, и, соответственно, звезда двигается то быстрее, чем монтировка, то медленнее. Если для визуала это совсем не страшно (ну сдвинется звезда на 1/10 поля зрения и что?), то для астрофто такая ситуация заканчивается неаппетитными сосисками вместо горсточки наколотых звезд.

Периодическая ошибка такая непериодичная…

Периодической ошибку называют потому, что она очень часто имеет довольно ярко выраженный периодический характер и некую схожесть на синусоиду. Но в большинстве бюджетных (и даже не очень бюджетных) монтировок внешний вид ошибки далек от синусоиды из-за того, что все компоненты одновременно делают свой вклад в общую ошибку. На ошибку червяка накладываются ошибки всех промежуточных шестеренок и в результате мы имеем что то типа такого:

Не думай о секундах свысока.

Меряют периодическую ошибку в секундах дуги (обозначается двойными кавычками). Например +/-15″ – показывает, что размах периодики составляет 30 секунд дуги. Это значит, что звезда будет сдвигаться от идеального положения на +/-15″ за один оборот червяка (в случае EQ6 – это 8 минут). Если съемка идет на телескоп и ПЗС камеру с масштабом 2″ на пиксель, то периодическая ошибка растянет звезду на 15 пикселей. Теоретически, чем больше периодическая ошибка – тем хуже. Означает ли это, что монтировка с периодикой +/- 15″ всегда лучше, чем монтировка, +/-20 секунд? Простой ответ: НЕТ! Не означает! Проблема с определением периодики только с помощью общего размаха ошибки не дает представления о том как быстро эта ошибка нарастает или спадает. Плавная периодика в +/-20″ будет намного лучше, чем периодика в +/-15″ с постоянными резкими скачками. Почему? 90% астрофотографии делаются с использованием автогидирования, которое плавные ошибки практически любой разумной амплитуды убирает без малейших проблем. А вот резкие скачки быстро исправить невозможно и звездочки все равно будут испорчены несмотря на наличие автогида. Есть простое правило: чем ближе ошибка к червячной шестерне, тем больше у этой ошибки размах (плохо) и тем больше у этой ошибки период повторения (хорошо). Так ошибка в изготовлении червячного колеса будет повторятся с периодом в 1 сутки. Овальность червяка будет давать ошибку с периодом в 8 минут.Шестерня на двигателе делает один оборот за 122.2 секунды и соответственно будет давать ошибку с таким периодом и т.д.

Основные источники ошибок и периодичность их появления перечислены в таблице ниже.

Основные источники периодических ошибок и их периоды
Название	Описание	Комментарий	Периодичность
			HEQ5	EQ6
Червячное колесо	Большое латунное червячное колесо	180 зубьев у EQ6	1 сутки (86160 секунд)	1 сутки (86160 секунд)
Червяк	Материал - сталь	Приводит во вращение червячное колесо		478.7 секунд
Шестеренка на червяке	Латунная шестеренка	47 зубьев		478.7 секунд
Промежуточная шестерня	Латунная шестерня между шестерней на двигателе и шестерней на червяке.	36 зубьев		366.6 секунд
Шестерня на валу шагового двигателя	Маленькая латунная шестерня	12 зубьев		122.2 секунды
Перекатывание с зуба на зуб	Между зубьями шестерни на шаговике и промежуточной и между промежуточной и шестерней на червяке			10.2 секунды
Микрошаг шагового двигателя	64 микрошага на шаг - 105 микрошагов в секунду			0.0095 секунды

Практика – лучшее подтверждение теории.

Перейдем к практической части.  Кратко анализ периодики монтировки можно разделить на 4 этапа:

1. Запись траектории движения звезды в ходе часового ведения. Если монтировка ведет идеально, то звезда будет неподвижна. Любые механические огрехи будут приводить к ее смещению по отношению к первоначальной точке. Кроме механических огрехов изготовления компонентов монтировки, свой вклад вносит неправильно установленная полярная звезда, “плывущий” фокусер, гнущаяся труба телескопа.

2. Анализ положения звезды и выявление зависимостей.

3. Настройка монтировки в соответствии с результатами анализа

4. GoTo 1.

Для того, чтобы проанализировать периодику монтировки нам понадобятся:

1. Собственно монтировка, желательно (но не обязательно) подключенная в режиме EQ-Mod (http://eq-mod.sourceforge.net/introindex.html)

2. Телескоп. Практически любой, который позволяет вести съемку в прямом фокусе. Рефрактор-Рефлектор-Катадиоптрик – без разницы.

3.Ноутбук и  веб-камера, с помощью которой мы будем “следить” за звездой. Чем больше кадров в секунду (при сохранении приемлемого качества картинки) выдает камера – тем более точно мы сможем проанализировать периодику. Но больше 10 к/сек ставить особого смысла нет. На таких частотах мы все равно будем видеть в основном атмосферу, а 10 к/сек позволит нам  уверенно выделять гармоники с периодом около 1/3 секунды.

4.  Программа для записи периодики PERecorder (http://perecorder.wikidot.com/download). Вместо PERecorder можно использовать практически любую другую программу для автогидирования, например ProGuider (http://www.astronica.ru/category/proguider/), Guidemaster (http://www.guidemaster.de/index_en.asp), PHDGuide (http://www.stark-labs.com/phdguiding.html). PERecorder хорош тем, что он все делает практически в автоматическом режиме и требует минимума телодвижений.

5. Программа для анализа периодики и подготовки файла коррекции периодической ошибки PECPrep (http://sourceforge.net/projects/eq-mod/files/). Эта программа на данное время, пожалуй, обладает самыми широкими возможностями для анализа. Поддерживает несколько форматов входных данных. Из аналогов можно вспомнить еще чешскую разработку PEAS (Periodic Error Analysis Software)  http://www.grecner.cz/astro/peas_a.htm

Тихо! Идет запись.

Для записи периодики подключаем вебкамеру к ноутбуку, наводим телескоп на какую-нибудь яркую звезду, которая, однако не будет пересвечена. Звезду надо выбирать так, чтобы ее склонение (DEC) было около 0 и она находилась на запад от меридиана.

Запускаем PECPrep.

Нажимаем Webcam выбираем камеру и ее свойства. В левом верхнем окошке появится изображение с камеры. Ничего страшного, что оно маленькое – так и должно быть. На кадре желательно чтобы была одна яркая звезда, а камера выдавала 5-10 кадров в секунду. Приводим звезду примерно в центр экрана.

Если у камеры есть «битые», горячие пикселы, то накрываем телескоп крышкой и нажимаем кнопку “Dark Frame”

Далее нажимаем кнопку «Scope» и выбираем драйвер монтировки. Важно, чтобы монтировка была уже настроена (хотя бы по 1 звезде). Программа использует текущие координаты монтировки, чтобы определить подходит ли звезда для записи периодики.

Далее жмем кнопку «Calibrate». Программа начнет двигать монтировку по оси RA и рисовать в квадратике справа вверху текущее положение звезды в виде красного квадратика на каждом шагу. PERecorder подведет звезду к краю экрана, а потом вернет назад в центр и выдаст результат калибровки. Значение Correlation должно быть близко к 1.

Если программа выдала ошибку, то скорее всего она не смогла найти звезду или использовала горячий пиксел вместо звезды. С помощью кнопки Verify можно проверить все ли правильно рассчитала программа.

После этого идем в поле Work Dir, нажимаем кнопку Browse и выбираем в какую папку будут сохранятся данные по периодике.

Нажимаем кнопку Record и программа начнет запись периодики. Внизу начнет рисоваться график. Ждем чтобы наш червяк провернулся разок эдак пять! Это позволит нам проанализировать не только периодику в пределах одного оборота, но и оценить насколько ошибка меняется от одного периода к другому.

Нажимаем кнопку Stop. Программа сохранит результат в текстовом файле с именем типа pe_raw_data_2009_9_19_16_45.txt Все! Можно анализировать результаты.

Кто тут крайний? За анализами.

Запускаем программу PEСPrep.

Заходим File-Load-PERecorder File (RA) загружаем файл, созданный PERecorder. Видим на экране картину подобную этой.

В левом верхнем окне показана наша периодика

• RAW – исходные данные
• RAW-Trend – исходные данные за вычетом линейного тренда. (уползание звезды из-за неправильно выставленной полярки)
• Noise – шум (то, что остается если из наших данные вычесть сглаженные)
• Smoothed – сглаженная периодика
• Linear Regression – линейная регрессия (то самое уползание)

Из этих графиков нас интересует в первую очередь RAW-Trend.

На графике вверху справа показаны периодики для каждого оборота червяка. Тут можно оценить насколько высокая повторяемость периодики от цикла к циклу.

Ползунки снизу устанавливают параметры фильтра для сглаживания периодики:

• Mag Limit – фильтр по вкладу в величину периодики, чтобы обрезать малозначимые гармоники
• High Pass – отфильтровывает низкочастотные гармоники
• Low Pass – отфильтровывает высокочастотные гармоники (атмосферу)

В общем, настройки фильтра нужны есть мы хотим построить кривую PEC для дальнейшей ее загрузки в EQMod. Если мы хотим просто проанализировать периодику идем сразу на вкладку Frequency Spectrum.

На этой вкладке мы видим анализ Фурье нашей периодики. По оси Х у нас период, по оси Y вклад этого периода в периодику. В окошке «Significant Mount Periods» приведены самые важные периоды для монтировок EQ6, HEQ5 (для каждой свой). Выделенные периоды показываются на графике.

В моем случае – самый большой вклад идет от червяка. Он дает выбросы с периодами 478 секунд, 478/2, 478/3 и так далее. Зная с каким периодом вращаются отдельные детали механизма можно легко выделить их вклад в общую периодику. Вот пример периодики до того, начал настройку монтировки. Меня сильно доставал 10 секундный цикл, который шарахал звезду на +/- 2 секунды и не давал гидировать с выдержкой больше 1/5 секунды. На графике это хорошо видно.

Таким образом, с помощью Фурье анализа можно быстро определить какие детали монтировки требуют дополнительно внимания, вплоть до такой экзотики как, например, период обращения шарика в подшипнике или влияние микрошагов (правда для этого надо снимать с частотой около 220 к/сек.

А дальше?

Что делать дальше – решать уже вам. С одной стороны, долгопериодичные гармоники при съемке с автогидом обычно не мешают, даже если у них амплитуда довольно большая. Но с другой, при съемке на камеры SBIG со встроенным гидирующим чипом через узкополосные фильтры длительность выдержек гида может достигать десятков секунд. А за это время периодика “утащит” звезду. Если у монтировки присутствуют резкие скачки, то, скорее всего, автогид их исправить не сможет и тут поможет только оперативное вмешательство переборка монтировки и более точная настройка ее компонентов.

Если вы решили перебирать монтировку, то обязательно сохраните результаты анализа, чтобы потом было понятно в правильном ли направлении вы двигаетесь, и на сколько удалось улучшить периодику.

Запись и анализ периодики монтировок с помощью PERecorder и PECPrep , 9.9 out of 10 based on 9 ratings

Tags: EQ6, HEQ5, Synta, Монтировка, Периодическая ошибка, Телескоп

This entry was posted by admin on Wednesday, February 17th, 2010 at 19:37 and is filed under Монтировки. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.