基于Intel PXA270的移动天文观测系统的设计
茫宇宙自古是最令人类产生无限遐思的地方，宇宙的庞大至今仍然让一般人难以想象。作为我们全部能量、给予我们全部生命基础的太阳，相对于我们感性的理解能力而言已经是庞大无比，可是它同我们如今已经观测到的宇宙相比又不过是沧海一粟。自古，脚下一望无际的大地，是人们感觉平坦、厚重、坚实又可靠的地方。宇宙科学就是一步一步地超越人们的这种踏实感的历史，每一个新发现都伴随着人们的惊奇和难以置信之感，几乎每一次难题的解决，都会从相关证据中牵引出更富挑战性的新难题。为获得这些知识，人类经历了几个世纪的努力，每一个成就的取得都是继续进步的阶梯，每一个难题的发现又都是对智力的挑战……宇宙科学的发展历程既充满着理性和逻辑的魅力，又为人类留下了无尽的想象空间。更多的人渴望探知宇宙的奥秘，然而星历表厚重而不直观，简易星图由于天体运动的因素必须在指定时间进行观测；望远镜手工调整非常繁琐；拍摄不便。
为了解决上述问题而开发本系统。它的主要特点如下：通过计算，在屏幕上显示出当时当地星图，观测者无需携带天文资料，在屏幕上将观测内容实时显示出来，使观测者无须忍受长时间单眼观测的视觉疲劳，同时提高了观测效果；可对观测图像进行实时处理；可非常方便地拍摄、保存观测结果；可对结果进行一些图像处理，增强可辨性，系统自动记录观测日志，方便整理观测资料。
1 嵌入式开发平台介绍
本系统采用深圳亿道电子开发的一套基于intelxscale pxa270处理器的liod嵌入式开发平台。liod开发平台得名手亿道电子的理念“leading is our du-ty”，是一套功能强大的嵌入式开发平台，主频高达520 mhz，支持intel wireless mmx及step speed技术，超低功耗，超高性价比。核心板（xsbase270-core）+底板设计（xsbase270-dvk-ⅱ），扩展更灵活，应用更丰富。同时具有完善的功能接口，具有完善的win ce／linux双操作系统支持。本系统主要用到lcd、触摸屏、全功能串口等。
2 系统硬件设计
移动天文观测系统以liod板为主控板，在此基础上扩展了相关电路，制成一块附属板，整体硬件框图如图1所示。
在本系统中，xscale与附属板通过串口相互通信，附属板与gps模块、指南针模块的通信也使用串口，因此需要对附属板上的单片机串口进行复用，以实现所需功能。
使用cd4053模拟开关来实现串口复用功能，通过单片机的控制引脚切换不同的串口信号。
gps采用了ho1ux gr-85接收模块，具有快速追踪定位12颗卫星的能力，数据更新速率为1 hz。gps模块用来得到当地经纬度及准确时间的信息。
数字指南针采用了周立功znjv2模块，磁场测量范围为50 a／m，机首方向显示分辨率为2°，机首方向精度为3°，补偿后精度可达到0.5°，数字指南针模块用于安放望远镜时准确指向。
温度传感器采用dallas的ds18b20芯片，其分辨率为0.062 5℃，精度为0.5℃。温度传感器测量大气温度，用于计算大气折射率。
动力机构采用廉价云台机构，其内部为匀速交流同步电机，通过控制电机转动时间长短控制其所转角度。
3 天体视位置计算算法
地球上的观测者至天体的空间距离。不同类型的天体距离远近相差十分悬殊，测量的方法也各不相同。 ①太阳系内的天体是最近的一类天体，可用三角测量法测定月球和行星的周日地平视差；并根据天体力学理论进而求得太阳视差。也可用向月球或大行星发射无线电脉冲或向月球发射激光，然后接收从它们表面反射的回波，记录电波往返时刻而直接推算天体距离。 ②对于太阳系外的较近天体，三角视差法只对离太阳 100 秒差距范围以内的恒星适用。更远的恒星三角视差太小，无法测定，要用其他方法间接测定其距离。但是这些方法显然不能满足应用的需要。这里实现的方法是将天体的运动简化为数学模型，通过对数学模型中相对固定的参数进行运算，最终得出天体的位置，通过实验比对验证了这种方法的准确性和高效性。
星表就是通常所说的恒星坐标表，它由天体的视位置经过一系列的换算而得到星表历元平位置，在星表中载有恒星的赤道平坐标，坐标的周年变化和恒星的白行等。
fk5是由德国海德堡天文所编制的近年来人们普遍使用的一种绝对星表。目前，这种由星表求解天体视位置的方法已被广泛用于求解天文三角形中。
从fk5星表出发，经过与编制星表相反的步骤来求天体的视位置，通过对影响恒星视位置的各种因素，如大气折射、视差、光行差、岁差、章动、自行等误差的分析，给出计算恒星视位置的数学模型，其基本流程图如图3所示。
按照以上算法编写出相关函数库，主程序将相关变量如输入观测地点经纬度、欲观测星体等数据即可计算出星体视位置。fk5星表以文件形式存放。
4 视频数据采集及显示
图像数据的显示可以通过直接写屏来实现。linux工作在保护模式下，用户态进程是无法直接使用显卡：bios里提供的中断调用来实现直接写屏，故linux抽象出framebuffer。这个设备来供用户态进程实现直接写屏。 framebtlffer主要是根据vesa标准实现的，所以只能实现最简单的功能。
直接写屏的过程：
（1）打开一个framebuffer设备；
（2）通过调用mmap（）把显卡的物理内存空间映射到用户空间；
（3）直接写内存。
由于直接写屏是直接对显存进行修改，同qt对程序界面的刷新并不协调，因此有时会出现显示上的瑕疵，为此使用另一种方法显示图像数据，即利用qt库中的qimage类来实现。
以上论述了如何进行采集及显示，但在实际的系统中存在多个任务，各个模块之间需要相互配合，如果简单地采用上述方法，由于视频采集的速度较慢，将会造成阻塞，影响系统性能，因此使用线程技术。
在视频设备初始化后开启一个采集线程，此线程不断采集新的视频数据，采集完一帧数据会改写状态变量；显示部分采用定时显示，每隔一段时间判断状态变量是否为“已采集完毕”状态，如果是则进行显示。由于需要耗时等待的采集过程在线程中运行，通过linux系统的自动调度，系统运行十分流畅。
5 观测的结果
观测结果包括：拍摄到的图像、拍摄时所在地的经纬度、拍摄时间、大气温度及拍摄的星体名称等。存储时以文件的形式按时间存储，形成观测日志。
对天体视位置计算算法及望远镜实际指向进行了测试。天体视位置算法的测试是选择有代表性的四个天体（太阳、大鸟六、月球、金星），通过与专业天文软件 starcalc的计算结果进行比对，衡量计算误差的大小。望远镜实际指向的测试采用现场测量的方法。使用的主要测试工具为计算机、量角器等，测试数据如表1所示。
从比较结果可以看出，由本系统的天体视位置计算算法得出的方位角平均误差为0.261°，高度角平均误差为0.155°，小于系统使用望远镜（物镜焦距360 mm，目镜焦距20 mm）视角6.35°，满足系统观测要求。
图4给出北京时间2008年6月27日20：22：49，在福州大学城（东经119.29°，北纬26.08°）对月球的观测图像；图5给出北京时间2008年6月22日3：47：49，在福州大学城（东经119.29°，北纬26.08°）对金星的观测图像。
6 结 语
针对目前天文观测系统的局限和不足，在基于intel pxa270和linux环境下设计了一套新的移动天文观测系统。采用一种特殊的求天体视位置的算法，实现了天体的高精度定位。用户可通过简单的点击操作使天文望远镜自动转向欲观测的星球，应用数字化视频采集技术将观测的对象显示在屏幕上，并对图像进行实时处理，增强了观测效果。最后给出了实测数据，通过数据可以判断该系统与其他系统相比具有精度高，误差小，观测效果好等优点。
使用 NVIDIA DOCA GPUNetIO 进行内联 GPU 数据包处理
各大企业在AI领域的发展
重庆渝中区引进Adobe Certified Professional 影视培训和认证中心
如何解决国内小区电动车充电桩数量和分布问题？
OPPO Find X2无线充电设置界面截图曝光 支持无线反向充电且功率达30W
基于Intel PXA270的移动天文观测系统的设计
织物透湿量测试仪的技术指标以及特征是怎样的
数据仓库的基本架构及架构图介绍
中国移动正式发布了2019年至2020年抗DDOS攻击设备采购招标公告
如何处理服务存在内存泄漏问题？
探索纯电动汽车用锂离子电池放电过程的瞬态生热特性
2023年你应该知道的所有机器学习算法
交流电和直流电的传输过程是怎样的
遥控玩具越野车DIY图解
高通指控苹果偷窃芯片机密，用于改进英特尔的芯片性能
华为网络技术专家阐述了当前数据网络的问题和创新需求
西门子Sinumerik 828紧凑型数控系统亮相 助力标准型数控市场数字化建设
2017旗舰机哪款最值得推荐
基于GPS的电压互感器二次线路压降自动跟踪补偿装置的设计与实现
泛林发布半导体刻蚀技术解决方案
为了解决上述问题而开发本系统。它的主要特点如下：通过计算，在屏幕上显示出当时当地星图，观测者无需携带天文资料，在屏幕上将观测内容实时显示出来，使观测者无须忍受长时间单眼观测的视觉疲劳，同时提高了观测效果；可对观测图像进行实时处理；可非常方便地拍摄、保存观测结果；可对结果进行一些图像处理，增强可辨性，系统自动记录观测日志，方便整理观测资料。
1 嵌入式开发平台介绍
本系统采用深圳亿道电子开发的一套基于intelxscale pxa270处理器的liod嵌入式开发平台。liod开发平台得名手亿道电子的理念“leading is our du-ty”，是一套功能强大的嵌入式开发平台，主频高达520 mhz，支持intel wireless mmx及step speed技术，超低功耗，超高性价比。核心板（xsbase270-core）+底板设计（xsbase270-dvk-ⅱ），扩展更灵活，应用更丰富。同时具有完善的功能接口，具有完善的win ce／linux双操作系统支持。本系统主要用到lcd、触摸屏、全功能串口等。
2 系统硬件设计
移动天文观测系统以liod板为主控板，在此基础上扩展了相关电路，制成一块附属板，整体硬件框图如图1所示。
在本系统中，xscale与附属板通过串口相互通信，附属板与gps模块、指南针模块的通信也使用串口，因此需要对附属板上的单片机串口进行复用，以实现所需功能。
使用cd4053模拟开关来实现串口复用功能，通过单片机的控制引脚切换不同的串口信号。
gps采用了ho1ux gr-85接收模块，具有快速追踪定位12颗卫星的能力，数据更新速率为1 hz。gps模块用来得到当地经纬度及准确时间的信息。
数字指南针采用了周立功znjv2模块，磁场测量范围为50 a／m，机首方向显示分辨率为2°，机首方向精度为3°，补偿后精度可达到0.5°，数字指南针模块用于安放望远镜时准确指向。
温度传感器采用dallas的ds18b20芯片，其分辨率为0.062 5℃，精度为0.5℃。温度传感器测量大气温度，用于计算大气折射率。
动力机构采用廉价云台机构，其内部为匀速交流同步电机，通过控制电机转动时间长短控制其所转角度。
3 天体视位置计算算法
地球上的观测者至天体的空间距离。不同类型的天体距离远近相差十分悬殊，测量的方法也各不相同。 ①太阳系内的天体是最近的一类天体，可用三角测量法测定月球和行星的周日地平视差；并根据天体力学理论进而求得太阳视差。也可用向月球或大行星发射无线电脉冲或向月球发射激光，然后接收从它们表面反射的回波，记录电波往返时刻而直接推算天体距离。 ②对于太阳系外的较近天体，三角视差法只对离太阳 100 秒差距范围以内的恒星适用。更远的恒星三角视差太小，无法测定，要用其他方法间接测定其距离。但是这些方法显然不能满足应用的需要。这里实现的方法是将天体的运动简化为数学模型，通过对数学模型中相对固定的参数进行运算，最终得出天体的位置，通过实验比对验证了这种方法的准确性和高效性。
星表就是通常所说的恒星坐标表，它由天体的视位置经过一系列的换算而得到星表历元平位置，在星表中载有恒星的赤道平坐标，坐标的周年变化和恒星的白行等。
fk5是由德国海德堡天文所编制的近年来人们普遍使用的一种绝对星表。目前，这种由星表求解天体视位置的方法已被广泛用于求解天文三角形中。
从fk5星表出发，经过与编制星表相反的步骤来求天体的视位置，通过对影响恒星视位置的各种因素，如大气折射、视差、光行差、岁差、章动、自行等误差的分析，给出计算恒星视位置的数学模型，其基本流程图如图3所示。
按照以上算法编写出相关函数库，主程序将相关变量如输入观测地点经纬度、欲观测星体等数据即可计算出星体视位置。fk5星表以文件形式存放。
4 视频数据采集及显示
图像数据的显示可以通过直接写屏来实现。linux工作在保护模式下，用户态进程是无法直接使用显卡：bios里提供的中断调用来实现直接写屏，故linux抽象出framebuffer。这个设备来供用户态进程实现直接写屏。 framebtlffer主要是根据vesa标准实现的，所以只能实现最简单的功能。
直接写屏的过程：
（1）打开一个framebuffer设备；
（2）通过调用mmap（）把显卡的物理内存空间映射到用户空间；
（3）直接写内存。
由于直接写屏是直接对显存进行修改，同qt对程序界面的刷新并不协调，因此有时会出现显示上的瑕疵，为此使用另一种方法显示图像数据，即利用qt库中的qimage类来实现。
以上论述了如何进行采集及显示，但在实际的系统中存在多个任务，各个模块之间需要相互配合，如果简单地采用上述方法，由于视频采集的速度较慢，将会造成阻塞，影响系统性能，因此使用线程技术。
在视频设备初始化后开启一个采集线程，此线程不断采集新的视频数据，采集完一帧数据会改写状态变量；显示部分采用定时显示，每隔一段时间判断状态变量是否为“已采集完毕”状态，如果是则进行显示。由于需要耗时等待的采集过程在线程中运行，通过linux系统的自动调度，系统运行十分流畅。
5 观测的结果
观测结果包括：拍摄到的图像、拍摄时所在地的经纬度、拍摄时间、大气温度及拍摄的星体名称等。存储时以文件的形式按时间存储，形成观测日志。
对天体视位置计算算法及望远镜实际指向进行了测试。天体视位置算法的测试是选择有代表性的四个天体（太阳、大鸟六、月球、金星），通过与专业天文软件 starcalc的计算结果进行比对，衡量计算误差的大小。望远镜实际指向的测试采用现场测量的方法。使用的主要测试工具为计算机、量角器等，测试数据如表1所示。
从比较结果可以看出，由本系统的天体视位置计算算法得出的方位角平均误差为0.261°，高度角平均误差为0.155°，小于系统使用望远镜（物镜焦距360 mm，目镜焦距20 mm）视角6.35°，满足系统观测要求。
图4给出北京时间2008年6月27日20：22：49，在福州大学城（东经119.29°，北纬26.08°）对月球的观测图像；图5给出北京时间2008年6月22日3：47：49，在福州大学城（东经119.29°，北纬26.08°）对金星的观测图像。
6 结 语
针对目前天文观测系统的局限和不足，在基于intel pxa270和linux环境下设计了一套新的移动天文观测系统。采用一种特殊的求天体视位置的算法，实现了天体的高精度定位。用户可通过简单的点击操作使天文望远镜自动转向欲观测的星球，应用数字化视频采集技术将观测的对象显示在屏幕上，并对图像进行实时处理，增强了观测效果。最后给出了实测数据，通过数据可以判断该系统与其他系统相比具有精度高，误差小，观测效果好等优点。
使用 NVIDIA DOCA GPUNetIO 进行内联 GPU 数据包处理
各大企业在AI领域的发展
重庆渝中区引进Adobe Certified Professional 影视培训和认证中心
如何解决国内小区电动车充电桩数量和分布问题？
OPPO Find X2无线充电设置界面截图曝光 支持无线反向充电且功率达30W
基于Intel PXA270的移动天文观测系统的设计
织物透湿量测试仪的技术指标以及特征是怎样的
数据仓库的基本架构及架构图介绍
中国移动正式发布了2019年至2020年抗DDOS攻击设备采购招标公告
如何处理服务存在内存泄漏问题？
探索纯电动汽车用锂离子电池放电过程的瞬态生热特性
2023年你应该知道的所有机器学习算法
交流电和直流电的传输过程是怎样的
遥控玩具越野车DIY图解
高通指控苹果偷窃芯片机密，用于改进英特尔的芯片性能
华为网络技术专家阐述了当前数据网络的问题和创新需求
西门子Sinumerik 828紧凑型数控系统亮相 助力标准型数控市场数字化建设
2017旗舰机哪款最值得推荐
基于GPS的电压互感器二次线路压降自动跟踪补偿装置的设计与实现
泛林发布半导体刻蚀技术解决方案