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第一章 天体测量和天体测量仪器 1

1.1 概述 1

1.2 古代天体测量方法 2

1.2.1 中国古代天体测量方法 2

1.2.2 外国古代天体测量方法 5

1.3 近代天体测量方法，三角视差测量 7

1.3.1 周日地平视差和太阳系内天体距离的测量 7

1.3.2 太阳视差和日地距离（天文单位）的精确测量 9

1.3.3 周年视差和较近恒星距离的测量 9

1.4 近代天体测量和仪器 10

1.4.1 星表和天文常数 10

1.4.2 时间和纬度测量 11

1.4.3 时纬测量仪器 14

1.5 现代高精度天体测量技术 18

1.5.1 综合孔径射电望远镜 18

1.5.2 甚长基线干涉阵 19

1.5.3 天体测量新时代 20

第二章 天文望远镜发展简史和天体物理探测 21

2.1 望远镜发展简史 21

2.1.1 早期的折射望远镜 21

2.1.2 早期的反射式望远镜 22

2.1.3 现代望远镜的兴起 25

2.1.4 望远镜技术的现代化 31

2.1.5 太阳望远镜 34

2.2 天体物理学的进展和探测原理 39

2.2.1 银河系结构的探求 39

2.2.2 造父变星及其周光关系的应用 40

2.2.3 河外星系的认证 42

2.2.4 赫罗图和恒星演化理论 42

2.2.5 大爆炸宇宙论 44

2.2.6 天文学对望远镜技术提出越来越高的要求 46

2.3 天文望远镜大发展时代 47

2.3.1 8～10米级地面望远镜 47

2.3.2 下一代超大望远镜 55

2.3.3 空间望远镜 57

第三章 波动光学基础 61

3.1 波动光学概述和望远镜衍射成像 61

3.1.1 波动光学对望远镜设计的意义 61

3.1.2 有关数学公式 61

3.1.3 光波的空间表示 65

3.1.4 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射 66

3.1.5 波动光学物像关系的计算方法 69

3.1.6 从波动光学看望远镜成像 71

3.1.7 望远镜的衍射极限 76

3.2 光学系统的空间频率特性及其应用 78

3.2.1 光波的空间频率 78

3.2.2 衍射光束的空间频率 80

3.2.3 利用点扩展函数计算衍射像 81

3.2.4 在频域空间中的计算·光学系统的空间频率特性 82

3.3 天文光干涉 86

3.3.1 光干涉与夫琅禾费衍射的关系 86

3.3.2 单镜双孔干涉 87

3.3.3 现代恒星干涉仪 93

3.4 斑点干涉和成像技术及其在天体测量中的应用 98

3.4.1 概述 98

3.4.2 斑点干涉原理和双星间距测量 99

3.4.3 斑点成像和天体视直径的测量 101

第四章 几何光学基础 106

4.1 几何光学的理论基础 106

4.2 天文光学常用反射曲面 107

4.3 视场和孔径 108

4.3.1 视场和孔径的一般概念 108

4.3.2 孔径光栏、入瞳和出瞳 109

4.3.3 视场光栏和渐晕 110

4.3.4 主光线及其方向的控制 110

4.4 近轴光路和理想光路的计算公式 111

4.4.1 同轴光路、近轴光路和理想光路 111

4.4.2 单球面近轴光路 112

4.4.3 理想光路的计算公式 113

4.5 薄透镜及其组合 118

4.5.1 物像关系公式 118

4.5.2 成像规律（作图法） 119

4.6 望远镜系统 121

4.6.1 成像光路和望远镜光路的不同 121

4.6.2 望远镜光路的特点 122

4.7 天文望远镜的光学系统 123

4.7.1 折射系统 124

4.7.2 常用反射系统 125

4.7.3 折反射系统 126

第五章 天球坐标系及其转换 128

5.1 天球坐标系 128

5.1.1 天球坐标系的意义 128

5.1.2 两个基本几何要素 129

5.1.3 地平坐标系 130

5.1.4 赤道坐标系 131

5.1.5 水平坐标系 132

5.2 坐标系的转换关系公式的推导 133

5.2.1 具有一根公共轴的直角坐标转换公式 133

5.2.2 地平坐标系和赤道坐标系转换公式的推导 134

5.3 从赤道坐标到地平坐标转换公式的深化 136

5.3.1 角速度和角加速度的转换公式的推导 136

5.3.2 望远镜视场中星位角P的变化 138

5.4 不同赤纬的星的运行规律 141

5.4.1 南北方位和地平上下的判断 143

5.4.2 方位角A的修正计算 144

5.5 地平式望远镜的速度盲区 144

5.5.1 盲区的确定 144

5.5.2 盲区附近方位速度和方位加速度等高线 146

第六章 望远镜机架形式 148

6.1 两轴望远镜机架 148

6.1.1 机架形式分类 148

6.1.2 各机架类型的特点 152

6.1.3 第二轴抬高的改进设计 152

6.1.4 机械设计问题 153

6.2 望远镜轴系转动对像场的影响 154

6.2.1 像场的方向和位置 154

6.2.2 一般分析 155

6.2.3 北天极方向相对于仪器北的转动 157

6.2.4 光学元件相对转动对仪器北方向的影响 158

6.2.5 两因素综合后的像场旋转 160

6.2.6 像场旋转中心与光学视场中心一致性的调整 160

6.3 定日镜和定天镜 162

6.3.1 定日镜 163

6.3.2 定天镜 164

6.4 特殊的望远镜机架形式 169

6.4.1 单轴望远镜 169

6.4.2 球体望远镜 170

6.4.3 平行轴望远镜 170

6.4.4 倾斜第二轴的采用 171

6.5 重力变形固定不变的二镜系统 171

6.6 重力变形固定不变的单镜系统 173

第七章 望远镜结构设计中的力学问题 175

7.1 结构力学的一些基本方法和基本问题 175

7.1.1 求简单杆系变形的方法 175

7.1.2 零件设计中的一些力学问题 176

7.1.3 对称结构的刚度合成 178

7.2 有限元建模中的一些问题 182

7.2.1 有限元法概述 182

7.2.2 有限元分析须掌握的基本要素 183

7.2.3 刚体自由度和选择约束的关系 185

7.2.4 对称和反对称的利用 186

7.2.5 避免刚度矩阵的主对角线元素为零的问题 187

7.2.6 特殊单元的运用 188

7.3 结构变形与望远镜成像的关系 189

7.3.1 结构变形对望远镜成像的影响 189

7.3.2 结构变形引起光轴方向变化的归算 190

7.4 桁架式镜筒的结构力学问题 192

7.4.1 平移桁架原理 192

7.4.2 塞勒里尔（Serrurier）桁架 193

7.4.3 典型望远镜的塞勒里尔桁架镜筒 196

7.4.4 有关塞勒里尔桁架设计的几个问题 196

7.4.5 方形副镜圈桁架的改进设计 198

7.4.6 多层桁架镜筒 200

7.5 主镜支承 203

7.5.1 主镜面形允差 203

7.5.2 面形质量评价函数 203

7.5.3 主镜支承设计的一些原理问题 204

7.5.4 传统圆柱盘主镜的支承 208

第八章 望远镜典型结构的设计 219

8.1 望远镜机架设计 219

8.1.1 望远镜第一轴（极轴或方位轴）的结构设计 219

8.1.2 望远镜第二轴（赤纬轴或高度轴）的结构设计 226

8.1.3 德国式机架的设计 228

8.2 传动系统 230

8.2.1 传动系统类型 230

8.2.2 摩擦传动 231

8.3 镜筒桁架的设计和工艺 233

8.4 望远镜主镜支撑设计 234

8.4.1 机械浮动支撑 235

8.4.2 杠杆重锤机构 235

8.4.3 有共用支点的杠杆重锤机构 236

8.4.4 主镜支撑设计实例 236

8.5 副镜支撑和调焦机构 239

8.6 安装小型光学零件的结构 243

第九章 望远镜总体设计方面的一些问题 247

9.1 精度分配 247

9.1.1 影响望远镜成像质量的因素 247

9.1.2 精度分配原则 247

9.1.3 精度分配举例 249

9.2 指向误差和跟踪误差及其通用表示形式 249

9.2.1 指向误差 249

9.2.2 跟踪误差 250

9.3 驱动力矩计算 251

9.3.1 快动惯性力矩 251

9.3.2 摩擦力矩 252

9.3.3 风载力矩 253

9.3.4 合力矩和电机力矩 253

9.4 望远镜的轴系误差的检测和调整 255

9.4.1 望远镜的轴系误差 255

9.4.2 由望远镜轴系误差引起的指向误差 256

9.4.3 用观测结果求望远镜轴系误差 257

9.4.4 根据观测结果调整望远镜经轴方向 258

9.5 平衡调整 259

9.5.1 平衡调整和望远镜机架形式的关系 259

9.5.2 赤道式望远镜的平衡调整 260

9.6 镜筒消杂光 263

9.7 太阳望远镜导星 264

9.7.1 全日面像导星 264

9.7.2 相关跟踪（导星） 266

第十章 主动光学基本原理 269

10.1 概述 269

10.2 薄镜面主动光学 270

10.2.1 波前检测 270

10.2.2 镜面校正力的计算 273

10.2.3 用直测法建立刚度矩阵 275

10.3 拼镜面主动光学 276

10.3.1 由位移传感器的读数求促动器的位移量 276

10.3.2 共焦检测和调整 278

10.3.3 拼镜主动光学的共面检测方法 281

参考文献 286