Selbstgebauter Stand-Alone Autoguider

Martin Raabe, 27.10.03
Update 01.11.03

Hinweis: Der neue Autoguider wird hier beschrieben

In letzter Zeit werden Webcams nicht nur mit großem Erfolg für Planetenaufnahmen eingesetzt, sondern es wurden auch Lösungen entwickelt die es mit Hilfe einer Webcam ermöglichen die leidige Nachführarbeit bei Langzeitbelichtungen zu automatisieren. Mit einer Webcam und PC oder Laptop kamen viele Amateure in den Besitz eines Autoguiding-Systems zu erheblich geringeren Kosten im Vergleich zu kommerziellen Autoguidern. Wer bereits für Planetenaufnahmen ausgerüstet ist bekommt die Autoguiding-Funktion mit frei erhältlicher Software zum Nulltarif.

Nachdem ich mir bereits ein Programm für AVI- und Einzelbilder-Aufnahmen mit der Webcam geschrieben hatte lag es nahe auch ein Autoguiding-Programm zu entwickeln. Die Sache gestaltete sich recht einfach, nur mit der Nicht-Echtzeitfähigkeit von Windows gab es ein paar Probleme beim Erzeugen der verschieden langen Korrekturkommandos an die Teleskopsteuerung. Das Programm wird zusammen mit einer Adapter-Hardware an der  Sternwarte Peterberg  eingesetzt (Gemini 40 Montierung, FS-2 Steuerung, C14).
 

Aber irgendwie konnte mich diese Lösung nicht überzeugen. Abgesehen von ständigen Ärgernissen mit Windows oder dem Kameratreiber will ich eigentlich nicht immer den Laptop aufbauen, verkabeln, hochfahren, wenn ich ein Foto machen will. Außerdem ist mir nicht wohl bei dem Gedanken den Laptop im Winter bei Minustemperaturen stundenlang laufen zu lassen. Da fürchte ich um das Display, die Akkuleistung, und natürlich Kondenswasserbildung.

Der Gedanke lag also nahe, die Funktionalität von Webcam, PC und Software in einem Gerät zusammenzufassen, das einfach in der Benutzung und robust im Betrieb ist. Deshalb waren die Anforderungen:

• Das Gerät führt selbständig auf einen Leitstern nach und erzeugt Korrektursignale für die Teleskopsteuerung
• Kamera und Auswerteelektronik befinden sich in einem Gehäuse direkt am Leitfernrohr
• Aufbau, Verkabelung, Einstellung, Betrieb sollen möglichst einfach sein

Der Autoguider wird über ein Kabel mit der Steuerung verbunden, und erzeugt je nach Steuerungstyp entweder ST4-kompatible Richtungssignale oder sendet Kommandos über die RS232-Schnittstelle. Als Leitoptik will ich ein altes 500mm f8 Teleobjektiv einsetzen, und hoffe damit bis zu einer Grenzgröße von 7-8m mit einer Genauigkeit von  +/- 2-3" nachführen zu können.

Als Schnittstelle zum Benutzer gibt es drei Tasten zur Bedienung, und ein LC-Display mit alphanumerischer Anzeige. Das Gerät zeigt jeweils die aktuelle Abweichung in beiden Richtungen vom Chipmittelpunkt an, die gerade durchgeführten Korrekturbewegungen, und Angaben zur Belichtung und Leitsternhelligkeit. Letzteres dient als Fokussierhilfe. Außerdem werden die im Laufe der Nachführung aufgetretenen minimalen und maximalen Abweichungen von der Sollposition angezeigt.

Die Zuordnung der x/y-Koordinaten des CCD-Chips zu den beiden Montierungsachsen kann eingestellt werden, sowie der Richtungssinn der Korrekturen. Hier ist geplant zu einem späteren Zeitpunkt eine automatische Lernfunktion zu implementieren, wobei dann auch beliebige Verdrehungen des CCD-Chips gegen die RA/DE-Achsen zulässig wären.

Ein weiteres Fernziel: der Autoguider soll sich selbst einen Leitstern suchen, indem er eine Spiralsuche durchführt.

Prinzipiell sieht der funktionale Ablauf des Autoguiders in einem Regelzyklus folgendermaßen aus:

• Es wird ein Bild auf dem CCD-Chip belichtet
• Das Bild wird ausgelesen, digitalisiert und gespeichert
• Ein Algorithmus ermittelt die aktuelle Position des Leitsterns im Bild, idealerweise mit Schwerpunktsberechnung (bisher ist nur eine Suche nach dem hellsten Pixel implementiert)
• Ein Regelalgorithmus ermittelt unter Einbeziehung der Leitrohrbrennweite, Pixelgröße, Antriebsgeschwindigkeit daraus eine Korrekturbewegung in beiden Achsen
• Korrekturkommandos werden an die Teleskopsteuerung gesendet
• Positionsdaten werden auf Display angezeigt

Insgesamt vergingen von der ersten Idee bis zum ersten erfolgreichen Nachführen meiner GP-Montierung 14 Monate, mit 450 Arbeitsstunden. Davon entfiel ein Großteil auf Softwareerstellung und Fehlerbereinigung. Soviel als Warnung für potentielle "Nachahmer" ... die Tücke steckt im Detail !

Nachfolgend ein paar Fotos, mit der Vesta Pro gemacht :-))  Hier ist als Anschluss zum Leitrohr noch ein durchbohrter Objektiv-Schutzdeckel zu sehen, da ich die ersten Tests mit Fotoobjektiven am künstlichen Stern gemacht habe. Der richtige Anschluss besteht aus einer 1,25" Steckhülse.
 

Außenansicht. An der Rückseite befindet sich ein SUB-D Stecker für Versorgung und Signalübertragung.

Und hier das Innenleben. Auf der oberen Platine sitzt in der Mitte der CCD-Chip.

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