lin_guider软件使用详解

lin_guider是Linux平台最著名的导星软件，具有高效的算法和非常稳定的导星效果。在俄国，lin_guider的作者使用其导2米长焦距的RC望远镜。Ekos软件中集成的导星就是lin_guider。
本文通过先理论后实践，详细叙述lin_guider的高级使用技巧。

首先讲述lin_guider导星原理（本篇比较烧脑子，不想动脑的可以直接看楼下）
基本星点侦测：
lin_guider使用矩形框选择HFD(Half Flux Diameter)星点范围，然后对矩形框进行矩阵运算进而求得“质心”。因为跟我们的使用关系不大，所以就不详细叙述了，具体算法在gmath.cpp，矩阵算法重载定义在matr.h和vect.h

PID控制方法：
lin_guider并不是直接把已经测得的误差应用于赤道仪矫正。在lin_guider最初设计中打算采用PID控制法，但是目前实际上只实现了PI。
PID控制法——proportional-integral-derivative，即比例—积分—微分算法。PID是工业控制中非常常用的控制算法
能翻墙的详见：https://zh.wikipedia.org/wiki/PID控制器
不能翻墙的：http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20120909287851.html


为什么不直接输出修正值？因为直接测得的误差值可能含有噪声干扰，另外修正指令的发出是具有延迟的，当修正指令发出时，其瞬时误差可能会有变化。因此在20世纪初，人们发明了PID控制法，最初用于美国海军的舰艇自动驾驶仪，效果很好。
lin_guider的PI实现算法：

可见这里积分因子的计算是求一段时间（MAX_ACCUM_CNT）内的算术平均数。
局限：在目前的lin_guider中，MAX_ACCUM_CNT被设为固定的50。也就是说，积分因子的统计，和RMS的计算，都只算到“这次之前的共50次”为止。这个值并不够大，我正在跟开发人员讨论是否可以在之后的版本把这个值增加到100。这里主要考虑的问题可能是100次累加对性能的影响。


在lin_guider设置中，需要给出比例系数Kp和积分系数Ki。如果系数为0，则程序不会对赤道仪发出修正指令。
至于两个系数如何设置，是一门高深的方法论，可以采用尼古拉斯-齐格勒法，不过此法需要大量实践以获得那个“使得修正值产生明显波动的比例因子”
根据我的日常使用经验，在lin_guider中，比例参数Kp可以设置为0.7-0.85左右，这样可以尽量减少“噪声干扰”，比如阵风，薄云，有人走过等。
对于RA轴来说，因为RA轴修正值的“累计误差”会比较接近于0，所以对于RA轴来说，积分因子的作用效果不大，因此建议把RA轴的Ki设置成0或者小于等于0.1的值。
对于DEC轴来说，积分因子体现了极轴误差的长期影响，因此具有一定的意义，因此可以把DEC轴的Ki设置稍大，比如0.3
总体思路是，以P为主要修正参考，I作为辅助参考。越接近天赤道的RA变化比较明显，因此Kp可以略大，越接近天极的DEC变化比较明显，因此Kp可以略大。一般不建议把Kp设为大于等于1的值，Ki不建议超过0.3
但是因为个人的设备不同，所以最终参数设置还是要自己实践得出最优。最懒的方法是，Kp统统设为0.85，Ki统统为零！
举例：
程序测得实际的误差值为：1.2"
Kp=0.85, Ki=0.1, 50次内误差的平均值为0.4"
那么程序实际发送给赤道仪的修正指令为：
0.85*1.2"+0.1*0.4"=1.06"

导星速率：
很多，很多的人，很久以来在问这个问题
我们可以看到，lin_guider源码中对输出指令的变量命名为out_params.pulse_length，显然这是一个时长，而不是角度或者距离。
ST4协议发送给赤道仪的指令实际是时间长度，即多少毫秒，而不是角度什么的。因为时间最容易被赤道仪理解和实现，不需要进行任何转换。
那么这个时间是如何参考的？这就是“导星速率”的由来。
以sidereal速率（15"/s）作为基础，乘以一个比例，这个比例就是”导星速率“。如果导星速率为0.1，那就意味着ST4指令的速率为1.5"/s。此时如果软件给赤道仪发出100ms的修正指令，意味着需要移动0.15"
导星速率在赤道仪手柄中可以设置，通常来说，其值的大小没有什么影响，唯独会影响到lin_guider的一个设置参数，这个我们在楼下阐述