提高大口径望远镜控制系统闭环带宽的方法

为了提高大口径望远镜的抗风载扰动能力和对目标的跟踪精度,要求望远镜控制系统有较好的动态性能和稳态跟踪精度,望远镜的闭环控制带宽决定了控制系统的跟踪性能。因此,首先根据望远镜结构的二质弹簧质量模型,分析影响望远镜控制系统闭环带宽和动态响应的因素,进而介绍提高闭环控制系统带宽的两种方法:结构滤波器方法和加速度反馈控制方法;然后,详细分析了结构滤波器的设计方法及其望远镜控制系统中的应用;最后,分析了基于加速度反馈控制的设计方法以及该控制策略对提高望远镜控制系统闭环带宽的有效性。通过实验结果可以看出,加速度反馈控制方法对提高望远镜镜控制系统闭环带宽更加有效。     

53cm双筒激光测距望远镜控制系统的设计与实现

研制53 cm双筒激光测距望远镜的快速平稳伺服控制系统,以实现快速空间目标的跟踪测量。模块化设计并构建望远镜的控制系统,伺服驱动器完成电流和速度的闭环,运动控制器实现位置环和复合PID算法。对控制机箱进行集成,并对控制器进行嵌入式开发,由控制器负责实时的运动控制,而上位机软件进行任务管理和人机交互。自定义通信协议以克服通信延时和VC++定时精度不高的问题,并提出位置二次闭环与混合PID的控制策略以提高望远镜的跟踪精度。实验结果表明:该望远镜在以3(°)/s的匀速运动和低轨卫星跟踪过程中,精度在5″内;在低速运动和中高轨卫星的跟踪中,能够达到角秒量级的精度,经测试该望远镜能快速平稳地跟踪400 km以上空间目标,并满足指标要求。     

地基大口径望远镜热控技术

温度是影响地基大口径光电望远镜性能的重要因素之一。望远镜系统的任一环节存在过大温差或者温度梯度,都会降低望远镜的成像精度和跟踪性能。为了提高望远镜系统在工作时的性能和稳定性,需要对其进行全面的热控分析和设计。从望远镜防护圆顶内的环境温度控制、跟踪架结构的温度控制以及望远镜主镜温度控制等多方面入手,对各个环节进行了热控方法的研究和论述。针对所有环节中各种不同的结构形式都给出了详细的热控设计方案。这些措施可以很好地保持望远镜系统温度与外界环境温度相平衡,解决温度对整个望远镜系统的影响。该研究结果对于大口径望远镜的热控设计有一定的参考价值。     

基于大气红外背景抑制的空中目标跟踪技术

复杂大气背景的抑制是提高红外运动目标跟踪精度的关键技术.针对远距离目标低信噪比、强杂波等特点,使用基于小波分析的目标跟踪方法对空中红外目标进行了探测,跟踪精度为82%,表明该方法可以有效地提高空中目标跟踪精度.     

1.2m望远镜风载作用分析

风载是影响地基大口径光电望远镜性能的重要因素之一,其作用会直接影响主次镜面型精度,引起望远镜指向误差,从而降低其成像精度和跟踪性能.为了研究风载对望远镜的影响程度,介绍了风载的概念,建立了风压力谱的数学模型.借助有限元法,建立了1.2 m望远镜系统的有限元模型,分析了主镜在静态风载压力下的面型变化,以及望远镜系统在动态...     

基于低仰角红外测量的蒙气差修正方法

受大气蒙气差的影响,地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差;空间目标的俯仰角越小,蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位,需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上,为提高低仰角观测时蒙气差修正精度,采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合,最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证,长波红外系统起跟仰角由10降低至2,目标捕获时间提前50 s以上,可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差,提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力,具有实际工程应用价值。     

1m太阳望远镜光轴变化检测与改正

针对1m太阳望远镜主光学系统光轴与其光电导行系统光轴在望远镜跟踪过程中的相对变化对光电导行跟踪精度的影响,从望远镜的光机电系统结构出发,分析了光电导行闭环跟踪时光轴变化引入的跟踪误差变化规律,提出了光轴变化的检测方法。经过实测表明,光轴的最大相对变化是46″,且变化只与望远镜指向的高度角有关,与望远镜指向的方位角无关,结构重力变形是引起光轴变化的主要因素。在光电导行系统中引入光轴变化的软件修正模型来改善光轴变化引起的光电导行闭环长期跟踪误差。     

大型望远镜拼接弧线永磁电机电流谐波抑制

望远镜口径的增加使得其轴系驱动电机越来越大,近年来拼接电机成为国际上研究的热点.拼接弧线永磁电机的电流谐波影响大型天文望远镜目标观测轴系跟踪精度,文中根据拼接弧线电机的数学模型及谐波分析,提出了一种基于准比例-谐振控制器的电流谐波抑制算法,并设计了单元拼接弧线电机相应的电流控制器.仿真和实验分别对比了PI和准比例谐振控制器对电流谐波的影响.实验结果表明,采用准比例谐振控制器时,拼接弧线电机定子电流中的5次谐波分量削弱了63.3％,7次谐波分量削弱了34.4％,11次谐波分量削弱了51％,13次谐波分量削弱了59.2％,大大降低了拼接弧线电机电流谐波,有助于提高望远镜跟踪精度.     

双望远镜的空间碎片激光测距试验研究

大口径望远镜有助于提升空间碎片目标测量能力。根据激光测距雷达方程应用多台相对较小口径望远镜同时接收激光回波信号,可等效实现单台大口径望远镜激光信号接收能力,弥补大口径望远镜在目标快速跟踪、系统运行维护等方面不足,并可兼顾测距系统测量能力和效率。基于中国科学院上海天文台相距约55 m的1.56 m和60 cm口径望远镜系统,研究了双接收望远镜测距技术,在国内首次开展双望远镜空间碎片激光观测试验,验证了多望远镜同时接收碎片目标激光信号测量技术。测量数据结果表明:1.56 m口径望远镜激光回波接收能力是60 cm口径望远镜的约3~4倍,双望远镜可等效于一台约1.65 m口径望远镜的激光接收能力,在远距离、小尺寸空间碎片目标高精度激光观测中将发挥重要作用。     

多传感器远距离空中目标跟踪精度分析

本文主要研究了非线性系统中多传感器的位置对远距离空中目标跟踪精度的影响,通过理论分析和仿真发现,非线性系统中多传感器的合理放置可以大大提高对目标的跟踪精度。