聚焦型X射线脉冲星望远镜Pareto多目标优化与多场耦合分析

为提高聚焦型X射线脉冲星望远镜的探测性能,提出一种聚焦型X射线脉冲星望远镜（Focusing X-ray pulsar telescope,FoXPT）多目标优化与多场耦合分析方法。基于X射线全反射理论构建以探测灵敏度和重量最小化为目标的多目标优化模型,采用改进的Pareto法获得产品的非劣解集。基于弹性力学、热传导和热辐射理论构建了结构-热耦合方程,以遴选的优化结果构建产品三维模型和有限元模型,获得产品应力与位移分布并提取X射线反射镜面形误差,基于高次多项式函数重构结构-热耦合形变后的X射线反射镜面形,并进行拟合和误差分析。采用Monte Carlo光学追踪法对产品的聚集性能进行仿真分析与评价,实现了FoXPT多目标优化与多场耦合分析的有效集成。结果表明：当嵌套层数为17层时,重量和探测灵敏度同时获得满意解,分别为3.112 kg和6.15×10^-4 phs/cm²/s/keV,光机热耦合分析最大应力为262.54 MPa,X射线聚焦效率提升至86.83%,满足实际工程设计要求。     

基于二维随机场的地基大型光学望远镜风扰动时程模拟与性能预测

随着地基光学望远镜口径的不断增大,风扰动已成为影响望远镜成像质量最为关键的因素之一.为了深入研究风扰动对望远镜系统性能的影响规律及作用机理,从时域角度对望远镜在风扰动作用下的响应进行时程模拟以及系统性能预测.首先,简要介绍了望远镜结构组成并采用有限元方法建立了结构动力学模型,通过模态变换方法将动力学模型转换到模态坐标系...     

类Stewart平台并联索系结构的运动学分析

介绍了大射电望远镜光机电一体化设计方案,根据贵州ＫＡＲＳＴ地貌的地理位置推导出了线馈源的扫描运动轨迹,由悬链线方程得到了悬索挠度与索张力的求解方法,并对六悬索并联索系结构进行了运动学描述和分析,提出了悬索长度控制实时性问题的解决办法,最后给出了动态检测的悬索末端坐标的计算式。     

基于图像清晰度评价的跟踪望远镜自动调焦算法研究

为了减小跟踪望远镜调焦时间,分析了自动调焦的光学原理及数字图像处理相关技术,提出一种适合跟踪望远镜的实时自动调焦算法。该算法基于对图像清晰度的评价,通过步进电机驱动次镜移动来搜索最佳成像位置,并且综合了全局搜索法与传统爬山法的优点。在实验中,完成了对远处静态目标自动对焦,有效地避免了局部峰值导致的对焦失败,在保证系统调焦精度的前提下使对焦速度小于3s。     

拼接镜主动光学共相实验

考虑拼接望远镜子镜之间保持共相位可使拼接镜达到衍射极限,本文建立了一套主动光学实验系统来测量和调整拼接镜子镜之间的相位差和精度以实现子镜之间的共相位。拼接镜由3块正六边形球面子镜组成,子镜对边长为300mm,曲率半径为2000mm。首先,使用Shack-Hartmann传感器和高精度微位移平移台使子镜之间精确共焦,使用球径仪调整子镜之间的高度差到微米量级;然后,运用白光斐索干涉原理对子镜高度差进行调整;最后,运用子孔径衍射原理测量子镜之间的高度差,并调整使其共相位。为了验证标定效果,对光纤光束进行了成像实验,受光纤直径的限制,拼接镜上用于成像的口径为100mm。实验结果显示,白光斐索干涉的测量精度优于100nm,子孔径衍射的测量精度优于16nm,共相位标定后,系统能够实现衍射极限成像,表明提出的方法适用于拼接望远镜的共相位标定。     

2m望远镜主轴交流伺服控制系统设计

为了满足2m口径望远镜低速跟踪精度的要求,本文主要介绍了基于永磁同步力矩电机的望远镜交流伺服控制系统设计方法,首先,辨识出了系统结构的频率特性曲线;其次,根据系统的频率特性曲线设计了结构滤波器,以减小结构模态引起的谐振幅值;然后,根据系统的控制性能指标要求,设计了位置回路控制器和前馈控制器,以提高系统的位置跟踪性能;最后,在设计的硬件平台上进行了望远镜转台的低速控制实验。实验结果显示,当望远镜跟踪斜率为0.36″/s的位置斜坡曲线时,速度平稳性较好,位置跟踪误差RMS为0.006 1″,实现了极低速度跟踪的效果;在速度为5°/s,加速度为2°/s2条件下的正弦引导最大误差值为0.3″,稳态误差RMS值为0.066″。实验结果表明,2m口径望远镜交流伺服系统的设计满足了系统跟踪精度的要求,为大型望远镜交流伺服控制系统的设计提供了一定的参考。     

基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用

根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求,设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器。建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型;然后,按照反演设计方法,设计了离控制输入最远的子系统,在设计过程中加入滑模控制,从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响。通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性。结果显示:所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应,对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性,当位置阶跃指令为4.6″时,稳态误差为0.048 51″,比传统的PI控制算法减小21.4%;当输入斜率为5(″)/s的位置斜坡指令时,稳态跟踪误差为0.031 26″,比传统的PI控制算法减小30.1%。结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度。     

压电陶瓷精密转动平台的转角精度测量

提出了一种亚角秒精度的转角测量方法。利用ZYGO数字干涉仪测量压电陶瓷转动平台驱动待测标准平面镜偏转前后镜子面形精度的PV(Peak Valley)值,二者的差值除以待测标准平面镜的直径,其结果近似等于压电陶瓷转动平台转动的角度。通过测量与误差分析,验证了压电陶瓷转动平台的转角精度小于1 μrad(0.2″),而测量的总误差和压电陶瓷转动平台移动的角度大小有关,移动距离越大,产生的误差越大,但其相对误差小于1％。本测量方法证明压电陶瓷精密转动平台转角精度达到了极紫外太阳望远镜(EUT)0.8″的角分辨率的要求。     

机载光电设备的电磁屏蔽设计

阐述了机栽光电设备电磁干扰的产生及其危害,介绍了金属材料、表面防腐处理、屏蔽体结构设计等在机载光电设备的电磁屏蔽设计中的应用,验证了电磁屏蔽设计的应用效果。     

分布式天基空间监视雷达编队构形

为克服地基观测系统时空监视能力的限制,提出分布式天基空间监视雷达编队的定位原理,并在平均定位误差最小的意义下对三星编队构形进行设计。其主雷达采用收发的工作方式,而2颗辅助雷达只进行接收。三星的几何布局在轨道运行过程中为动态变化,变化过程由三星构形决定。