低温微位移促动器的设计与实验

以极地天文望远镜为应用背景,研制了一种低温微位移促动器,并在室温和低温条件下进行性能测试实验,获得了低温微位移促动器的性能指标。分析了3种常见的大行程高精度微位移促动器的结构形式,选择位移缩放式作为低温微位移促动器的基本结构。微位移促动器采用低温步进电机作为驱动元件,以具有特殊消隙结构的螺旋传动作为位移缩放机构,实现了高刚度、耐低温、结构紧凑、密闭性好的微位移促动器的设计。开展了微位移促动器的性能测试实验,结果表明:所设计的低温微位移促动器在室温条件下的步进精度达到1μm±0.082μm,并且满足负载能力的设计要求;低温条件下步进精度可以达到2μm±0.404μm。研制的微位移促动器将为拼接式极地天文望远镜的建设提供重要的技术支持。     

基于波纹管的气压式力促动器设计与实测

针对2 m环形太阳望远镜主镜轴向支撑设计需求和指标,研制了一种基于波纹管的气压式力促动器,开展了全面实验测试。该气压式力促动器采用可伸缩高强度、高弹性金属波纹管作为核心器件,采用线性轴承作为导向机构,并集成单向压力传感器作为力反馈元件,同时在设计中考虑了安装调整工艺便捷性。经测试,该气压式力促动器单向输出力达200 N,输入气压与输出力线性度误差小于2%,力分辨率小于0.23 N,闭环力精度优于±0.3 N。测试结果验证了该气压式力促动器原理和结构简单,安装维护工艺良好,达到了设计指标,可满足2 m环形太阳望远镜主镜轴向支撑的需求。研制工作为气压式力促动器的设计细节改进及主镜支撑系统的工艺优化奠定了基础,并可为其它精密光学镜面支撑系统的工程应用提供参考。     

高精度镜面位置控制的微位移促动器研究

随着光学天文望远镜口径不断增大,望远镜主镜多采用拼接镜面形式,而微位移促动器作为镜面拼接技术的关键部件,始终是研究的热点之一。以双螺旋滚珠丝杆代替传统机械式微位移促动器中减速器加滚珠丝杆结构,利用差动螺旋原理进行微位移输出,使用伺服电机作为驱动电机,并对负载时电机所需的转矩进行分析。微位移促动器的输出位移精度、行程及负载能力是重要技术指标,本文从这三方面的要求出发,开展性能测试。实验结果表明,该微位移促动器总行程为5 mm,理论最大可承载1 200 N,在200 N的负载下实现200 nm的步长分辨率,开环单向位移精度优于0.65μm,闭环单向位移精度优于0.2μm。验证了所提出的微位移促动器具备高精度、大行程和高负载的要求,为我国未来大口径天文望远镜的设计提供技术储备。     

基于FPGA的多轴步进电机控制系统

观测技术及仪器的进步推动了太阳物理的研究,步进电机是各类观测仪器精密结构调整部件中经常采用的驱动源,步进电机控制系统的性能直接影响太阳望远镜的数据精度和时间分辨率。介绍了一套怀柔太阳观测基地自主研制的多轴步进电机控制系统。该系统以现场可编程门阵列为核心控制器,利用中断处理机制及输入/输出寄存器产生多路晶体管-晶体管逻辑电平(TTL)方波信号,结合驱动器实现多轴步进电机控制;通过周期信号化简处理算法缩短电机调整时间;以霍尔器件作为位置传感器实现系统闭环控制,通过对霍尔信号的软、硬件滤波处理,提高信号识别的准确率;设计了板载存储电路,实时保存系统关键参数,大幅提高系统整体的可靠性。同时,该系统设计了丰富的输入/输出接口、通讯接口,提高系统的可集成性。目前该系统已在多台太阳望远镜中投入使用。     

1m红外太阳望远镜光电导行系统的反馈控制分析

我国正在研制中的1m红外太阳望远镜是目前国内唯一的地平式真空太阳塔,主要用于活动区磁场的精细光谱分析和太阳活动区磁场的时空精细结构研究.要求望远镜必须长时间高精度跟踪太阳(0.3"/30s、1"/10min)才能实现它的科学目标.光电导行是实现望远镜高精度跟踪观测目标的关键控制技术,通过检测观测目标像在图像传感器上的移动量作为反馈控制信号对望远镜实行闭环控制.首先建立了光电导行系统的控制系统模型,然后分析了系统的稳定性能、暂态性能、时域特性、频域特性及跟踪性能,并采用PID控制器对系统进行优化设计,以提高光电导行反馈控制系统的稳定性和跟踪精度.通过计算机仿真设计,采用PID控制算法能实现1m红外太阳望远镜的跟踪要求.     

FAST促动器性能测试在线监测系统

根据FAST主动反射面需求评估了对促动器性能的要求,依促动器评估参数需求设计了针对电流、功率、温度、负载、位移、限位信号的监测系统,确定各监测信号传感器选型,完成监测系统的组装制作,并将其应用于实验,实现促动器的在线监测功能以及促动器无人值守实验,针对以往促动器实验时人工巡检故障的离线监测有很大改进,在精度以及历史信息记录上都有质的提高,进行了长期的促动器调试与监测.     

拼接镜面主动控制系统的定标

对拼接主镜进行主动控制是拼接镜技术的难点之一,8 m环形拼接太阳望远镜主动光学的控制性能主要取决于倾斜探测的精度与控制模型建立的准确程度。在研制主动控制系统时,需要对倾斜探测精度定标以及建立较为准确的控制模型,即对主动控制系统定标。实验系统中搭建了用于实时探测拼接子镜倾斜的夏克-哈特曼波前传感器,并对其重复测量精度进行了定标,精度达到0.014 arcsec,接近8 m环形太阳望远镜面形控制的要求。然后利用边缘传感器和夏克-哈特曼波前传感器测量了两镜主动控制系统的控制矩阵,建立较为准确的控制模型。     

全日面太阳磁场望远镜精密温控系统研制

双折射滤光器是太阳观测中的重要设备,其中的双折射晶体的折射率对温度变化非常敏感,光学设计要求滤光器温度控制系统的稳定精度达到0.01℃以内,才能保证滤光器精确稳定地工作。太阳望远镜中双折射滤光器构型复杂,使用环境恶劣,其高精度温控一直是国际公认的核心技术。针对全日面太阳望远镜滤光器的温控问题,设计了基于积分分离PI加前馈的复合温控系统,实现了对滤光器的高精度恒温控制。系统使用24位AD实现高精度温度采集,采用数字滤波算法提高测温精确度;积分分离PI结合环境温度作为参数的前馈控制的复合控制方法,输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制策略,实现对滤光器高精度温控。相比原有的滤光器温控系统,本系统在保持原有温控精度的前提下,大大简化了系统设计。结果表明,当设定温度为42.216℃时,在实验室中,温控精度达到±0.001℃。该温控系统已经在怀柔观测基地投入使用,最大温度波动0.007 5℃,控制效果准确稳定,获得大量高质量科学数据。     

天文望远镜驱动的新设计

本文叙述了太阳精细结构望远镜驱动系统的机械设计,其特点在于赤经轴和赤纬轴各用一只步进电机实现所需的各种转动速度,现已研制成功。     

NVST多通道成像观测系统的数据同步采集

为了在1 m红外太阳望远镜多通道高分辨率成像观测系统中实现多个波段太阳图像的同步高分辨率统计重建,需要1 m太阳望远镜多个观测通道图像采集系统同步。研究了如何采用CCD相机外触发工作模式、计算机PCI总线硬件中断技术和全球定位系统时间相结合实现1 m太阳望远镜多个观测通道图像的同步采集,并在现有的Hα和Ti O两个成像观测通道上搭建实验平台。通过一系列的波形时序测试,数据记录和分析等实验证明本文所采用的这一数据同步采集技术能满足1 m太阳望远镜多个观测通道图像的同步采集要求。     

冥族小天体与海王星特洛伊的近密交会

海王星外天体中的冥族小天体与海王星成2:3的平运动轨道共振,且具有较大的轨道偏心率,因此它们能与海王星特洛伊的轨道发生重叠,导致近密交会和碰撞,从而深刻地影响两者的动力学演化。利用数值模拟的方法,有效地获得了这两群小天体间近密交会的信息,讨论了可能影响两者近密交会频率的因素,包括小天体质量、轨道倾角和轨道偏心率等。在合理近似条件下,建立了估算两群小天体近密交会和碰撞次数的理论公式。结合已有的数值模拟结果,以及对冥族小天体观测数据的分析,对实际情况下冥族小天体群与典型特洛伊小天体之间的近密交会和碰撞次数进行了估算,证明近密交会较为频繁地发生,而碰撞则极其罕见,并且各尺寸范围的小天体对近密交会和碰撞次数的贡献各有不同。这一套分析和估算的方法可以直接应用在其他类似小天体间交会过程的估算上。     

差分像运动视宁度优化监测法

大气视宁度是衡量台址大气光学品质的重要指标。差分像运动视宁度监测仪(Differential Image Motion Monitor,DIMM)被广泛应用于国内外天文选址的视宁度测量作业。介绍了一种优良的视宁度测量方法——差分像运动视宁度优化监测(Improved to Differential Image Motion Monitor,I-DIMM)法。首先对I-DIMM的结构设计和视宁度计算方法进行了详细描述;随后通过设置0. 36 m和0. 12 m两种口径望远镜进行视宁度的模拟测量,将I-DIMM测量结果与传统的DIMM测量的结果进行对比,均证明I-DIMM视宁度计算方法比DIMM更为精确;最后对模拟结果进行了分析,证明了I-DIMM相比于DIMM的优势。     

利用GNSS测量射电望远镜参考点的仿真分析

高精度测量射电望远镜参考点和轴线偏差等参数,对建立天线指向模型和本地连接参数、提高测站坐标精度等具有重要意义。为完成新建射电望远镜参考点初始参考值的快速测定,根据望远镜的旋转模型,结合常规静态归心测量方法和随机动态测量方法,提出了一种利用GNSS天线代替测量靶标实现望远镜参考点测量的方法。通过仿真分析验证了该方法的合理性和有效性,并分析了数据点个数和数据点测量精度对天线参考点和轴线偏差解算精度的影响。     

新疆天文台天文观测数据传输日志系统设计与实现

新疆天文台望远镜产生的观测数据通过数据专线传输到新疆天文台本部数据中心进行长期存储。采用rsync进行数据传输,传输过程中没有详细的日志记录信息,无法对传输情况进行统计分析。通过调研新疆天文台数据传输的需求,设计并开发了新疆天文台观测数据传输日志系统。系统以新疆天文台南山站、奇台站的数据存储服务器和新疆天文台本部长期存储为基础,设计了日志系统的整体架构,实现了数据传输过程的日志记录。系统基于shell多线程技术及Qt框架,开发了后台服务程序及日志系统软件界面,实现了日志分析、统计备份与数据传输的可视化页面。     

南山26米射电望远镜轨道高差测量及其对指向精度的影响

轮轨式天线的轨道作为承载整个天线重量的基础,其精度直接影响天线在方位方向运转的平稳性,引起天线轴系偏差从而影响天线的指向精度。介绍改造后的乌鲁木齐南山26 m射电望远镜(Nanshan Radio Telescope, NSRT)轨道结构以及轨道高差测量,并建立天线在不同方位、俯仰角下轨道高差引起天线指向偏差的数学模型。利用"十字扫描"法实测多颗标准源在相应位置的指向数据,并通过高斯拟合得到指向偏差。通过分析可知,轨道高差引起的指向偏差经过修正可以提高天线的指向精度。     

非合作目标激光测距预报的实时修正方法研究

非合作目标的激光测距预报一般是基于双行根数(TLE)外推出来的,往往有较大偏差,对激光测距的成功率有较大影响。结合空间目标的轨道理论和实测的数据分析,预报的偏差主要是预测模型外推的空间目标在运行轨道上的平近点角与实际平近点角存在偏差。根据非合作目标在望远镜跟踪视场中的脱靶量,利用相关算法可以找到一个最佳的时间根数偏差量修正空间目标的平近点角。经过修正,空间目标的视位置偏差得到改善,距离偏差能够从几百米减小到几十米,提升了预期回波到达时刻的准确度,可以给单光子探测器提供更高精度的距离门控,提高测距成功率。     

Beat structure in pulsating type IV solar radio bursts and a possible mechanism

Pulsating type IV solar radio bursts with beat structure are presented and analysed in this paper. Based upon the theory of whistler soliton emission we interpret the beat structure by the combination of two components with different pulsation frequencies due to radial oscillations of two legs of the magnetic loop. The large depth of pulsation is also explained in this model.Proceedings if the Second CESRA Workshop on Particle Acceleration and Trapping in Solar Flares, held at Aubigny-sur-Nère (France), 23–26 June, 1986.On leave from the Department of Astronomy, Nanjing University, Nanjing, The People's Republic of China.     

X-ray spectra of various bursts from the rapid burster

About 20 type-I bursts and 3000 type-II bursts were observed with Tenma and Hakucho in 1983. Spectral evolutions were analyzed for both types of bursts and results are presented.Paper presented at the IAU Third Asian-Pacific Regional Meeting, held in Kyoto, Japan, between 30 September–6 October, 1984.Purple Mountain Observatory, Academia Sinica, Nanjing, China.     

The saturation of electron-cyclotron maser and the time profile of emitted spikes

In this paper the evolution of the hollow beam distribution of energetic electrons giving rise to ECM instability is investigated and the spatial dispersion term is included in the equation of wave energy. The instability causes the growth of wave energy, while the propagation of waves evacuates the electromagnetic energy from the source region. By analysing these two effects spike-like time profiles of waves are obtained. It is found that the saturation time t _s of ECM emission and the duration of spikes increase with the decrease of the frequency of solar radio spike emission. The approximate expressions of t _sand of the peak wave energy density are derived.Proceedings of the Second CESRA Workshop on Particle Acceleration and Trapping in Solar Flares, held at Aubigny-sur-Nère (France), 23–26 June, 1986.On leave from the Department of Astronomy, Nanjing University, Nanjing, People's Republic of China.