两镜拼接主动光学子镜位姿调整方法研究

建立一个两镜系统用于模拟拼接镜面中各子镜面的相对位姿关系.提出采用相邻子镜边缘安装边缘传感器和设置倾斜传感器相结合的方法对子镜倾斜(tip/tilt)及轴向平移(Piston)3个自由度进行检测的位姿检测方法.采用理论控制矩阵和实测控制矩阵进行主动校正实验,实验结果表明:理论控制矩阵校正时,边缘传感器均方根误差不大于7...     

基于单目视觉的天线副面并联调整机构相对位姿测量方法

为测量天线副面并联调整机构的相对位姿,研究了一种基于单目视觉的位姿测量系统.采用光源照射固定于动平台上的合作目标,结合滤光片等控制手段,利用单目相机采集非共面特征点的图像,获得高对比度的准理想图像.经过图像处理和平方加权质心法,提取出特征点的图像坐标,使用EPnP (Efficient Perspective-n-Point)算法进行位姿解算,最终可以得到并联调整机构的相对位姿测量方法.最后通过实验进行了精度验证,结果表明平移精度为0.1 mm,旋转精度为0.05°,满足了实验要求,为并联机构的位姿检测提供了可行性思路.     

TM65 m射电望远镜副面位姿建模

大型射电望远镜在观测过程中,随着俯仰角度的变化,副面支撑、背架、主反射面等都有不同程度的变形,这将导致天线效率在高低俯仰角上明显下降,天马65 m射电望远镜副面系统的安装可以用来补偿副面支撑和主面的重力变形,在不同的俯仰角度上,副面位姿的调整可以提高天线的效率和指向性能.通过在X波段和Ku波段研究副面位姿变化对天线效率的影响,用射电法建立了随俯仰角度变化的副面位姿随动调整模型和指向补偿模型.此外还测试了副面随动与固定对天线效率的影响,结果表明副面随动模型可以有效改善65 m望远镜在高低俯仰角上的效率,使得在整个俯仰角范围内,X波段的接受效率均达到60%以上.     

主动光学—新一代大望远镜的关键技术

对主动光学技术在现代天文光学望远镜中的作用和工作原理作了较全面的介绍和评化,结合作者近十年的工作对薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术的各个关键部分,如波前检测,波前拟合,校正力的确定,共焦和共同的检测作了较详细且深入的讨论和评述,也介绍了我国目前正在研制的同时采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术的大天区面积多目标光纤光镜望远镜的主动光学系统。     

主动光学─新一代大望远镜的关键技术

对主动光学技术在现代天文光学望远镜中的作用和工作原理作了较全面的介绍和评论。结合作者近十年的工作对薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术的各个关键部分,如波前检测、波前拟合、校正力的确定、共焦和共面的检测作了较详细且深入的讨论和评述．也介绍了我国目前正在研制的同时采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术的大天区面积多目标光纤光谱望远镜的主动光学系统。     

基于ANSYS UIDL的镜面轴向支撑机构CAE系统的实现

基于有限元软件ANSYS的二次开发环境,通过分析光学镜面支撑设计类型和方法,选取常用的Whiffle-tree作为镜面轴向支撑形式,采用ANSYS 参数化设计语言实现有限元模型的参数化,并采用ANSYS用户界面设计语言,实现交互式菜单和图形界面,从而建立相对独立的专用的镜面轴向支撑系统设计的CAE模块,并以实例阐明借助该专用模块可提高工作效率,同时降低对用户专业知识的要求.     

PSD法测量大型射电望远镜副面位姿

指向精度是大型射电望远镜天线具有挑战性的关键技术指标.在望远镜运行中,方位俯仰角的变化、重力以及日照等对副面撑杆的综合影响会引起望远镜的副面位姿改变从而引起指向误差的增加和天线效率的降低.基于天马65 m射电望远镜,使用位置传感器装置(PSD)法构建了副面位置偏移量测定系统,可以实时采集副面的3维位移数据,构建重力模型,将测试结果与射电法构建的现有副面模型进行对比,有较好的一致性.此外,该系统可以分析日照(引起撑腿局部温度效应)引起的副面位移情况,也可以监视风载和瞬时启停对副面位姿的影响.     

大型光学望远镜扇形子镜拼接设计及仿真分析

目前,国际上大型望远镜拼接镜面采用的拼接子镜几乎都是六边形而没有采用扇形。比较六边形子镜和扇形子镜各方面的优缺点,建立六边形和扇形子镜的有限元模型,均采用18点轴向支撑,优化支撑方式,计算各子镜在自重作用下,镜面在水平位置,倾斜45°和垂直位置时的变形参数RMS值。结果表明在面积和支撑点数目均相同的条件下,扇形子镜在理论上可以获得与六边形子镜近似的镜面RMS值,但是在实际应用中扇形子镜的支撑,镜面调控与六边形子镜相比将更加复杂困难。     

一个巨型望远镜方案

提出一个有特色的巨型望远镜(FGT)方案．其主镜口径为30米，主焦比为1．2，由1095块圆环形子镜构成．采用地平式装置．光学系统包括Nasmyth系统、折轴(Coude)系统和一个大视场系统．提出一个由4个镜面组成的新的Nasmyth系统，在约10′的视场范围内像斑小于爱里斑，达到衍射极限．比传统的Nasmyth系统的衍射极限视场大得多．可在这样的大视场内同时作好几个小区域的衍射极限的观测．当由Nasmyth系统转换到折轴系统和大视场系统时，采用主动光学技术改变子镜的面形、倾斜和平移，产生一个新的主镜面形，使折轴系统和大视场系统都能得到很好的像质．大视场系统的视场直径25′，场曲轻微，并有可能校正大气色散．给出了子镜面形和位置的公差，并讨论了望远镜的装置和结构,方案中的特色和创新对未来大望远镜的研制有普遍意义．     

超轻量镜面系统的研制

空间望远镜的研制一直要求系统的轻量化,美国宇航局(NASA)最近研制的韦伯太空望远镜,其主镜系统面密度相对于哈勃空间望远镜已大幅减轻.在韦伯望远镜主镜系统的研制过程中,NASA开展了一系列关于超轻量镜面系统的验证计划,多家机构拿出多个方案参与竞标.本文选取几个比较典型的方案,介绍这些镜面系统的设计思想、结构、材料、加工以及相关测试结果,期望能对国内相关方面的工作提供参考.     

基于Keck方法的大型拼接镜面共面方法的研究

LAMOST是我国也是世界上唯一的同时应用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学的望远镜,但望远镜目前的设计要求还只是共焦,还没有很好地开展共面技术的研究和应用.Keck望远镜的共相方法已经得到了成功的应用.在红外波段得到了10m镜的衍射像.参照Keck的算法,开发了一套用于检测拼接子镜前后有一定平移误差时的模拟软件,在LAMOST及以后各大型望远镜的拼接镜面实验装置上应用.结果表明,这个方法是现实可行的.     

FAST馈源支撑系统中质量阻尼器的初步设计

500m球面射电望远镜(FAST)的馈源支撑系统存在大跨度柔性索支撑结构,馈源仓容易受到外界干扰源的激励引起振动,影响馈源舱内接收机定位和指向的性能和精度.质量阻尼器作为一种有效并且可靠的振动控制设备,得到了深入的研究和应用.本文从质量阻尼器的基本原理出发,初步设计出一种应用于FAsT馈源支撑系统的被动和主动质量阻尼器模型.数值分析和仿真实验结果表明质量阻尼器对FAST馈源仓的振动有明显的抑制效果.     

基于故障树的南极天文光学望远镜镜面除霜系统的可靠性分析

我国的南极天文光学望远镜目前架设在环境恶劣的南极冰穹A地区,观测时处于无人值守的状态。由于观测时部分光学镜面暴露在外部环境中,镜面表面的冰雪霜会降低光学系统的透光效率和反射效率。望远镜镜面除霜系统旨在降低或消除冰雪霜对光学系统的影响。基于故障树分析法建立了望远镜镜面除霜系统失效的故障分析树,通过对故障树的定性和定量分析,得到系统的最小割集和引起故障的各基本事件的结构重要度排序。结合实测结果,有效地找出系统的薄弱环节,对于提高系统的可靠性,改进和完善系统提供了理论指导。     

大型光学望远镜扇形子镜支撑方法的探讨

基于对大型光学望远镜子镜的要求,比较六边形和扇形两种子镜的优缺点.用有限元法分析扇形子镜在自重下的变形,确定扇形子镜的支撑点数和排列方式.并具体分析了通过18点、24点、27点三种支撑点的排列方式,分别计算不同支撑点下的子镜变形.通过计算表明,27点的支撑方式可以满足子镜的镜面RMS小于10nm的技术要求,并讨论子镜的轴向和侧向支撑方案.计算了在轴向和侧向支撑的条件下,各子镜在水平,垂直以及45°三个极限位置的镜面RMS值.     

超轻量镜面系统的研制

空间望远镜的研制一直要求系统的轻量化,美国宇航局（NASA）最近研制的韦伯太空望远镜,其主镜系统面密度相对于哈勃空间望远镜已大幅减轻。在韦伯望远镜主镜系统的研制过程中,NASA开展了一系列关于超轻量镜面系统的验证计划,多家机构拿出多个方案参与竞标。本文选取几个比较典型的方案,介绍这些镜面系统的设计思想、结构、材料、加工以及相关测试结果,期望能对国内相关方面的工作提供参考。     

磨镜机上镜面支承的一种近似计算

本文研究了中等大小镜面的九点支承系统,推导了公式,分别计算出对平面,凹、凸镜面,有中孔及无中孔时支承点的位置. 编制了计算程序,可用于PC—1500袖珍计算器.     

镜面材料的选择问题和制造陶瓷镜的可能性

由于改进光学玻璃熔炼技术和提高光学质量方面存在着不少困难,到目前为止,折射望远镜的口径仍然停留在1米左右,而反射望远镜的口径却早巳超过了这一界限.目前最大的反射望远镜口径已经达到了5米.首先,从制造上来看:因为在反射系统中光线并不通过反射镜的内部,只要镜面能很好地保持几何形状,对镜子材料的光学性质是没有什么特殊要求的.过去为了提高镜面的反射能力,要求选择反射率较大的材料(如镜铜)来作镜子材料.发明了真空镀铝以后,     

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。     

光学天文望远镜用微位移驱动器机构研究综述

该文回顾光学天文望远镜拼接镜面主动光学技术中的微位移驱动器的应用,介绍了微位移驱动器的工作原理、机械结构以及性能要求.概述了微位移驱动器的基本组成机构,并结合目前应用于天文望远镜的具体实例,比较了其优缺点.最后针对未来极大口径天文望远镜中的应用要求,对微位移驱动器的发展趋势提出展望.     

基于应变的变形副反射面位姿形貌快速重构方法

随着双反射面天线口径的增大、工作频段的升高,天线对副反射面的精度要求也越来越高.当天线受到自重以及风荷、温度等外界因素的影响时,为了更好地保证满足天线的高指向精度等电性能要求,基于应变传感器和模态叠加原理,分别利用天线变形后副反射面支撑腿与副反射面自身结构的应变值来快速重构副反射面的位姿、形貌,便于副反射面调整机构对其进行实时修正,以实现更加精准的主副反射面位置匹配,降低因天线结构变形造成的波束指向误差和增益损失.