地基大口径望远镜主镜主动支撑系统综述

主动支撑技术作为地基大口径望远镜建造的核心技术,直接影响望远镜的观测能力,一直以来备受关注。文章系统性地总结了地基大口径望远镜主镜的定位系统和支撑系统。定位系统包括三点硬点定位、六杆硬点定位;支撑系统包括采用不同促动器结构的轴向支撑系统及采用“竖直推-拉”、“斜向推-拉”和“推-拉-剪”形式的径向支撑系统。文章还结合了国外采用主动支撑结构的大口径望远镜,对其主动支撑技术进行了详细介绍和总结分析,希望为大口径望远镜主镜主动支撑设计提供一定的经验参考。     

大口径望远镜主镜径向偏心误差检测技术北大核心CSCD

为保证大口径望远镜主镜在加工、镀膜和装调过程中的径向公差要求,提出一种基于图像处理的实时检测大口径望远镜主镜径向偏心误差的方法,利用光学成像系统对沿轴线运动的主镜的内孔和固定于主镜支撑结构底座的参考孔进行成像,通过边缘提取和质心算法计算主镜相对于支撑结构的径向偏心误差。经实验验证,该方法可实现对主镜径向偏心误差的实时测量,且测量精度满足主镜的径向公差要求。     

大口径望远镜阻尼调制技术

针对大口径望远镜由于自身尺度的增加以及钢桁架结构所带来的阻尼不足的情况,开展了大口径望远镜阻尼调制技术的研究,提出了一种基于动力学模型的调制质量阻尼器的设计方法。首先分析了现有的大口径望远镜的阻尼调制策略,选择了使用专门的阻尼调制器的解决方案;之后,研究了建立系统动力学缩减模型以及基于该模型的动力学检测方法,为阻尼调制器的设计打下基础。最后,设计了适应某大口径望远镜主镜模态的调制质量阻尼器。为验证文中的正确性,针对一阶固有频率为172 Hz实验系统进行了阻尼调制实验,使用调制质量阻尼器后,该频率所对应的响应有明显的下降。同时,对于用于验证的大口径望远镜,计算得到其141 Hz的主镜模态对应的调制质量阻尼器质量为7.015 kg。刚度为5.506 N/mm。提出了一种基于动力学模型的调制质量阻尼器的设计方法。分析了现有大口径望远镜的阻尼调制策略,选择了使用专门阻尼调制器的解决方案,不仅可指导下一代望远镜的建设工作,还可以对现有设备进行有效的升级。     

大口径望远镜主镜支撑结构研究

主镜是望远镜系统的重要组成部分之一.随着其口径的不断增大,望远镜的重量也随之加大,自重、热变形等问题将对主镜镜面的面形精度产生一定的影响.因此,在保证系统精度的同时,要尽可能的减少结构重量,所以在设计阶段就要根据光学系统的技术要求及影响因素对主反射镜的支撑方案进行综合考虑和全面分析,使其结构设计更为合理.根据大口径望远镜系统主镜结构设计的要求,利用结构分析软件,建立结构分析模型,来确定主镜支撑方案.详细分析了大口径望远镜主镜支撑的各方面技术.     

面向大口径地基望远镜视宁度检测方法综述北大核心CSCD

视宁度是现代天文学的一个重要概念。光在传输时受到大气湍流影响而发生闪烁与偏转,即视宁度。在地基大口径望远镜,激光大气传输等方面,视宁度现象对系统的图像质量起到了重要影响。为了对更加深远的宇宙进行探索,进一步围绕宇宙起源、暗物质暗能量等科学目标开展相关研究,对望远镜的分辨率与灵敏度也提出了更高的要求。在激光传输方面,激光通信、卫星遥感以及光学雷达等在大气环境下进行的工作也受到视宁度的影响。因此,如何检测视宁度,成为当前天文领域的重要课题。介绍了目前各类视宁度检测的现状,分析了DIMM、MASS、SCIDAR以及CFD等技术的原理,并在最后进行了总结与展望。     

大口径望远镜主镜保护盖设计

针对某米级光学望远镜设计了四门对开花瓣式主镜保护盖。简要介绍了国内外已建成大口径望远镜主镜保护盖的主要结构形式,利用铰链四杆机构的演化偏置曲柄滑块机构为基体进行优化设计,得出一种不需曲柄存在的四杆机构,建立运动学模型,对其受力状态进行分析,计算了电机所需的驱动力矩、滑块的移动位移及镜盖开关时间。实际工程应用表明,该保护盖对主镜能够有效防尘及保护,单次打开或关闭时间约为62.5 s,在长春地区无故障使用时间大于一年,免维护开关次数大于500次。满足系统设计要求,为后续研究者提供了设计参考。     

大口径大视场望远镜探测器平面度检测方法综述

为了更好地适应大口径大视场望远镜的成像要求,在相机焦平面拼接多个CCD使其能够覆盖望远镜的全视场成为大口径大视场望远镜光学相机设计的重点。本文系统地总结了当前国内外探测器平面度测量方法的最新研究进展,对比了应用较广的扫描白光干涉仪、三角激光测量仪以及激光同轴位移器的特点。文章还结合了国外大口径大视场望远镜中的相机焦平面靶面拼接特点,对其测量方法及设备进行了详细介绍和总结分析,为大口径大视场地基光电望远镜焦平面拼接探测器的平面度测量提供一定的经验参考。     

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。     

大口径主动光学巡天望远镜大动态范围曲率传感

为了保证外界环境剧烈变化下大口径巡天望远镜的成像质量以及实现系统的快速对准,其波前传感系统在保持像差检测精度的同时也需要具备较大动态范围。首先基于同侧离焦星点像光强分布与曲率传感技术建立了一套大动态范围的对准检测技术,分别使用解析式表达和机器学习方法实现离焦量以及系统其余低阶像差的解算。然后对不同类型像差的解算精度进行了理论分析,最后针对所提出方法进行实验验证,结果表明离焦检测误差(以波前RMS变化为准)分别小于5%,而失调检测误差小于15%,满足对准装调要求。     

库德光路光束指向稳定性分析

库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。     

地基大型望远镜数字通信系统的设计

数据通信系统是整个大型望远镜的数据传输中枢。针对地基大型望远镜分系统多,信号种类繁杂、分布不均匀和分布距离较远等特点,设计了一种基于大规模集成电路FPGA的数据通信系统。系统分为机上数据通信系统和机下数据通信系统两部分,机上与机下数据通信系统通过单根光纤进行连接。系统最多可提供60路RS422、32路TTL、10路RS485和4路RS232同步传输。同时,系统以GPS时钟频率为基准频率产生多种工作时序,为望远镜提供同步工作脉冲;通过采集曝光脉冲对应时刻的时间数据和编码器数据锁存当前的时空信息。硬件方面采用XILINX公司的Virtex-5系列FPGA为核心处理芯片完成该系统的设计,实验结果表明系统可满足大型望远镜数据通信的需求。     

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。     

地基大口径望远镜主镜热控的设计原则及方式

热问题贯穿了望远镜设计的各个方面,而且随着望远镜口径的增大,温度对望远镜的工作性能和稳定性的影响也越来越明显。望远镜的主镜作为望远镜系统中关键的光学元件,对望远镜的成像质量有着重要的影响,为了克服主镜视宁度对望远镜成像质量和望远镜主镜温度梯度导致的热变形对望远镜成像质量的影响,对望远镜主镜温度进行合理地控制显得十分的必要和重要。本文结合国外大口径望远镜,详细论述了现代望远镜主镜热控的原则,总结了望远镜热控设计的方法,并进行了相应的探讨,为今后的大口径望远镜的主镜热控设计提供一定的参考价值。     

使用幸运成像技术恢复地基大口径望远镜图像

开发了一套地基大口径望远镜上的幸运成像系统,以完成对空间目标图像的恢复。系统由5部分组成:预处理、帧选择、图像配准、图像重建和图像增强。对于点目标图像,系统使用斯特列尔比做为像质评价函数,配准算法使用最亮点匹配或质心匹配;对于扩展目标图像,系统采用Fisher信息值或SOBEL算子函数进行像质评价,图像配准采用基于GPU的傅里叶-梅林变换及SIFT匹配算法。用户还可以根据目标图像的特点手动选定图像,并选择合适的配准算法。该幸运成像系统已经成功地应用在1.23 m望远镜的成像探测中,并取得了较为理想的实验结果,成功地获取了月表、木星等空间目标的清晰图像。实验结果表明,该幸运成像系统可以显著地提高通过大气湍流的成像分辨率。     

基于多体系统理论的光电望远镜误差建模分析

大型光电望远镜在空间目标探测和天文观测中发挥的作用越来越大,它的探测能力、指向精度是影响其发展的主要因素。首先分析了影响望远镜指向精度的各个误差,然后根据多体系统理论,构造望远镜拓扑结构,在此基础上建立其空间误差指向模型。根据得到的指向误差模型,分析研究了三轴误差对方位测角误差和俯仰测角误差的影响。区别于传统球谐方法,该误差指向模型更全面的综合了各项误差,对进一步的误差分配和误差补偿具有一定的指导意义。     

国外大型地基望远镜主镜支撑综述

对于大型地基望远镜来说,主镜支撑是关键技术之一,主镜支撑效果直接影响望远镜的观测能力,文章详细介绍了目前国际上具有代表性的一些望远镜主镜的底支撑和侧支撑方法和结构等,总结了主镜支撑的几个原则,期望对我们从事大口径望远镜的研制提供一些借鉴意义。     

大口径望远镜主镜支撑系统装调

针对1.2 m大口径望远镜主镜支撑系统,为保证主镜面形精度均方根要求,提出了一种有效的装调方法。该主镜支撑系统结合运动学原理,分别设计了Whiffletree轴向支撑和柔性切向杆侧向支撑结构,以保证其在较大温差范围内（-20~60℃）以及不同俯仰状态下（垂直-水平）始终具有较好的面形精度。机械加工误差及安装误差使柔性机构在组装过程中极易引入装配应力,明显地增大主镜表面变形。借助于有限元软件对装调过程中可能出现的误差进行仿真分析,根据结果制定装调流程,并对实际装调进行指导。完成主镜支撑系统装调后,采用补偿器和干涉仪对主镜的垂直检测及水平检测,检测出两种状态下主镜的实际面形误差分别为/42和/31（=632.8 nm）。     

大口径望远镜次镜系统的拓扑优化设计

针对地基大口径望远镜次镜系统加工精度和装调精度的要求，提出了基于拓扑优化的次镜系统结构设计方法。该方法利用变密度的拓扑优化思想，将次镜系统的Spider结构和Serrurier桁架的设计域限定为基结构，以期望方向的变形最小，通过材料的去留决定结构的最终形状和尺寸。首先，以相对密度为设计变量，Spider结构以1阶振型和重力方向变形为设计约束，桁架以X向和Y向变形为设计约束，建立各结构的拓扑优化模型；然后，以拓扑优化所得构型为基础，利用Workbench进行优化迭代；最后，设置优化参数，采用有限元法进行动静刚度分析和优化。结果显示4 m望远镜次镜系统的1阶谐振为22.7 Hz，光轴指向天顶和水平时重力方向偏移分别为-0.173 mm和-0.195 mm，并且Spider结构和Serrurier桁架的轻量化率超过30%。该结果验证了文中方法的有效性。     

库德光路的五棱镜安装方法

为实现库德光路的快速高精度装调,提供了一种基于自准直原理的五棱镜安装方法,给出了库德光路的原理和安装方法,并对组装后的库德光路进行误差分析。得出应用此方法安装库德光路的光学静态误差在15″以内,满足一般库德光路的技术要求。因此,此方法不仅可以适用于库德光路,对反射镜的安装也有一定的借鉴和参考。