大型射电望远镜高精度指向偏差检测方法

本文首先论述了影响大型射电望远镜高精度指向偏差的主要因素,然后以天马65?m射电望远镜(TM65?m)为实测对象,介绍了从天线副面开始到轨道之间,分离检测各项指向偏差的方法,包括:评估整体天线指向偏差的半功率点检测法;检测副面支撑位置变化导致指向偏差的方法;检测天线座架因温度变化导致指向偏差的方法;检测机械轴和码盘轴之间不同步导致指向偏差的方法;基于轨道不平度数据进行高精度指向建模的方法.文中给出了几种方法实测过程和结果,并对结果进行了分析和讨论.     

南京大学65 cm天文望远镜指向精度的修正研究

天望远镜的准确指向是正常观测的重要保障，也是望远镜系统本身的一项重要测试指标，南京大学天系65cm望远镜的成像OCD的视场较小，实际观测时，指向精度不高，待测天体的像往往不在视场内，为了修正南京大学天系65cm望远镜的指向精度，2004年7月-8月，对该望远镜的指向精度进行了测量并通过指向误差函数进行了指向精度的修正，首先建立指向误差修正模型，通过对不同天区恒星的观测可得到该望远镜在相应方位的观测指向误差值，将观测值和理论模型拟合，从而得到指向误差修正函数．建立南京大学65cm望远镜的指向误差修正模型，然后对其观测的指向误差值进行拟合，最后用拟合函数对观测进行指向修正，结果表明，通过指向误差函数对指向误差进行修正，提高了该望远镜系统的指向精度，目前，不仅可以使观测的星象能在CCD视场内，而且改正后的指向精度略优于1′，在修正前望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)是117″，修正后望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)提高到38″。     

磁浮轨检车随机振动时域仿真

为了研究在动态测量过程中磁浮轨检车的随机振动对测量磁浮轨道几何参数精度和测量速度的影响，根据这一特殊车辆的结构特点和运动原理建立了整车振动五自由度模型．由于磁浮轨道不平度与高等级机场路面的相似性，采用了滤波白噪声作为轨道随机不平度输入．在MATLAB／SIMULINK环境中仿真了在磁浮轨道随机路面激励下车辆的时域动态响应，分析了车辆随机振动对采用激光三角法测量位移的精度影响．仿真结果表明车速10km／h时的测量精度满足实测时所要求的0．1mm．     

300 mm折射望远镜跟踪精度和极轴指向的实测研究

利用广东省高校天文观测与技术重点实验室的300 mm折射望远镜,作者分别对亮星轩辕十四和天狼星进行了长时间的跟踪观测,通过CCD采集图像数据并进行数据分析,得到了该望远镜的跟踪精度和极轴指向.结果显示,2013年该望远镜极轴指向和2010年的指向有明显变化,但仍保持着较高的跟踪精度,平均每分钟星象漂移量略小于0.4”.文章的方法可用于望远镜极轴的校准.     

用于地月空间VLBI的望远镜信号合成增强技术

在我国探月工程四期中,将利用地面望远镜和月球轨道射电望远镜共同组成的超长基线,开展X频段空间VLBI试验.由于地月基线长达400000 km, UV覆盖不均匀,不适合开展常规的VLBI成图观测,相关科学研究应充分利用地月基线高角分辨率的特点并充分考虑其基线灵敏度.该试验中的空间望远镜口径仅为4.2 m,相应的中国VLBI网所属X频段射电望远镜均为25–65 m的中等口径,且地月基线长度远超过地球直径.为尽可能提高地月基线灵敏度,本文提出利用国内多面中等口径地基VLBI望远镜参与地月基线观测,通过对相关处理机输出的各条地月基线VLBI互功率谱进行综合,将各个中等口径VLBI望远镜信号进行合成,达到一个100 m级的地基大口径望远镜与月球轨道小口径望远镜进行VLBI干涉的效果.本方法基本思路为,基于软件相关处理机的输出结果,通过对齐各基线的相位,补偿基线时延,对各条地月基线的互功率谱进行相干合成,从而达到提升信噪比的目的.基于此方法,我们利用火星探测器"天问一号"实测数据进行信号合成VLBI试验.结果表明,通过进行基线的互功率谱合成,可以使基线信噪比有明显提升.此方法也可应用于未来其他有类似需求的空间VLBI数据处理.     

基于干涉全息法测量射电望远镜主面重力变形和副面位姿

本文围绕天马65 m (TM65 m)射电望远镜主面重力变形和副面位姿展开实测研究.论文先概述了主面测量的方法,主要讨论了基于微波全息法的测量方法和天线扫描方法,然后论述了采用Very Long Baseline Interferometer (VLBI)测量65 m主面各俯仰角的重力变形,对测量误差进行了评估,进而构建了重力模型,并与仿真结果进行了比较,两者变化趋势一致.同时,推导并仿真了主焦馈源、副面位姿偏移和口径面相位的解析关系,然后基于该解析关系和VLBI测量得到的口径面相位数据,并采用最小二乘法解算得了实际TM65 m副面位姿随俯仰的变化情况,该测量结果在三维方向上与传统基于主动副面的幅度扫描法结果一致性强,该方法为测量副面位姿提供了不同于传统法的可行途径.     

亚分米级精密定轨的探索

通过分析ENVISAT卫星跟踪的激光和DORIS测量数据,在完整力学模型的基础上,分别采用经验加速度修正和大气密度修正两种模式,对其进行精密轨道确定.经与精密轨道星历解进行比较,其结果达到了2~4 cm的径向轨道精度.     

阵列结构型空间碎片光电望远镜观测精度分析

阵列结构型空间碎片光电望远镜(SDPTA)具有通用性强、视场大、单元众多、覆盖空域广、可靠性高等优点,针对国内首台阵列结构型空间碎片光电望远镜产生的大量观测数据无法识别的问题,提出一种基于两行轨道根数(TLE)数据的快速匹配识别方法。通过计算北美防空司令部(NORAD)发布的TLE数据对阵列结构型空间碎片光电望远镜的观测数据关联比对,用以识别空间碎片;并利用CPF(consolidated prediction format)星历的数据对已识别的数据中的激光星进行外符精度分析,检核识别准确性并对该阵列结构型空间碎片光电望远镜观测精度进行分析。经计算,该阵列结构型空间碎片光电望远镜外符精度为7. 9″。计算分析表明,利用TLE数据对未知碎片进行识别的方法准确有效,望远镜的观测精度达到了设计指标。     

融合倾斜仪数据的盾构姿态严密解算模型

推导了倾斜仪与盾构的严密标定模型;将倾斜仪采集的双轴角度数据视为平面点云,推导了倾斜仪角度数据的稳健估计方法;在前述模型方法的基础上,利用最小二乘配置方法建立了倾斜仪与棱镜数据融合的严密联合解算模型.最后,通过试验对上述模型方法进行了分析验证.结果证明,提出的盾构姿态解算模型正确可行.     

TM30测量机器人ATR功能的功效及精度

针对变形监测时ATR与人工观测的功效及精度存在的问题,采用极坐标方法,通过高精度全站仪TM30测量机器人自动测量与传统人工观测进行比较.因人工观测受各种误差影响,达到二等变形测量的精度3 mm要求较困难,而TM30测量机器人利用ATR达到此精度要求容易.研究结果表明:同等条件下,TM30的功效是人工观测的3倍以上;TM30测量机器人ATR自动观测的精度更是高于人工观测的精度.在同等环境下对TM30测量机器人ATR功能手动观测与自动观测进行对比,得到TM30测量机器人的ATR功能的定性研究结果.     

基于天宫二号POLAR的脉冲星导航实验

利用天宫二号上的伽玛暴偏振探测仪(POLAR)观测数据完成了X射线脉冲星导航的原理验证.处理并分析了POLAR的观测数据,建立了基于轨道动力学模型和脉冲星脉冲轮廓显著性分析的定轨算法,并利用蟹状星云脉冲星的实测数据开展了单脉冲星的定轨分析.结果表明,该方法能够实现对天宫二号轨道的定轨,利用POLAR一个月的在轨观测数据可得到定轨精度如下(99.7%置信度):轨道半长轴精度7.0 m,偏心率精度0.00026,轨道倾角精度0.023°,升交点赤经精度0.17°,近地点幅角及平近地点角精度0.043°.     

TM65m射电望远镜副面随动模型及性能评估

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,本文建立了副面位姿随俯仰角变化的模型,测试结果表明副面随动模型可以有效改善65 m望远镜在高低仰角上的效率,分别达到20%和15%,使得在整个俯仰角范围内,X波段的接收效率均到达60%以上;副面随动模型导致的指向偏差与grasp仿真结论符合良好.     

基于GPS的FAST望远镜馈源平台自动测量控制系统

500m直径大射电望远镜(简称FAST望远镜)的跟踪观测是由馈源的空间运动来实现,因此馈源在搜索运动过程中要保持很高的稳定性。就馈源平台自动控制系统对位置和姿态测量精度要求进行分析,提出了采用实时动态技术和全球定位系统(GPS)姿态测量技术进行馈源平台的实时监控,以实现整个FAST望远镜对宇宙射电源的自动化跟踪。介绍了GPS时实动态姿态测量原理和FAST监测系统的构成,以及姿态测量的数学模型和解算方法。该方法在50mFAST馈源模型上试验得到馈源平台中心点位精度为5.65mm、姿态精度0.345°可以满足FAST望远镜一次支撑的精度要求。     

顾及运动特征的轨道不平顺测量精度分析

针对运动特征方程标准差和量测频率对轨道不平顺测量精度的影响进行研究,结合GNSS/INS与NHC的算法建立模型,利用协方差法进行定量分析。仿真实验表明加入运动特征方程提高了轨道不平顺的测量精度。运动特征方程标准差不变时,随着频率的增加,精度提高;频率不变时,运动特征方程标准差越小则轨道测量精度越高;给定适当的运动特征方程标准差可以满足轨道不平顺测量精度的要求。现场实验结果与仿真实验结果基本一致,证明所提方法的正确性。研究结论为提高轨道不平顺测量精度提供参考。     

弓长岭露天矿排岩场边坡变形观测方法

为解决弓长岭露天矿排岩场边坡不稳定对周边产生安全隐患问题.利用世界最高精度的测量机器人TM30,采用极坐标与测距三角高程测量方法来确定边坡的水平位移与垂直位移,并结合中国《工程测量规范》中对排岩场边坡变形观测等级与精度要求,对观测点点位及高程所能达到的精度进行了理论分析与论证.研究结果表明:采用TM30测量机器人对排岩场边坡进行水平位移与垂直位移测量时,如果将观测距离控制在500 m以内,并按二等9测回进行水平角、垂直角与距离观测来确定观测点的坐标与高程,可以满足排岩场边坡变形对观测点点位和高程精度的要求,并通过工程实际验证了其正确性.     

三轴稳定静止卫星赋形天线指向误差分析

对于静止轨道三轴稳定卫星,天线的指向精度是用户要求的重要指标.在卫星定点后处于工作姿态时,要求天线波束覆盖用户规定的地面区域,并满足规定的电性能指标.卫星的姿态、轨道、天线性能和总装等误差对赋形天线的指向精度均具有一定的影响.本文对影响赋形天线指向精度的各类误差的形成原因、误差数据的计算方法进行了逐项分析.研究了各类误差对赋形天线指向精度的影响,其中重点分析了姿态和轨道误差的影响,给出了相应的算法公式,并基于实际工程数据进行了算例仿真,得到卫星在正常和位保两种模式下赋形天线的指向误差数据.通过对比,仿真计算结果与卫星在轨天线方向图的实测结果具有一致性,证明了该分析思路和计算方法的有效性和正确性.     

利用星间双向测距数据进行北斗卫星集中式自主定轨的初步结果分析

自主定轨是导航卫星自主导航的重要任务,是指在地面运行控制系统不可用的情形下,利用星间测距维持导航系统星历的自主更新.本文利用北斗新一代导航试验卫星搭载的Ka波段星间双向测距数据,进行集中式自主定轨试验.首先给出了星间双向测距数据的处理流程和数学模型,并分析了星间双向测距数据的测量特性.结果表明星间双向测距数据是一种高精度的距离测量.将星间双向测距数据用于定轨处理,残差标准差小于1 0 cm,均值好于1.0 cm,解算的设备零值稳定度好于0.2 ns.分别利用重叠弧段比较、用户等效距离误差评估和激光残差等方式评估了自主定轨的精度.结果表明,在一个地面锚固站支持下,自主定轨得到的卫星轨道径向重叠弧段互差优于6 cm,预报2 4 h径向重叠弧段互差优于1 0 cm.2 4 h预报轨道用户等效距离误差为0.4 3 m,优于L波段预报轨道的0.76 m,激光残差优于1 0 cm.星间链路对地观测为自主定轨提供空间基准,避免星座的整体旋转.本文讨论对地测量时长对自主定轨的影响.结果表明即使星间链路对地观测的截止高度角为60°,自主定轨结果和2 4 h预报轨道径向误差优于10 cm,三维位置优于1.5 m.     

桥面不平度随机激励模型

桥面不平度是影响车辆桥梁振动的主要因素,定量地研究桥面的凹凸不平对车辆桥辆振动的影响程度,关键是要能够建立一个能正确模拟实际桥面状况的桥面不平度模型.指出了传统的用周期性函数表示不平度模型的缺点,引入随机不平度理念,建立了一种用路面功率谱函数表示桥面不平度的方法,并建立了桥面不平度随机激励时域模型.通过对比分析发现,建立的桥面不平度模型是可信的,从而提供了一种在缺少实测数据时如何通过计算机模拟获得桥面不平度仿真数据的方法.     

基于有理函数的路面不平度时域模型研究

研究了基于有理函数的路面不平度时域模型. 采用Matlab/Simulink软件建立了基于有理函数的路面不平度时域模型,并进行了仿真. 求取了仿真输出的路面不平度时域数据的功率谱和均方根值. 对比国际标准化组织提出的路面分级标准,确定了正确的模型参数,验证了基于有理函数的路面不平度时域模型. 并导出仅需路面不平度系数表达的路面不平度时域模型. 此模型可方便、准确地对路面分级标准规定的路面进行仿真.     

应用卫卫跟踪数据恢复地球重力场的模拟分析

探讨了应用卫卫跟踪(SST)卫星星历、星间距离和星间距离变率数据来恢复地球重力场的数学模型和算法,利用卫星动力学法恢复了直到40阶的地球重力场模型.结果表明:在仅模拟5 cm轨道误差、10μm星间距离误差及1μm.s-1星间距离变率误差的情况下,采用星间距离恢复的结果比采用星间距离变率恢复的结果精度要高,说明SST距离测量比SST距离变率测量对重力场的扰动更敏感.