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.     

高质量2.5m卡赛格伦天线的设计

本文报道了圆锥波纹喇叭作为馈源系统的2.5m卡赛格伦天线的设计,修正其主、副面的形状,使该天线获得高效率(71.36％)、高增益(48.45dB)的效果.在给定初级馈源方向性图条件下,导出了使主面口径面获得均匀照射时主、副面修正的表达式.实践证明按这些表达式设计的2.5m卡氏天线是成功的.     

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.     

倾斜仪在提高TM65 m射电望远镜指向精度上的应用

本文主要论述了上海天文台天马65 m射电望远镜(以下简称为TM65 m)如何利用倾斜仪来提高其指向精度.首先对倾斜仪的型号特点及其安装作了介绍,然后通过扫描射电源法比较了白天和夜晚指向差异的情况,通过与倾斜仪测量数据的比较分析了这一差异主要是温度梯度引起望远镜座架变形导致的,并利用倾斜仪的数据对其进行了有效的补偿.另外本文还介绍了用倾斜仪对TM65 m轨道不平度进行测量,根据望远镜自身特点,得到了"不同俯仰上的轨道不平度",比较了指向模型在分离轨道不平度前后的拟合精度,讨论了轨道模型分离后对指向模型精度提升的有效性.     

数字摄影测量技术在抛物面天线型面精度、重力变形测试中的应用

对大口径抛物面天线而言,自重较大,型面精度会随天线俯仰角度的变化而变化,数字摄影测量技术可以量出天线任意姿态下型面精度,计算天线反射体重力变形数值,根据测量数据进行精度及重力预变形调整。66米口径天线实际应用中,型面调整精度0.25mm。测试结果表明数字摄影测量技术可用于天线重力变形测试和形面精度在位测量、调整。     

TM65 m射电望远镜面形微波全息测量

微波全息法是一种用于大型天线面形测量和调整的有效手段,本文先简单介绍了微波全息法的技术发展情况,接着针对天马65 m射电望远镜,仿真了面形误差和副面偏移算法.然后给出了在最佳俯仰角53°上,65 m面板实测和调整情况,通过多次调整,65 m面形精度达到了0.28 mm,重复测量误差0.13 mm.最后在俯仰角45°–60°上采用Ka波段对天线效率进行了测量,比较分析了主动面面形调整前后的性能改善情况,在Ka波段上效率由原来的37%改善到约56%,与理论预测相符.     

基于模型和数据驱动的机器人6D位姿估计方法

提高运动精度是机器人执行精密操作的基础.该文针对重载操作造成的机器人末端结构变形问题进行位姿补偿研究.首先,提出了基于模型和数据驱动的机器人末端6D位姿估计方法,该方法利用基于Gauss过程回归的机器人运动学误差模型获得部分目标点空间位置的预测值;然后,提出了基于测量平差的位姿修正方法,对目标点位置的实测值和预测值进行...     

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.     

天线近场球面扫描面形测量技术及相关问题研究

本文提出了一种通过扫描天线近场半球表面电场强度来获取天线面形分布的新方法,该方法无需测量相位、扫描面积小、可实现全姿态测量.研究将微分几何理论与几何光学方法相结合,推导出了球面近场幅值分布与表面变形间直接映射关系的解析形式-幅值变形方程,并基于有限差分法和傅里叶变换法对方程进行求解,使用几何光学数值仿真证明了幅值变形方程的准确性和测量方法的有效性.结合本文提出的扫描机构设计从扫描分辨率限制、探头定位误差和测量信噪比等角度分析验证了测量方案的可行性,并重点使用基于物理光学和物理绕射理论的数值仿真模拟了整体测量精度.此外引入奇异值分解去噪方法降低了低信噪比对测量精度的影响.     

冗余驱动的托架式并联调姿机构动力学建模

飞机装配领域广泛使用托架式调姿机构进行工件位姿调整,由于托架质量大、惯性大,导致其运动学控制困难,需要引入动力学控制.确定了位姿反解时调姿机构位姿参数中的独立变量与位姿正解时驱动量中的独立变量,以此为基础进行了速度与加速度正反解分析,然后利用牛顿—欧拉法对一新型三自由度冗余驱动的自动钻铆托架式并联调姿机构进行了动力学建模;考虑定位器移动副摩擦的影响,结合伸缩筒变形协调性分析、调姿机构位姿误差与结构误差分析,建立球铰处作用力、伸缩筒顶端变形量、调姿机构位姿误差、球铰中心点位置误差之间的补充方程,增加动力学模型中约束方程个数;采用Matlab与Adams进行了动力学模型的相互验证,证明了建模方法的有效性,该方法可用于其他类型基于定位器的并联机构动力学控制.     

用于地月空间VLBI的加权全频谱信号合成技术

在我国探月工程四期嫦娥七号任务中,中继星将搭载一个4.2 m口径的X波段抛物面望远镜.该望远镜将与地基望远镜构成具有400000 km空地基线的月球轨道VLBI实验系统,实施地月空间VLBI实验.为尽可能提高空地VLBI基线灵敏度,提出了采用加权全频谱合成(FSC)技术增强地基信号.本文先理论推导了信号合成后的效果及两个望远镜信号合成时的最优加权系数比值.然后设计了VLBI加权全频谱合成算法,并基于实测信号利用网格搜索的方法找到最优加权系数,结果与理论推导相符.最后,利用“嫦娥四号”多组VLBI原始观测信号进行测试.结果表明,本文设计的信号合成算法可以大幅度提高VLBI基线射电源信号的信噪比.     

基于OpenGL的交会对接仿真系统

针对基于视觉的空间载体位姿测量很难进行真实实验的特点,提出了一种基于OpenG1的半物理仿真实验方法。该方法通过计算机图形学技术和计算机视觉技术的结合,能够直观、快速地模拟空间载体位姿测量过程。     

一种基于投影标靶的手眼相机标定方法

文章研究了一种基于投影标靶的手眼相机线性标定方法.该方法确定了半物理仿真系统中各组成部分之间的位置关系,以保证标定的正确、有效进行;规定了标定用的投影标靶设计原则,以保证标定的精度;改变了传统线性标定算法坐标系的建立方法,以保证由标定结果分解的外参数满足位姿测量的要求.实验结果表明,该方法的标定精度满足位姿测量的要求,是一种可行和有效的标定方法.     

扫描干涉光刻机光束位姿自动准直系统设计

针对扫描干涉光刻机对干涉光束的高精度位姿准直需求,设计了高精度光束自动准直系统;基于该系统提出了利用每步迭代调节后的位姿实测值作为下一步迭代的起始值进行迭代准直和正交平面内位姿交替准直的光束位姿迭代准直策略,解决了迭代过程误差积累问题和正交平面内电机耦合问题。实验结果显示:该光束自动准直系统能够实现两个位置准直精度均优于5μm和两个角度准直精度均优于3μrad,满足扫描干涉光刻机光束位姿准直精度需求。     

一种基于模型的位姿求取方法

研究了应用在主动视觉测量系统中的一种基于模型的位姿求取方法。本方法首先给出物体的假想位姿,求出各点到物体的表面的距离,调整物体的位姿使距离的平方和达到最小,即可救是物体的实际位姿。本文对具体算法进行了详细的推导,并且对于简单的工作给出了仿真实验结果。     

融合速度估计与里程计位姿的扫描匹配改进算法

为改进低帧率激光雷达在扫描匹配中的扫描畸变问题,提出了融合速度估计与里程计位姿估计的扫描匹配改进算法。首先以迭代最邻近点匹配为基础算法,分析了现有算法的问题所在。其次对扫描畸变问题展开分析,运用里程计位姿估计对激光位姿进行分段位姿估计。通过对分段内激光点进行速度估计,进一步确定激光点位姿。给出了具体的算法原理,并进行了仿真实验和具体的对比实验。仿真结果与实际试验结果表明,本文算法在匹配精度上优于ICP算法及VICP算法。     

利用全息摄影测量结合面变形

机器是由若干构件和结合部组成的,确定结合面变形对分析机器性能和提高设计质量都是十分重要的。笔者已在有关文献中研究了通过理论解析确定结合面变形的方法。为了考核这种解析方法的正确性,本文利用全息摄影测量出构件和结合面的综合变形,再用解析计算的方法求出构件的变形,然后将结合面的变形从综合变形中分离出来,从而间接地测出结合面变形,并将测量值与解析值进行了对比。     

非合作航天器间相对位姿的单目视觉确定算法

针对非合作航天器接近操作过程中200m以内的相对位姿参数确定问题，该文充分利用目标航天器已知的结构模型信息，推导了利用单个光学相机实现非合作航天器相对位姿参数测量的迭代算法。与传统的交会对接视觉系统不同，该视觉系统不需要在目标航天器上安装光学特征，而是充分利用了目标航天器的自身结构特征，因此更适用于一般航天器间的相对位姿参数测量。为解决相对位姿单目视觉确定的非线性问题，该文选择了求解非线性问题性能优良的Levenberg—Marquardt算法。最后对该文算法进行数学仿真，仿真结果表明算法的有效性和可靠性，适合航天器在轨实时应用。     

基于像素解法的渐开线蜗杆磨削用砂轮廓形计算方法

为实现渐开线蜗杆(记作ZI型蜗杆)的高效磨削,提出了一种基于像素解法的成形砂轮廓形计算方法,该方法能够避免传统齿轮啮合原理中复杂的解析包络过程.像素解法首先利用包络原理建立蜗杆与成形砂轮之间共轭运动形成的扫掠面模型;其次用指定颜色点亮扫掠面在屏幕像素点阵中的最佳逼近像素点;然后通过调整扫掠面的位姿和放大倍数,对扫描区域和边界条件进行了设定,并利用扫掠面的斜率来控制扫掠面的自动放大、分段与重绘.最后通过对屏幕像素点阵的扫描,捕捉指定颜色的临界像素点所在的坐标值,提取扫掠面廓形数据.实验结果表明:该方法是一种高精度的蜗杆磨削用成形砂轮廓形计算方法,蜗杆精度等级达到了4级.     

考虑融合多传感器误差项优化方法的定位技术研究

为了实现移动机器人的精确自主定位,根据不同传感器的测量原理定义了视觉误差和惯性测量单元误差项,采用基于图优化的思想构建一个最小二乘问题的位姿估计器数学模型,并把多种传感器的误差项添加到估计器中,使用优化工具求解出最优的位姿,实现多传感器的融合定位。通过在仿真实验平台上运行公共数据集,实验结果表明单传感器的定位方案因为尺度模糊和累计漂移的问题在绝对位姿误差平均值达到7.942 m,而融合多传感器的定位方案的绝对位姿误差平均值为0.234 m,说明融合多传感器的定位方案比单传感器定位方案在定位上更加准确和鲁棒。