基于可变形副面的射电望远镜补偿算法与技术研究

Large radio telescopes are important tools for radio astronomy research and deep space exploration. Radio telescope performance affects the data quality and accuracy of astronomical observations directly. This research proposal will break the traditional method and oncentrate on the topic of deformable sub-reflector. Three research aspects will be focused on. 1)the method of construction the sub-reflector deformation model based on the main surface gravity deformation data and the optimised distribution of the actuators. 2)compensation the main surface and sub-reflector supports deformation and pointing error by using the deformable sub-reflector. 3)high precision antenna pointing errors detection and seperation. The new method of sub-reflector design will be established to improve the performance of the radio telescopes. This will also provide simple and easy technical methods to design and upgrade domestic radio telescopes that will better serve the radio astronomy research and deep space exploration.

大型射电望远镜是开展射电天文学和深空探测研究的重要工具，射电望远镜性能直接影响天文观测数据的质量和测量精度。本研究申请将突破传统方法，主要围绕采用可变形副面这一主题，重点开展三个方面的研究内容：1）利用主面重力变形数据推导可变形副面模型的解算方法和促动器优化布置方式；2）采用可变形副面实现对主面变形，副面支撑变形和指向偏差进行实时补偿的方法设计和优化；3）系统研究高精度指向偏差检测和误差分离方法。通过本项研究工作，可以确立新型的射电望远镜副面设计方法，提升射电望远镜的性能。为国内射电望远镜的设计和升级改造提供简单易行的技术方法，更好地服务于射电天文学和深空探测研究。

大型射电望远镜是开展射电天文学和深空探测研究的重要工具，射电望远镜性能直接影响天文观测数据的质量和测量精度。主要围绕采用可变形副面这一主题，重点开展以下三个方面的研究内容：.1）利用主面重力变形数据推导可变形副面模型的解算方法，副面面板分割和促动器分布优化设计。基于主面重力变形数据，通过主副面几何关系，综合出副面（反变形）模型。采用光线追迹等光程法，由主面变形得到副面补偿模型，研究不同副面分块方法、促动器数量及布置方案、最佳调整量解算等方法。采用照明函数和调整量乘积作为权重函数可以有效优化促动器分布。三角形面板拼接的优势是能有效减小单块面板面积，同时锐减控制节点数，当面板圈数增加时，这种优势更加明显。传统的辐射分块方式，内外部单块面积差异普遍较大，会导致变形误差不均匀；辐射分块方式，会导致背架外沿跨度太大而使得外部桁架刚度变差，进而影响面板调整精度。研究了面板和节点的序号编排，总结了面板、节点索引图和公式，并对单块面板的拟合方法进行了改进，引入了交叉拟合项，更贴合实际工况。.2）研究高精度指向偏差检测和误差分离方法。综合采用射电法、倾斜仪、PSD等设备对瞬时和缓变指向偏差进行高精度检测和建模。实现各种高精度的分离检测，并补偿不同类型的指向偏差。采用倾斜仪补偿俯仰指向，使得在白天观测时的指向误差与夜晚相当，并采用同轨迹源法进行了验证测试。采用PSD法获得了副面位置校正矩阵，构建了基于PSD的重力模型。.3）采用可变形副面实现对主面变形，副面支撑变形，指向小量偏差进行实时补偿的方法设计。利用副面位姿调整的快速性和灵活性，通过副面横向偏移补偿小量指向偏差。分别采用仿真和实测法，研究了副面横向偏移与指向偏差的关系，并在天马65米上进行验证，理论和实际符合良好。