全日面磁场与活动监测望远镜轴系升级
发布时间：2021-12-02 18:45
在天文观测中,需要望远镜能快速、准确地指向目标天体,并进行稳定跟踪。针对怀柔太阳观测基地（Huairou Solar Observing Station, HSOS）的全日面磁场与活动监测望远镜（The Solar Magnetism and Activity Telescope, SMAT）进行轴系升级,使用伺服电机轴上23位高精度绝对式编码器替代光栅钢带码盘,通过VSOP87行星理论实时计算日面中心位置,使用基于大面阵CCD的高精度导行系统不间断跟踪并记录太阳位置,利用最小二乘法分段拟合太阳实时位置与绝对式编码器数值,建立指向算法并实现日面中心指向。经实测,赤经方向的指向误差约为36.69″,赤纬方向的指向误差约为21.49″,满足全日面太阳磁场望远镜的指向要求,该方法成本低,兼容性高,对于其他赤道式望远镜的升级改造具有借鉴意义。
【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(04)CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
8个时刻指向后的Hα太阳像
全日面太阳磁场望远镜是赤道式望远镜,部分设计参数如表1。设计之初安装了光栅钢带码盘作为位置检测元件,基于此元件构建了相应的位置闭环跟踪系统[3]。2012年,码盘发生故障,无法进行望远镜的跟踪导行。望远镜无自动指向功能,需要观测员凭经验通过手柄控制望远镜指向太阳,指向精度不高且效率低。本文针对全日面太阳磁场望远镜进行了轴系升级,将高精度的轴上编码器替代光栅钢带码盘,以更低成本和代价实现望远镜位置检测。使用轴上编码器作为反馈机构,利用高精度的导行系统跟踪太阳并记录太阳实时位置和编码器数值,建立望远镜的坐标体系,实现望远镜的指向功能,可在正常观测时段指向日面中心,提高望远镜的观测效率。表1 全日面太阳磁场望远镜部分设计指标参数Table 1 Key design parameters of SMAT telescope Full disk vector magnetic field telescope Full disk Hα observations telescope Entrance pupil diameter 100 mm 200 mm Center wavelength 532.40 nm 656.28 nm True field 33′ × 33′ 34′ × 34′ Half width 0.012 5 nm 0.025 nm Spatial resolution ≤5″ ≤2″ Size of CCD 1 k × 1 k 2 k × 2 k Tracking accuracy 1″/30 min (rms) 1 ″/30 min (rms) Sensitivity of magnetic field longitudinal component ≤5 Gauss, transverse component is about 100 Gauss /
指向控制系统是望远镜轴系运动控制的重要子系统,功能是自动将望远镜对准太阳,无需观测人员手动调整。如图2,首先,建立太阳实时位置和望远镜实时位置模型,依据位置模型,计算望远镜位置和太阳位置之间的差值。然后,根据位置差换算成运动控制系统的脉冲量,将脉冲量发送到轴系控制系统,由轴系控制系统驱动望远镜指向太阳。指向控制系统要求望远镜能快速、准确地指向观测目标,全日面太阳磁场望远镜指向精度的设计指标为1′。1.1 计算日面中心坐标
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气偏振中性点遥感观测系统研制与验证[J]. 柯子博,晏磊,王东光. 影像科学与光化学. 2019(03)
[2]太阳望远镜高精度导行方法[J]. 郭晶晶,杨云飞,冯松,季凯帆,林佳本,曾真,王丙祥. 科学通报. 2016(10)
[3]怀柔太阳观测基地全日面磁场自动化观测系统[J]. 林佳本,沈洋斌,朱晓明,邓元勇,曾真. 天文研究与技术. 2013(04)
[4]绝对式编码器在电机定位中的应用[J]. 程晓莉,谢剑英,王林. 控制工程. 2007(05)
[5]全日面太阳光学和磁场望远镜的自动跟踪与导行方法[J]. 吴春晖,朱庆生,周小军. 天文研究与技术. 2007(02)
[6]Solar Magnetism and the Activity Telescope at HSOS[J]. Hong-Qi Zhang1, Dong-Guang Wang1, Yuan-Yong Deng1, Ke-Liang Hu1, Jiang-Tao Su1, Jia-Ben Lin1, Gang-Hua Lin1, Shi-Mo Yang2, Wei-Jun Mao3, Ya-Nan Wang3, Qi-Qian Hu3, Jun-Sun Xue3, Hai-Tian Lu3, Hou-Kun Ni3, Han-Liang Chen3, Xiao-Jun Zhou3, Qing-Sheng Zhu3, Lü-Jun Yuan3 and Yong Zhu3 1 Huairou Solar Observing Station, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100012;2 Space Technical Laboratory, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100012 3 Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210042. Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics. 2007(02)
博士论文
[1]光电望远镜视轴指向及预测技术研究[D]. 严灵杰.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
本文编号：3528980
【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(04)CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
8个时刻指向后的Hα太阳像
全日面太阳磁场望远镜是赤道式望远镜,部分设计参数如表1。设计之初安装了光栅钢带码盘作为位置检测元件,基于此元件构建了相应的位置闭环跟踪系统[3]。2012年,码盘发生故障,无法进行望远镜的跟踪导行。望远镜无自动指向功能,需要观测员凭经验通过手柄控制望远镜指向太阳,指向精度不高且效率低。本文针对全日面太阳磁场望远镜进行了轴系升级,将高精度的轴上编码器替代光栅钢带码盘,以更低成本和代价实现望远镜位置检测。使用轴上编码器作为反馈机构,利用高精度的导行系统跟踪太阳并记录太阳实时位置和编码器数值,建立望远镜的坐标体系,实现望远镜的指向功能,可在正常观测时段指向日面中心,提高望远镜的观测效率。表1 全日面太阳磁场望远镜部分设计指标参数Table 1 Key design parameters of SMAT telescope Full disk vector magnetic field telescope Full disk Hα observations telescope Entrance pupil diameter 100 mm 200 mm Center wavelength 532.40 nm 656.28 nm True field 33′ × 33′ 34′ × 34′ Half width 0.012 5 nm 0.025 nm Spatial resolution ≤5″ ≤2″ Size of CCD 1 k × 1 k 2 k × 2 k Tracking accuracy 1″/30 min (rms) 1 ″/30 min (rms) Sensitivity of magnetic field longitudinal component ≤5 Gauss, transverse component is about 100 Gauss /
指向控制系统是望远镜轴系运动控制的重要子系统,功能是自动将望远镜对准太阳,无需观测人员手动调整。如图2,首先,建立太阳实时位置和望远镜实时位置模型,依据位置模型,计算望远镜位置和太阳位置之间的差值。然后,根据位置差换算成运动控制系统的脉冲量,将脉冲量发送到轴系控制系统,由轴系控制系统驱动望远镜指向太阳。指向控制系统要求望远镜能快速、准确地指向观测目标,全日面太阳磁场望远镜指向精度的设计指标为1′。1.1 计算日面中心坐标
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气偏振中性点遥感观测系统研制与验证[J]. 柯子博,晏磊,王东光. 影像科学与光化学. 2019(03)
[2]太阳望远镜高精度导行方法[J]. 郭晶晶,杨云飞,冯松,季凯帆,林佳本,曾真,王丙祥. 科学通报. 2016(10)
[3]怀柔太阳观测基地全日面磁场自动化观测系统[J]. 林佳本,沈洋斌,朱晓明,邓元勇,曾真. 天文研究与技术. 2013(04)
[4]绝对式编码器在电机定位中的应用[J]. 程晓莉,谢剑英,王林. 控制工程. 2007(05)
[5]全日面太阳光学和磁场望远镜的自动跟踪与导行方法[J]. 吴春晖,朱庆生,周小军. 天文研究与技术. 2007(02)
[6]Solar Magnetism and the Activity Telescope at HSOS[J]. Hong-Qi Zhang1, Dong-Guang Wang1, Yuan-Yong Deng1, Ke-Liang Hu1, Jiang-Tao Su1, Jia-Ben Lin1, Gang-Hua Lin1, Shi-Mo Yang2, Wei-Jun Mao3, Ya-Nan Wang3, Qi-Qian Hu3, Jun-Sun Xue3, Hai-Tian Lu3, Hou-Kun Ni3, Han-Liang Chen3, Xiao-Jun Zhou3, Qing-Sheng Zhu3, Lü-Jun Yuan3 and Yong Zhu3 1 Huairou Solar Observing Station, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100012;2 Space Technical Laboratory, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100012 3 Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210042. Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics. 2007(02)
博士论文
[1]光电望远镜视轴指向及预测技术研究[D]. 严灵杰.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
本文编号：3528980
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/tianwen/3528980.html
