大型望远镜指向精度及轴系技术研究

发布时间：2017-10-27 06:35

  本文关键词：大型望远镜指向精度及轴系技术研究

  更多相关文章： 指向精度 轴系技术 静压轴承 钢带编码器 望远镜

【摘要】：大型望远镜作为天文观测的主要设备,其位置精度是实现目标高精度定轨观测的基本保障。望远镜指向精度是衡量望远镜对目标观测位置精度的基本指标。轴系精度在望远镜指向过程发挥了举足轻重的作用,研究轴系技术也是研究望远镜指向精度过程中一项重要工作。对望远镜指向误差的分析与修正,作为改善望远镜定位精度的手段,是当前研究的重要方向,也是发展大型望远镜的必经之路。结合望远镜的结构和运动特点,基于多体系统运动学理论建立望远镜机械结构系统的拓扑结构关系。通过拓扑结构中体与体间位置误差和运动误差的传递原理,建立了望远镜系统基准坐标系,将望远镜系统中的各项物理误差进行了详细分析,提出指向误差补偿技术中的关键技术:指向误差模型建立、参数拟合、模型修正与数据获取。在对望远镜运动过程中几何误差传递分析的基础上,针对影响望远镜指向误差的各项误差源,建立了具有明确物理意义的指向误差修正模型。在对修正模型稳定性和参数间的相关性进行详细分析基础上,提出对模型的修正,得到符合实际要求的指向误差修正模型,并通过实际观察对模型进行了验证。静压轴承是大型望远镜轴系的主要支承方式,本文分析了静压支承的工作原理,并建立了静压轴承的力学理论计算模型。针对静压止推轴承,运用流体理论和动力学理论分别对静压油膜的静动态性能进行了详细的研究,给出了不同供油方式对轴系刚度的影响。采用有限元分析方法和计算流体力学,建立油垫油膜的有限元模型,并对油膜流场进行仿真分析,得出油膜中油液的压力场和温度场分布。利用油垫系统的静态平衡方程建立静压油膜对几何误差均化效应模型,并对几何误差与轴系运动误差进行实测验证,验证了静压支承轴系的优势。针对大型望远镜轴系结构的尺寸特点,提出了拼接式钢带编码器测角方案。从几何学的角度对拼接式钢带编码器的测角误差进行了详细分析。研究了多读数头在测角系统中的应用及其消差原理,采用谐波补偿的方法来提高测角系统的精度。通过实验转台对测角方案进行验证,验证了此方案的可行性及谐波补偿的有效性。通过对望远镜方位轴系和俯仰轴系的精度分析,研究了方位轴系晃动的原理和数学模型,由此证明了轴系精度对望远镜指向精度的重要性。基于轴系误差对指向精度的影响,建立轴系精度指标的确定原则及计算方法。
【关键词】：指向精度 轴系技术 静压轴承 钢带编码器 望远镜
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH751
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 大型望远镜发展概况10-16
• 1.3 望远镜指向精度研究现状16-20
• 1.3.1 指向误差分析与建模17-18
• 1.3.2 指向误差修正方法18-19
• 1.3.3 指向误差评价19-20
• 1.4 望远镜轴系关键技术20-24
• 1.4.1 轴系支承技术20-22
• 1.4.2 轴系测角技术22-24
• 1.5 本文的主要研究内容24-26
• 2 相关基础理论26-42
• 2.1 多体系统26-29
• 2.1.1 多体系统拓扑结构及运动学分析26-28
• 2.1.2 体之间的几何描述28-29
• 2.2 坐标系的确定29-30
• 2.2.1 多体系统坐标系29
• 2.2.2 望远镜系统的坐标系29-30
• 2.3 理想运动的坐标系变换30-33
• 2.3.1 旋转运动的特征矩阵30-32
• 2.3.2 望远镜理想指向轴角设置32-33
• 2.4 压力油膜性能计算基础33-37
• 2.4.1 两固定平行平板间的流量33-34
• 2.4.2 相对运动的平行平板间流量34
• 2.4.3 流体控制方程34-36
• 2.4.4 计算流体力学求解过程36-37
• 2.5 钢带光栅测角系统相关理论37-39
• 2.5.1 光栅测角系统的莫尔条纹37-38
• 2.5.2 海德汉光栅尺测角原理及基准38-39
• 2.6 本章小结39-42
• 3 望远镜指向精度研究42-66
• 3.1 指向误差的描述42-44
• 3.2 指向误差源分析44-50
• 3.2.1 主要误差源44-49
• 3.2.2 误差总结49-50
• 3.3 指向误差修正原理50-51
• 3.4 指向误差修正模型51-56
• 3.4.1 球谐函数模型51-53
• 3.4.2 物理参数模型53-56
• 3.5 误差模型分析技术56-61
• 3.5.1 修正模型参数求解方法56-58
• 3.5.2 指向误差修正后的评价指标58-59
• 3.5.3 模型修正及稳定性分析59-61
• 3.6 指向修正实验结果61-65
• 3.7 本章小结65-66
• 4 望远镜轴系支承技术研究66-80
• 4.1 望远镜轴系常用支承方式66-68
• 4.1.1 方位轴系支承方案66-67
• 4.1.2 俯仰轴系支承方案67-68
• 4.2 液体静压轴承分析68-76
• 4.2.1 静压支承的工作原理68-69
• 4.2.2 轴承力学性能分析69-76
• 4.3 油膜状态数值仿真76-78
• 4.3.1 油膜的平均温升76-77
• 4.3.2 油膜态仿真77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 5 望远镜轴系测角技术研究80-96
• 5.1 测角系统误差分析80-85
• 5.1.1 钢带光栅的系统误差80-81
• 5.1.2 安装及加工、变形误差81-85
• 5.1.3 轴系晃动85
• 5.2 多读数头测角原理85-87
• 5.3 谐波补偿算法87-89
• 5.4 测角误差实验89-93
• 5.4.1 实验原理与方案89-90
• 5.4.2 实验结果及分析90-93
• 5.5 本章小结93-96
• 6 望远镜轴系误差分析96-116
• 6.1 方位轴系晃动的理论分析96-99
• 6.2 俯仰轴系误差分析99-103
• 6.2.1 俯仰轴系精度分析100-101
• 6.2.2 关键零部件对轴系精度的影响101-103
• 6.3 轴系精度指标的确定103-104
• 6.4 静压轴承油膜的均化效应104-108
• 6.4.1 油膜厚度的计算105-107
• 6.4.2 油垫系统平衡状态建立107-108
• 6.4.3 运动误差分析108
• 6.5 望远镜轴系精度实测108-115
• 6.5.1 密珠止推轴承轴系精度实测108-110
• 6.5.2 静压止推轴承轴系精度实测110-113
• 6.5.3 俯仰轴系精度实测113-115
• 6.6 本章小结115-116
• 7 总结与展望116-118
• 参考文献118-126
• 附录A126-134
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果134-135

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周超;杨洪波;吴小霞;张景旭;;地基大口径望远镜结构的性能分析[J];光学精密工程;2011年01期

2 张景旭;;地基望远镜塔台圆顶结构形式及设计原则[J];中国光学;2012年02期

3 朱国良;王秀美;;照相天体测量望远镜系统变化的统计检验方法[J];中国科学院上海天文台年刊;1982年00期

4 吕百达,李大义;高斯光束通过望远镜系统的变换和准直[J];激光杂志;1984年02期

5 杨坤涛,何云贵;望远镜型热稳腔设计方法的研究[J];激光杂志;1987年04期

6 吕百达,廖严,陈文娱,蔡邦维,罗名蓉;深度热稳定望远镜腔[J];光学学报;1988年11期

7 金文驰;陈砚;;喀斯特里有天眼——阿雷西波望远镜[J];大自然;2011年02期

8 陈波,尼启良,曹继红,巩岩,曹健林;空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究[J];光学精密工程;2003年04期

9 张林波,任戈,陈洪斌;大口径望远镜结构的有限元分析[J];光学技术;2003年05期

10 陈欣扬;机场远距离目标望远镜监控系统的初步设计[J];中国科学院上海天文台年刊;2004年00期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 赵红娥;胡易;成正维;刘思敏;;体全息望远镜的研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

2 杨飞;;温度变化对1.23m望远镜光机系统的影响[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

3 陈渊;;质子反冲闪烁望远镜系统的研制[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

4 杨飞;;仰角变化对1.23m望远镜光机系统的影响[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

5 王柱生;谭继廉;肖国青;李占奎;高萍;张宏斌;鲍志勤;卢子伟;李龙才;张玲;徐树威;郭应祥;谢元祥;;全耗尽Au-Si面垒型带电粒子望远镜的研制[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（上册）[C];2006年

6 王金川;詹文龙;郭忠言;郗鸿飞;周建群;赵有雄;罗永锋;雷怀宏;;宽量程重离子望远镜系统[A];第7届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（二）[C];1994年

7 吴小霞;;600mm薄镜主动光学成像望远镜[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

8 张永明;袁波;;RPC μ子望远镜的设计[A];第8届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（一）[C];1996年

9 李松林;卢俊;徐瑚珊;诸永泰;;一个气体电离室IC+PSSD望远镜系统[A];第8届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（一）[C];1996年

10 卢俊;李松林;徐瑚珊;诸永泰;范恩杰;柳卫平;白希祥;;一台高分辨的ΔE—E望远镜系统[A];第九届全国核物理大会论文摘要汇编[C];1994年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 彼工;美国采用碳纤维复合材料盘支撑南极天体望远镜[N];中国建材报;2007年

2 记者 郑杨;南极望远镜CSTAR成功观测南极星空[N];经济日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 邓永停;4m级望远镜主轴交流伺服控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

2 廖周;大口径分块望远镜主镜的误差分析与共相探测方法研究[D];电子科技大学;2015年

3 张羽;傅里叶望远镜系统成像质量影响因素研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2015年

4 黄龙;大型望远镜指向精度及轴系技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年

5 苏艳蕊;量子光通信望远镜跟踪控制技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年

6 周超;大口径望远镜系统建模及仿真分析研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2011年

7 岳巾英;复眼衍射望远镜系统的性能检测[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2010年

8 于树海;傅里叶望远镜成像关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

9 孙敬伟;地基大口径光电成像望远镜装调技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2011年

10 司庆丹;傅里叶望远镜成像分析[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李明璇;4m望远镜三镜系统研究设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

2 厉建峰;大型光电阵望远镜结构传热分析与设计[D];南京理工大学;2007年

3 朱巧根;望远镜远程控制和管理系统研究与实现[D];电子科技大学;2012年

4 李祝莲;1.2m地平式望远镜跟踪性能研究[D];中国科学院研究生院（云南天文台）;2005年

5 范玉峰;地平式自动望远镜控制系统及光子计数型光度计研制[D];中国科学院研究生院（云南天文台）;2005年

6 杨秀荣;卡塞格林激光发射望远镜支架的结构分析和优化[D];苏州大学;2011年

7 王心怡;望远镜影像稳定系统的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2007年

8 张雅静;无线传感网络在光学综合孔径望远镜中的应用与研究[D];南京航空航天大学;2011年

9 徐军;Java技术在小型自动望远镜中的应用与实现[D];中国科学院研究生院（云南天文台）;2008年

10 蔡灿;小型望远镜防抖系统的设计与工程实现[D];哈尔滨工业大学;2008年

，

本文编号：1102364