[发明专利]一种多目标光纤光谱望远镜参考光纤位置测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种多目标光纤光谱望远镜参考光纤位置测量装置及方法，对焦面板划分测量区域，在每个测量区域内，优选一组光纤定位单元，携带参考光纤；采用搭配远心镜头的CCD相机测量参考光纤位置，在较小面积的测量区域内构建一组参考光纤标定板；巧妙的利用望远镜焦面装置的旋转机构，配合地面移动平台，驱动焦面板在空间中移动，将各个参考光纤标定板移动到CCD相机的视场中心，激光跟踪仪测量出焦面板各次移动的位姿参数；将焦面板各次移动的位姿参数转换到CCD相机坐标系，获取CCD相机坐标系下参考光纤标定板移动到基准焦面板位置的世界坐标，在基准焦面板位置下，CCD相机测量出各个参考光纤的位置坐标。

技术领域

本发明涉及一种多目标光纤光谱望远镜参考光纤位置测量装置及方法，属于大尺度精密几何测量技术领域。

背景技术

全球各个国家独立或相互合作建立多个大口径多光纤光谱天文望远镜，为天文学领域的研究提供观测数据，该类望远镜上的核心部件——焦面装置的作用是接受来自天体的光能量，在焦面板上安装有几百甚至上千数量的光纤定位单元，可以使各个光纤较为精确到达焦面板上相应位置，从而实现各个光纤对准不同观测天体，尽可能多的接收到更多天体的光能量，由于大多数光纤定位单元在实际的工作中，很难一次性达到定位要求，需要对光纤每次移动后实际的位置进行精确的检测，该问题是全球各个多目标光纤光谱天文望远镜以及暗能量光谱仪等大型地基天文望远镜的棘手问题。

以郭守敬望远镜(英文简称LAMOST)为例，它是一架新类型的大视场兼备大口径望远镜。LAMOST采用了并行可控的光纤定位技术，在5度视场，直径为1.75米的焦面板上放置4000根光纤，同时可获得4000个天体的光谱。为了保证目标天体在焦面板上都有对应的光纤端面接收其光谱信息，为了捕捉特定天体的光谱，光纤单元需要多次步进才能将光纤端面精确地定位到其相应巡视区域中的目标位置。为了保证定位精度，需要对光纤端面位置精确测量。

针对LAMOST项目中焦面板的光纤测量，李为民提出了分离式差分标定板思想进行标定，但其要求差分标定板与焦面板上的光纤端部分布在同一个平面，这在实际操作中很难实现。刘志刚等人提出的基于VC的最小二乘拟合圆的方法,以光纤单元上光纤端面作为标志点，标志点的三维位置认为是光纤单元安装孔的加工位置。由于安装孔的位置加工精度约25μm，且由于间隙配合导致光纤与安装孔位置不重合，进一步加大标志点的误差。又因热胀冷缩的影响，直径1.75m铝制焦面板工作前后温差在3℃以上，则其径向热膨胀量约为138μm，更进一步加大标志点的误差，这使得各个标志点世界坐标难以精确得到，导致标定精度不够。

将焦面板上安装的一部分光纤设置为参考光纤，通过其他方法测量出的参考光纤的精确的世界坐标，在CCD相机测量参数标定中，可以消除工作光纤世界坐标中存在的各种误差，从而大幅度提高标定精度。焦面板面积较大且形状是球冠曲面，参考光纤是安装在光纤定位单元上，这给参考光纤的位置测量带来极大的挑战，相关人员尝试在携带参考光纤的光纤定位单元机械结构端部安装激光跟踪仪靶球，通过激光跟踪仪去测量各个靶球之间的位置关系，需要设计特定结构的光纤定位单元、改造靶球的结构，考虑到靶球与参考光纤较大的装配误差，测量出的参考光纤位置坐标精度较差；靶球的实际尺寸较大，在光纤定位单元的端部安装靶球会极大影响望远镜的整体观测效率；焦面板上会分布数量在几十至几百个参考光纤，工作人员很难逐个在每个光纤定位单元端部去安装靶球。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多目标光纤光谱望远镜参考光纤位置精确测量装置及方法，可以测量得到高精度的参考光纤的位置，有效补偿工作光纤的测量误差。