[发明专利]一种亚毫米波望远镜主反射面促动器调整和精度计算方法

说明书

本发明公开一种亚毫米波望远镜主反射面促动器调整和精度计算方法，包括步骤：构建组合面板式的天线结构；建立亚毫米波望远镜在45°天顶角下的初始有限元模型，获取重力变形主反射面的BFS参数及各参考点的位移；重建亚毫米波望远镜在45°天顶角下的有限元模型，将温度载荷作为其他天顶角下有限元模型的初始位置修正值；建立亚毫米波望远镜在其他天顶角下的初始有限元模型，获取BFS参数及各参考点的位移；重建亚毫米波望远镜在其他天顶角下的有限元模型；计算促动器的实际调节精度。本发明适用于大型亚毫米波天线主动面控制模拟和促动器的位移调节，可以根据促动器的调节精度结果对整个主动面的结构及控制系统精度进行调整。

技术领域

本发明属于大口径亚毫米波天线主反射面促动器控制领域，具体涉及一种亚毫米波望远镜主反射面促动器调整和精度计算方法。

背景技术

随着射电天文观测和深空探测技术的不断发展，对大口径亚毫米波反射面天线的面形精度要求越来越高。但由于相关技术发展的限制，目前大型亚毫米波单天线望远镜口径较小，较小的视场导致了这些望远镜不具备大天区巡天的能力。目前，国际上开始规划建设下一代亚毫米波单天线设备，包括美国CCAT(CCAT-p)/CCAT 25m、日本LST 50m、欧洲AtLAST 50m等，显然建设大型单口径亚毫米波望远镜的需求成为了共识。

我国亚毫米波研究群体在近年提出了建设60米亚毫米波望远镜的设想，该望远镜口径60m，工作波长范围0.65～3mm，设计视场直径达到1°，建成后其观测效能将比当前最好的亚毫米波望远镜提高10-20倍，成为国际最大、最先进的亚毫米波单天线望远镜。但是，这类大型望远镜由于工作在复杂的环境中，其结构尺度大、分布范围广，容易受重力、太阳辐射和风等多种因素的影响。同时由于60m亚毫米波望远镜的观测波长短，其反射面的面型精度要求优于30μm。由于天线的重力变形，天线的面板形状会发生实时变化，进而严重地影响天线的反射面精度，仅凭传统的设计方法很难达到如此高的精度来满足高波段观测。因此60m望远镜采用了主动面控制系统，对主面形状进行快速准确校正，这也使得主面板的调整更加便捷。

目前国际上已建成和筹建中的大型射电望远镜基本都采用或改造成主动面系统来提高主反射面精度，该系统可以调节支撑在面板边缘的促动器来改变各块面板的位置，从而将其调整到需要的位置，最终完成整个反射面的形状精度调节。但在调节之前，需要通过经纬仪测量、摄影测量或激光跟踪器测量等方法确定天线主面的变形，这些方法不仅测量时间长，操作复杂，而且在测量过程中只能应用于特定天线姿态。对于大型亚毫米波天线而言，这些方法很难在较短时间内完成主动面调整工作，难以满足其实际应用要求。随着有限元方法的出现，一些大型望远镜在进行天线主动面调整时会结合有限元模型分析对模型进行调整。针对该问题，目前仅有110m QTT望远镜在主动面系统的促动器调整方法上做了相关研究：该方法在望远镜的有限元模型中，基于执行器的初始位置和调整点与目标点的关系，开发了一种直接计算执行器运动的程序，用于指导大反射面天线的有源面调整。与110m QTT相比，60m亚毫米波天线的主面精度要求高得多，结构设计更加复杂，在进行促动器设计和调整时必须更加严格地控制主动面系统的精度要求。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种亚毫米波望远镜主反射面促动器调整和精度计算方法，采用的技术方案如下：

一种亚毫米波望远镜主反射面促动器调整和精度计算方法，包括以下步骤：

S1、采用组合面板式设计来构建亚毫米波望远镜的天线结构：亚毫米波望远镜的主反射面由若干组合面板拼接而成，每块组合面板包括多个相互拼接的小面板，小面板安装于基板上，基板通过设置于其四个边角的大促动器安装于背架上；各组合面板的大促动器的运动控制相互独立；

S2、建立亚毫米波望远镜在45°天顶角下的初始有限元模型，施加重力载荷后，获取重力变形主反射面的最佳适配面参数以及各参考点到最佳适配面对应点的移动距离；