大射電望遠(yuǎn)鏡指向誤差建模分析與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、大射電望遠(yuǎn)鏡作為空間目標(biāo)觀測(cè)的主要設(shè)備，其軸系定位測(cè)量數(shù)據(jù)的精度是實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)高精度定軌的根本保障。指向誤差分析與補(bǔ)償技術(shù)作為改進(jìn)大射電望遠(yuǎn)鏡定位精度的重要手段，是當(dāng)前研究的一項(xiàng)重要課題，也是我國發(fā)展空間科學(xué)，開展深空探測(cè)，提高航天科技水平的需要。本文以大射電望遠(yuǎn)鏡指向誤差建模分析與設(shè)計(jì)為目標(biāo)，在地平式射電望遠(yuǎn)鏡指向測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地分析了影響望遠(yuǎn)鏡指向精度的各種誤差，針對(duì)不同誤差性質(zhì)采取不同的修正措施，建立和改進(jìn)了幾種指向誤差修

2、正模型，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得了預(yù)期的效果。 論文的主要工作包括： 分析總結(jié)了影響大射電望遠(yuǎn)鏡指向精度的各種誤差源，將誤差源分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類，針對(duì)不同的誤差源，研究了硬件校準(zhǔn)和軟件修正兩種誤差補(bǔ)償技術(shù)，根據(jù)指向誤差軟件修正原理，提出了靜態(tài)指向誤差修正的兩種模型——球諧函數(shù)修正模型與基本參數(shù)修正模型，并從原理上對(duì)比分析了兩種模型的區(qū)別及優(yōu)劣性。 利用四元數(shù)在剛體空間定位及旋轉(zhuǎn)變換方面的優(yōu)越性，提出

3、了基于四元數(shù)法的大射電望遠(yuǎn)鏡指向誤差建模分析技術(shù)。通過尋求影響指向精度的各項(xiàng)誤差在不同條件下的變化規(guī)律，及其與指向誤差間的映射關(guān)系，建立了有明確物理意義的分項(xiàng)誤差修正模型。使用50m和40m口徑射電望遠(yuǎn)鏡的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，結(jié)果表明該模型能有效地提高望遠(yuǎn)鏡的指向精度，模型穩(wěn)定性好。 針對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡指向誤差線性修正模型的不足，提出了一種新的基于半?yún)?shù)估計(jì)方法的指向誤差修正技術(shù)。在用參數(shù)表示修正模型中可線性化部分的基礎(chǔ)上，將非線

4、性因素或干擾因素看成半?yún)?shù)模型中的非參數(shù)分量。根據(jù)射電望遠(yuǎn)鏡的不同指向校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)樣本類型，建立了三種指向誤差修正的半?yún)?shù)回歸模型，并給出了相應(yīng)的模型求解方法及解的精度分析。使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了精度分析，結(jié)果表明該模型能充分利用數(shù)據(jù)中所提供信息，是一種更接近于真實(shí)的修正模型。 考慮影響大射電望遠(yuǎn)鏡指向精度的不確定性因素，提出了基于不確定廣義延拓逼近法的誤差預(yù)測(cè)模型。該模型在廣義延拓預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，引入模糊參

5、數(shù)，對(duì)最近先驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值約束處理，利用模糊最小二乘法對(duì)模型進(jìn)行求解。通過對(duì)望遠(yuǎn)鏡指向誤差仿真數(shù)據(jù)的計(jì)算，證明該方法可以為處理指向誤差預(yù)測(cè)的模糊因素提供一種新的研究方向。 最后運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)地提出了對(duì)待誤差問題的新理念--誤差設(shè)計(jì)，并構(gòu)造了誤差設(shè)計(jì)的新方法，其中包括誤差修正設(shè)計(jì)、誤差匹配設(shè)計(jì)、誤差相消設(shè)計(jì)、誤差防止設(shè)計(jì)和誤差允許設(shè)計(jì)。誤差設(shè)計(jì)把傳統(tǒng)的誤差處理方式由被動(dòng)處理變?yōu)橹鲃?dòng)設(shè)計(jì)，從研究誤差的普遍性出發(fā)，系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)誤