光学镜面位姿检测与主动校正方法研究

论文摘要

中国巨型太阳望远镜(CGST)是我国下一代大型地基太阳望远镜的计划,拟采用拼接镜面主动光学技术实现具有8米口径的环形主反射镜面,其拼接镜面子镜的位姿检测是CGST实现共相观测的关键技术需求。本文重点研究基于位姿检测的拼接光学镜面主动校正技术,主要内容概述如下:(1)介绍了拼接镜面主动光学原理,针对8m环形拼接太阳望远镜控制系统的自由度探测、控制要求,介绍了一种新的8m环形拼接太阳望远镜控制系统。然后,介绍了8m环形拼接太阳望远镜拼接光学镜面实验样机。(2)提出了一种基于位移和倾斜检测的拼接光学镜面测量方法,该方法采用相邻子镜边缘安装位移传感器(也称边缘传感器)和设置倾斜传感器相结合的方法对子镜位姿的三个主要自由度(镜面的法向平动及两个倾斜)进行检测,并通过位移促动器实现子镜位姿的主动校正。其中,本文所提的倾斜传感器为基于数字相机和激光的二维精密测角系统。根据提出的测角方案搭建测试平台,通过高精度干涉仪进行标定,其测角精度可达0.05?。根据提出测量方法设计了硬件系统和软件系统。(3)最后,搭建了基于位移和倾斜检测的拼接光学镜面控制系统并测试,利用测试系统分别对理论控制矩阵和实测控制矩阵进行主动校正实验。实验结果表明,在静态环境下,实测的控制矩阵和理论的控制矩阵校正效果不相上下;在扰动存在的情况下,实测的控制矩阵收敛速度优于理论控制矩阵,但两个控制矩阵均能将光学镜面轴向平移(piston)均方误差稳定在20nm以内;子镜间相对二面角倾斜(tip)和相对交错倾斜(tilt)均方误差稳定在0.2?以内;完全达到控制要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 课题来源及研究背景
•     1.1.1 课题来源
•     1.1.2 研究背景
•   1.2 研究意义
•   1.3 国内外研究现状与发展趋势
•     1.3.1 拼接镜主动光学技术国外研究现状
•     1.3.2 拼接镜主动光学技术国内研究现状
•   1.4 论文的主要研究工作和章节内容安排
• 第二章 环形拼接镜面控制系统原理
•   2.1 拼接镜主动光学原理
•     2.1.1 拼接镜主动光学理论
•     2.1.2 拼接光学镜面控制系统
•   2.2 八米环形拼接望远镜中的主动光学技术
•     2.2.1 八米环形拼接望远镜控制系统
•     2.2.2 八米环形拼接光学镜面控制要求
•   2.3 八米环形拼接光学镜面实验样机
•     2.3.1 拼接光学镜面实验样机介绍
•     2.3.2 控制对象-子镜
•     2.3.3 执行元件-位移促动器
•   2.4 小结
• 第三章 基于位移和倾斜检测的拼接光学镜面测量方法
•   3.1 基于位移和倾斜检测的拼接光学镜面测量方法设计
•   3.2 位移测量方法设计
•   3.3 倾斜测量方法设计
•     3.3.1 倾斜测量方法选择分析
•     3.3.2 基于数字相机激光倾斜角度测量方法
•     3.3.3 数字相机激光测角精度标定
•   3.4 硬件模块搭建
•     3.4.1 控制器模块
•     3.4.2 步进电机选型
•     3.4.3 步进电机驱动器
•     3.4.4 限位传感器
•   3.5 控制软件设计
•     3.5.1 软件需求分析
•     3.5.2 开发环境与代码优化
•     3.5.3 软件功能模块设计
•   3.6 小结
• 第四章 拼接光学镜面主动校正实验研究
•   4.1 静态环境下镜面位姿变化检测
•   4.2 控制矩阵理论主动校正
•     4.2.1 理论控制矩阵解算方法
•     4.2.2 理论控制矩阵修正
•     4.2.3 理论控制矩阵主动校正测试
•     4.2.4 误差分析
•   4.3 实测控制矩阵主动校正
•     4.3.1 实测控制矩阵
•     4.3.2 实测控制矩阵主动校正测试
•     4.3.3 实测控制矩阵与理论控制矩阵主动校正效果比较分析
•   4.4 小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陆金娴

导师: 杨德华

关键词: 主动光学,环形拼接镜面,主动校正,位姿检测,数字相机激光测角,光学镜面

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 天文学,仪器仪表工业,自动化技术

单位: 南京航空航天大学

基金: 中科院云南天文台8米环形太阳望远镜研究项目

分类号: TH753.1;TP212

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000520

总页数: 77

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