面向指向精度的射电天文望远镜轨道不平度逆向设计方法技术

本发明专利技术涉及面向指向精度的射电天文望远镜轨道不平度逆向设计方法，适用于对指向精度要求较高的大型反射面天线轨道不平度的精度设计,可广泛应用于各种大型电子装备。面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，包括以下步骤：(1)对轨道不平度进行测量，得到轨道不平度的测试数据xi；(2)分析步骤(1)得到的轨道不平度的测试数据xi；(3)计算轨道不平度的测试数据xi引起的望远镜指向误差；(4)由望远镜指向误差反推轨道不平度的容许值；(5)将指向精度的测试数据与计算数据进行对比，修正轨道不平度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，适用于对指向精度要求较高的大型反射面天线轨道不平度的精度设计,可广泛应用于各种大型电子装备。
技术介绍
随着天文观测和空间探索活动的日趋活跃，近20年来世界各国争相建造各类射电天文望远镜，尤其是大型抛物面射电天文望远镜，例如美国的Green Bank Telescope、德国的Effelsberg以及中国拟在新疆建造的QTT等。这类望远镜设计的一个技术难点就是结构规模大同时指向精度要求高。影响射电天文望远镜指向精度的因素可以分为服役环境影响、天线结构本身和伺服控制影响。天线结构本身对指向精度的影响主要指天线结构件的制造和安装调整过程中产生的误差对指向精度的影响，它包括轨道不平度、方位轴倾斜误差、俯仰轴与方位轴不正交引起的指向偏差、天线电轴未校准引起的指向误差以及方位轴编码器的定向偏差、俯仰轴编码器的零位偏差、安装时的水平调整误差等。每个误差源都会对天线指向精度造成一定的影响，目前在望远镜的设计,假设这些误差源造成天线指向误差分别为Δ1,…Δi,…Δn，这里考虑天线指向误差分配值均是标量且是均方根值(RMS)，所以天线总的指向误差为ΔPE可以表示为如下形式： Δ P E = Δ 1 2 + ... + Δ i 2 + ... + Δ n 2 ]]>根据工程经验以及现有技术，对望远镜各部分结构可能造成的指向误差进行误差分配，根据指向误差分配对天线结构部件提出设计和加工要求。然而,指向误差分配是一个需要综合考虑各个因素的复杂问题，仅仅综合工程经验、有限元模型分析和控制模型仿真、实际测量、工程估计等手段来得到各项因素的引起的指向误差分配量，很难使望远镜达到很高的指向精度。以LMT望远镜指向误差分配为例，补偿前天线服役环境分配的指向误差为10.76角秒，机械校准误差为5角秒，伺服控制误差为7.74角秒。我国拟在新疆的建造的QTT望远镜，指向精度要求高达2.5角秒，因为使用传统的误差分配方法，很难使得望远镜指向精度达到设计要求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对上述现有望远镜设计方法存在的问题做出改进，即本专利技术公开了面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法。本方法根据望远镜指向模型推导了轨道不平度均方根与轨道造成的天线指向误差均方根值之间的关系模型，由给定的分配给轨道不平度带来的指向误差的值，反推出轨道不平度的容许值，最终指导轨道的加工、制造和设计，从而放松轨道表面精度要求，改善望远镜轨道表面质量，最终提高望远镜的整体性能水平。技术方案：面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，包括以下步骤：(1)对轨道不平度进行测量，得到轨道不平度的测试数据xi；(2)分析步骤(1)得到的轨道不平度的测试数据xi；(3)计算轨道不平度的测试数据xi引起的望远镜指向误差；(4)由望远镜指向误差反推轨道不平度的容许值；(5)将指向精度的测试数据与计算数据进行对比，修正轨道不平度。作为本专利技术中面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法的一种优选方案：步骤(1)包括：(11)在望远镜方位架底部的四组滚轮装置上安装倾角仪；(12)在一组滚轮下填入一个钢片；(13)使望远镜方位架保持匀速转动，根据钢片厚度与倾角仪读数之间的比例进行放缩得到倾角仪读数与轨道不平度值之间的关系，进而得到轨道不平度测试数据xi(i＝1,2,……n)。更进一步地，步骤(12)中的钢片的厚度为1cm。作为本专利技术中面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法的一种优选方案：步骤(2)包括：(21)采用偏度系数检验法来验证轨道测试数据是否满足高斯分布，使用的验证公式如下： S k = Σ i = 1 n ( x i - x ‾ ) 3 / n s 3 - - - ( 1 ) ]]>其中xi(i＝1,2,……n)为轨道不平度测试数据，n为采样点个数，为测试数据的均值，为测试数据的标准差；(22)采用峰度系数检验法来验证轨道测试数据是否满足高斯分布，使用的验证公式如下： U u = Σ i = 1 n ( x i - x ‾ ) 4 / n s 4 - 3 - - - ( 2 ) ]]>其中：xi(i＝1,2,……n)为轨道不平度测试数据，n为采样点个数，为测试数据的均值，为测试数据的标准差。作为本专利技术中面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法的一种优选方案：步骤(3)包括：(31)方位架与轨道采用四点支撑，底部结构成正方形，仅考虑轨道不平度造成的指向误差公式为： α 本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对轨道不平度进行测量，得到轨道不平度的测试数据xi；(2)分析步骤(1)得到的轨道不平度的测试数据xi；(3)计算轨道不平度的测试数据xi引起的望远镜指向误差；(4)由望远镜指向误差反推轨道不平度的容许值；(5)将指向精度的测试数据与计算数据进行对比，修正轨道不平度。

【技术特征摘要】
1.面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对轨道不平度进行测量，得到轨道不平度的测试数据xi；(2)分析步骤(1)得到的轨道不平度的测试数据xi；(3)计算轨道不平度的测试数据xi引起的望远镜指向误差；(4)由望远镜指向误差反推轨道不平度的容许值；(5)将指向精度的测试数据与计算数据进行对比，修正轨道不平度。2.根据权利要求1所述的面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，其特征在于，步骤(1)包括：(11)在望远镜方位架底部的四组滚轮装置上安装倾角仪；(12)在一组滚轮下填入一个钢片；(13)使望远镜方位架保持匀速转动，根据钢片厚度与倾角仪读数之间的比例进行放缩得到倾角仪读数与轨道不平度值之间的关系，进而得到轨道不平度测试数据xi(i＝1,2,……n)。3.根据权利要求2所述的面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，其特征在于，步骤(12)中的钢片的厚度为1cm。4.根据权利要求1所述的面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，其特征在于，步骤(2)包括：(21)采用偏度系数检验法来验证轨道测试数据是否满足高斯分布，使用的验证公式如下： S k = Σ i = 1 n ( x i - x ‾ ) 3 / n s 3 - - - ( 1 ) ]]>其中xi(i＝1,2,……n)为轨道不平度测试数据，n为采样点个数，为测试数据的均值，为测试数据的标准差；(22)采用峰度系数检验法来验证轨道测试数据是否满足高斯分布，使用的验证公式如下： U u = Σ i = 1 n ( x i - x ‾ ) 4 / n s 4 - 3 - - - ( 2 ) ]]>其中：xi(i＝1,2,……n)为轨道不平度测试数据，n为采样点个数，为测试数据的均值，为测试数据的标准差。5.根据权利要求1所述的面向指向精度的射电天望远镜轨道不平度逆向设计方法，其特征在于，步骤(3)包括：(31)方位架与轨道采用四点支撑，底部结构成正方形，仅考虑轨道不平度造成的指向误差公式为： α β = k 0 tan E - 1 - 1 0 0 1 2 2 r - 1 2 2 r - 1 2 2 r 1 2 2 r - 1 2 2 r - 1 2 2 r 1 2 2 r 1 2 2 r - h 2 r 2 h 2 r 2 - h 2 r 2 h 2 r 2 Z ( A + π 4 ) Z ( A - π 4 ) Z ( A - 3 π 4 ) Z ( A + 3 π 4 ) - - - ( 3 ) ]]>其中：k为转换系数；h为俯仰轴距离轨道高度，单位为米；r为轨道半径，单位为米；E为天线俯仰角，单位为度；α为方位角指向误差，单位为角秒；β为俯仰角指向误差，单位为角秒；为方位角四点支撑高度，单位为毫米；简化公式(3)可得 α β = k * l 1 Z 1 + l 2 Z 2 + l 3 Z 3 + l 4 Z 4 h 1 Z 1 + h 2 Z 2 + h 3 Z 3 + h 4 Z 4 - - - ( 4 ) ]]>其中： Z 1 = Z ( A + π ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，王伟，吴江，张逸群，宋立伟，李鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61