一种望远镜指向误差校正方法及望远镜技术

本发明专利技术提供了一种望远镜指向误差校正方法，具体为：主控单元获取位置传感器测量的数据，计算得到主镜的当前光轴位置与理想光轴位置的第一偏差，输出第一偏差至机架主轴伺服控制系统，以使机架主轴伺服控制系统执行校正；主控单元获取望远镜姿态，计算次镜当前光轴位置，再根据主镜当前光轴位置和计算所得的次镜当前光轴位置计算得到次镜当前位置存在的第二偏差，输出第二偏差至六自由度平台，以使六自由度平台执行校正。本发明专利技术还提供一种望远镜。与现有技术比较本发明专利技术的有益效果在于：该校正方法能校正因外界干扰造成望远镜主轴抖动而产生的指向误差，还能够校正因主次镜对准而引起的指向误差，从而提高望远镜的光学性能。

A method of pointing error correction and telescope

【技术实现步骤摘要】
一种望远镜指向误差校正方法及望远镜
本专利技术涉及光电望远镜成像探测领域，尤其涉及一种望远镜指向误差校正方法和一种望远镜。
技术介绍
随着各国航天活动的不断增加，已送入太空的目标超过42000个，约50％仍遗留在空间沿轨道飞行，但其中仅有约1200个为正常工作的航天器，其余均为空间碎片。空间碎片已成为威胁在轨航天器安全的重要因素，空间碎片不仅会碰撞航天器使航天器被破坏，其还会导致轨道资源的浪费及空间网络的中断。为了安全和持续地开发利用空间资源，需要大力发展空间碎片的高精度跟踪监视技术，在高精度空间跟踪监视
，大型地基望远镜的精确指向是前提和保障。为了跟踪更弱、更小的空间碎片目标，大型地基望远镜口径不断增大以提高系统极限角分辨率。口径增大将导致系统整体质量增加、结构刚度和谐振频率下降，而同时，风载、温度、地震、电机转矩波动等因素对望远镜系统指向精度的影响也越来越显著，这给目标的精确定位带来挑战。从望远镜结构上考虑，系统指向误差来源主要有以下两方面：第一方面，外界风载、温度和地震干扰载荷作用在望远镜结构上，造成了望远镜俯仰轴和方位轴的抖动进而引起的指向误差；第二方面，外界干扰及自身重力等作用在望远镜结构上，引起了主镜和次镜位置发生变化，造成了主次镜之间出现了对准误差，进而产生了望远镜指向偏差。现有技术中对望远镜指向误差的修正方法是基于恒星观测方法来对指向误差进行修正，即根据望远镜的观测数据，分析指向误差的分布特性并从指向模型上或图像处理上予以校正，这种方法只能校正静态指向误差，无法校正因风载等造成的望远镜主轴晃动引起的动态指向误差。此外，随着望远镜口径不断增大，结构件尺度也随之增大，外界扰动及自身重力等因素将会造成主镜次镜对准误差，给系统带来波前误差及指向误差，这部分误差也是在现有技术条件下无法进行校正的。
技术实现思路
有鉴于此，为解决现有技术中无法准确修正望远镜指向误差的问题，本专利技术提供了一种望远镜指向误差校正方法，其应用于望远镜，所述望远镜包括主镜、次镜、跟踪机架和主控单元，所述的跟踪机架包括方位轴系组件和俯仰轴系组件，所述的方位轴系组件和俯仰轴系组件由机架主轴伺服控制系统实现位置和速度控制，所述主镜和所述次镜连接在所述跟踪机架上，所述主镜的底面和侧面设有若干个位置传感器，所述次镜通过六自由度平台来支撑，所述位置传感器及所述六自由度平台由所述主控单元来控制；所述望远镜指向误差校正方法包括如下步骤：所述主控单元获取所述位置传感器测量的数据，计算得到所述主镜的当前光轴位置与理想光轴位置的第一偏差，输出所述第一偏差至所述机架主轴伺服控制系统，以使所述机架主轴伺服控制系统执行校正；所述主控单元获取所述望远镜姿态，计算所述次镜当前光轴位置，再根据所述主镜当前光轴位置和计算所得的所述次镜当前光轴位置计算得到所述次镜当前位置存在的第二偏差，输出所述第二偏差至所述六自由度平台，以使所述六自由度平台执行校正。较佳地，所述机架主轴伺服控制系统的传递函数为：其中，TM是机电时间常数，Te是电气时间常数，Ke是电机反电势系数。较佳地，其还包括所述六自由度平台执行校正的步骤，所述六自由度平台执行校正的步骤应用于所述六自由度平台，所述六自由度平台包括运动学解算器以及第一控制器至第六控制器，所述六自由度平台执行校正的步骤是：所述主控单元将所述次镜的目标位置和所述次镜的状态反馈作为输入，向运动学解算器输出位置信息，所述运动学解算器将位置信息解算为相应的六根伸缩杆长度；第一控制器至第六控制器以解算后的信息计算出控制信号，各路控制信号经功率放大后驱动各路的直流电机以改变伸缩杆长度，杆长信息通过编码器反馈到对应控制器，六根伸缩杆共同使运动平台达到预期位置。本专利技术还提供一种望远镜，其包括主镜、次镜和跟踪机架和主控单元，所述主镜和所述次镜连接在所述跟踪机架上，所述主镜的底面和侧面设有若干个位置传感器，所述次镜通过六自由度平台支撑和控制，所述望远镜用于执行上述望远镜指向误差校正方法的步骤。较佳地，所述跟踪机架包括方位轴系组件和俯仰轴系组件；所述机架主轴伺服控制系统包括方位轴系伺服系统和俯仰轴系伺服系统，所述方位轴系伺服系统控制所述方位轴系组件，所述俯仰轴系伺服系统控制所述俯仰轴系组件。较佳地，所述方位轴系伺服系统包括位置控制器、速度控制器、电流控制器、驱动模型、力矩电机、望远镜机架模型和干扰观测器，所述位置控制器的输入为方位轴期望位置与实际位置偏差，所述位置控制器的输出为方位轴的期望速度，所述速度控制器的输入为期望速度与实际速度偏差，所述速度控制器的输出为所述力矩电机的期望输入电流，所述电流控制器的输入为期望电流与所述干扰观测器的电流值的偏差，所述电流控制器的输出为所述力矩电机的输入电压，所述干扰观测器的输入为所述方位轴实际位置及所述电流控制器的实际电流值。较佳地，所述方位轴系伺服系统能够将输出的角速度分别反馈给所述干扰观测器、位置控制器和速度控制器；所述干扰观测器用于以所述电流控制器的电流值和所述输出角速度作为输入，向所述的电流控制器反馈。较佳地，所述主镜和所述次镜之间位置关系通过所述六自由度平台调整，所述六自由度平台通过直流电机驱动。较佳地，所述位置传感器用于识别主镜位置，所述位置传感器包括设置在所述主镜底面的底面位置传感器和所述主镜侧面的侧面位置传感器。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的望远镜指向误差校正方法，不但能够校正因外界干扰造成望远镜主轴抖动而产生的指向误差，还能够校正因主次镜对准而引起的指向误差，不但能够提高系统指向精度，还能够减小系统像差，即消除了主次镜对准偏差，从而提高望远镜系统的光学性能，能够最大限度发挥望远镜控制功能的优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种望远镜的结构示意图；图2为本专利技术实施例一种光轴水平时主镜、次镜及跟踪机架变形状态示意图；图3为本专利技术实施例一种指向误差校正后主镜、次镜及跟踪机架的状态示意图；图4为本专利技术实施例一种跟踪伺服系统示意图；图5为本专利技术实施例一种Stewart平台控制系统的示意图；图6为本专利技术实施例一种望远镜指向误差校正方法的流程图。附图标记：主镜组件1、次镜组件2、跟踪机架3、机架主轴伺服控制系统4、主次镜位置偏差5、主次镜角度偏差6、主镜11、底面位置传感器12、侧面位置传感器13、主镜当前位置14、主镜当前光轴位置15、理想光轴16、主镜理想位置17、主镜变形位置18、校正后光轴位置19、次镜21、次镜理想位置22、次镜变形位置23、俯仰轴校正角度24、次镜校正位置25、方位轴系组件31、俯仰轴系组件32、随机架理想位置33、跟随机架变形位置34、位置控制器61、速度控制器62、电流控制器63、驱动模型64、望远镜机架模型65、干扰观测器66、运动学解算器72、运动平台73、望远镜100。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种望远镜指向误差校正方法，其特征在于，其应用于望远镜，所述望远镜包括主镜、次镜、跟踪机架和主控单元，所述的跟踪机架包括方位轴系组件和俯仰轴系组件，所述的方位轴系组件和俯仰轴系组件由机架主轴伺服控制系统实现位置和速度控制，所述主镜和所述次镜连接在所述跟踪机架上，所述主镜的底面和侧面设有若干个位置传感器，所述次镜通过六自由度平台来支撑，所述位置传感器及所述六自由度平台由所述主控单元来控制；所述望远镜指向误差校正方法包括如下步骤：所述主控单元获取所述位置传感器测量的数据，计算得到所述主镜的当前光轴位置与理想光轴位置的第一偏差，输出所述第一偏差至所述机架主轴伺服控制系统，以使所述机架主轴伺服控制系统执行校正；所述主控单元获取所述望远镜姿态，计算所述次镜当前光轴位置，再根据所述主镜当前光轴位置和计算所得的所述次镜当前光轴位置计算得到所述次镜当前位置存在的第二偏差，输出所述第二偏差至所述六自由度平台，以使所述六自由度平台执行校正。

【技术特征摘要】
1.一种望远镜指向误差校正方法，其特征在于，其应用于望远镜，所述望远镜包括主镜、次镜、跟踪机架和主控单元，所述的跟踪机架包括方位轴系组件和俯仰轴系组件，所述的方位轴系组件和俯仰轴系组件由机架主轴伺服控制系统实现位置和速度控制，所述主镜和所述次镜连接在所述跟踪机架上，所述主镜的底面和侧面设有若干个位置传感器，所述次镜通过六自由度平台来支撑，所述位置传感器及所述六自由度平台由所述主控单元来控制；所述望远镜指向误差校正方法包括如下步骤：所述主控单元获取所述位置传感器测量的数据，计算得到所述主镜的当前光轴位置与理想光轴位置的第一偏差，输出所述第一偏差至所述机架主轴伺服控制系统，以使所述机架主轴伺服控制系统执行校正；所述主控单元获取所述望远镜姿态，计算所述次镜当前光轴位置，再根据所述主镜当前光轴位置和计算所得的所述次镜当前光轴位置计算得到所述次镜当前位置存在的第二偏差，输出所述第二偏差至所述六自由度平台，以使所述六自由度平台执行校正。2.如权利要求1所述的望远镜指向误差校正方法，其特征在于，所述机架主轴伺服控制系统的传递函数为：其中，TM是机电时间常数，Te是电气时间常数，Ke是电机反电势系数。3.如权利要求1所述的望远镜指向误差校正方法，其特征在于，其还包括所述六自由度平台执行校正的步骤，所述六自由度平台执行校正的步骤应用于所述六自由度平台，所述六自由度平台包括运动学解算器以及第一控制器至第六控制器，所述六自由度平台执行校正的步骤是：所述主控单元将所述次镜的目标位置和所述次镜的状态反馈作为输入，向运动学解算器输出位置信息，所述运动学解算器将位置信息解算为相应的六根伸缩杆长度；第一控制器至第六控制器以解算后的信息计算出控制信号，各路控制信号经功率放大后驱动各路的直流电机以改变伸缩杆长度，杆长信息通过编码器反馈到对应控制器，六根伸缩杆共同使运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉岩，王建立，李洪文，韩西达，王志臣，赵勇志，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22