一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光学领域，具体涉及一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法及装置。该方法及装置首先针对望远镜主镜侧支撑系统的结构特点设定主镜面形力促动器的校正力增量安全阈值；然后获取望远镜光学系统波相差，并同时获取望远镜主镜面形力促动器的当前施加力值；根据光学系统波相差与主镜面形响应函数解算出主镜面形力促动器的校正力增量；而后以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，在确认各力促动器均完成当前微分加力过程后，操控主镜面形校正流程进入下一个微分加力过程，由此保证主镜侧支撑系统在各微分时间段内不会受到力矩失衡带来的不可逆冲击。

A method and device of active optical adaptive force application for large aperture telescope

【技术实现步骤摘要】
一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法及装置
本专利技术涉及光学领域，具体而言，涉及一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法及装置。
技术介绍
为了实现更强的探测能力与更高的成像分辨率，增大主镜尺寸是望远镜制造的趋势。然而，随着主镜尺寸的增大，由光学加工、支撑变形、重力变形以及热变形等因素造成的主镜形变亦随之增大。主动光学技术采用波前探测器采集光学系统的波相差，并基于波相差计算出对应的主镜形变，由此更进一步解算出主镜面形的校正力增量。在主镜面形校正过程中，主镜各区域的形变程度不同，用于校正的各力促动器的校正力增量存在明显差异，各力促动器完成加力过程的时间也存在明显差异。此项差异将导致加力过程出现明显的力矩失衡，严重时将对用于控制主镜位置的侧支撑系统造成不可逆的冲击。针对主镜面形校正的加力过程，传统的解决方案是对各力促动器进行直接加力控制，典型方案如下所述：1.专利技术专利公开号CN109343212A提出一种大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其主镜控制单元以直接加力方式对主镜支撑系统进行控制，从而实现对主镜重力变形的修正。2.文献“1.23mSiC主镜的本征模式主动光学校正，光学精密工程，2017，10(25)：2551-2563”提出以本征模式法对1.23mSiC主镜面形校正力进行解算，并以直接加力方式完成对力促动器的加力控制。前述两种解决方案所采用的直接加力方式虽然能够在一定程度上满足主镜面形校正力的施加需求，但对于大尺寸主镜，该加力方式存在由力矩失衡引起的对主镜侧支撑系统的冲击问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法及装置，以解决现有加力方法存在的由力矩失衡引起的对主镜侧支撑系统的冲击问题。根据本专利技术的一实施例，提供了一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法，包括以下步骤：针对望远镜主镜侧支撑系统的结构特点设定主镜面形力促动器的校正力增量安全阈值；获取望远镜光学系统波相差；获取望远镜主镜面形力促动器的当前施加力值；根据光学系统波相差与主镜面形响应函数解算出主镜面形力促动器的校正力增量；以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值；根据各力促动器的子加力过程待施加力值进行当前子加力过程，并判断当前子加力过程是否满足加力控制精度要求，若满足则进入下一个子加力过程，否则维持当前加力过程。进一步地，以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值，包括：根据校正力增量解算结果，获得各力促动器的最大校正力增量；以校正力增量的安全阈值为基准，计算出子加力过程数量；根据各力促动器的当前施加力值、校正力增量解算结果、子加力过程数量计算出各力促动器的子加力过程待施加力值。进一步地，以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值，具体包括：遍历各力促动器的校正力增量解算结果，获得各力促动器校正力增量的最大值；以校正力增量的安全阈值为基准，计算出子加力过程数量：式中，M为子加力过程数量；ΔFi为序号为i的力促动器对应的校正力增量解算结果；N为力促动器数量；tsafe为校正力增量的安全阈值；Max为最大值计算函数；Ceiling为向上取整计算函数；根据各力促动器的当前施加力值、校正力增量解算结果、子加力过程数量计算出各力促动器的子加力过程待施加力值：子加力过程的待施加力值表达为：式中，fi，j为序号为i的力促动器的第j个子加力过程的待施加力值；Fi为序号为i的力促动器的当前施加力值；M为子加力过程数量；ΔFi为序号为i的力促动器对应的校正力增量解算结果。进一步地，根据望远镜侧支撑系统光机结构的有限元分析结果与加力实验的实测结果，对主镜面形校正力增量设定安全阈值。进一步地，光学系统波相差由望远镜主动光学操控系统中的夏克哈特曼波前探测器采集获得。进一步地，获取望远镜光学系统波相差包括：根据夏克哈特曼波前探测器的微透镜阵列中每个微透镜在波前探测相机靶面上聚焦光点位置的偏移量计算相应子孔径内波前局部斜率，然后通过波前重构算法拟合出波前相位信息，继而计算出光学系统波相差。进一步地，各力促动器当前施加力值由望远镜主动光学操控系统中的Loadcell测力传感器测量获得。进一步地，根据光学系统波相差和望远镜主动光学操控系统标定的主镜面形响应函数，采用阻尼最小二乘法或本征模式法解算出各力促动器的主镜面形校正力增量。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种大口径望远镜主动光学自适应加力装置，包括：安全阈值设定单元，用于针对望远镜主镜侧支撑系统的结构特点设定主镜面形力促动器的校正力增量安全阈值；光学系统波相差获取单元，用于获取望远镜光学系统波相差；施加力值获取单元，用于获取望远镜主镜面形力促动器的当前施加力值；校正力增量解算单元，用于根据光学系统波相差与主镜面形响应函数解算出主镜面形力促动器的校正力增量；待施加力值计算单元，用于以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值；子加力过程判断单元，用于根据各力促动器的子加力过程待施加力值进行当前子加力过程，并判断当前子加力过程是否满足加力控制精度要求，若满足则进入下一个子加力过程，否则维持当前加力过程。进一步地，待施加力值计算单元包括：最大校正力增量计算单元，用于根据校正力增量解算结果，获得各力促动器的最大校正力增量；子加力过程数量计算单元，用于以校正力增量的安全阈值为基准，计算出子加力过程数量；子加力过程待施加力值计算单元，用于根据各力促动器的当前施加力值、校正力增量解算结果、子加力过程数量计算出各力促动器的子加力过程待施加力值。本专利技术实施例中的大口径望远镜主动光学自适应加力方法及装置，首先针对主镜侧支撑系统的结构特点设定校正力增量的安全阈值，然后以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，在确认各力促动器均完成当前微分加力过程后，操控主镜面形校正流程进入下一个微分加力过程，由此保证主镜侧支撑系统在各微分时间段内不会受到力矩失衡带来的不可逆冲击。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术大口径望远镜主动光学自适应加力方法的流程图；图2为本专利技术望远镜主动光学操控系统的组成框图；图3为本专利技术大口径望远镜主动光学自适应加力方法的技术架构流程图；图4为本专利技术中校正力增量自适应微分处理示意图；图5为本专利技术大口径望远镜主动光学自适应加力装置的模块图；图6为本专利技术大口径望远镜主动光学自适应加力装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法，其特征在于，包括以下步骤：/n针对望远镜主镜侧支撑系统的结构特点设定主镜面形力促动器的校正力增量安全阈值；/n获取望远镜光学系统波相差；/n获取望远镜主镜面形力促动器的当前施加力值；/n根据光学系统波相差与主镜面形响应函数解算出主镜面形力促动器的校正力增量；/n以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值；/n根据各力促动器的子加力过程待施加力值进行当前子加力过程，并判断当前子加力过程是否满足加力控制精度要求，若满足则进入下一个子加力过程，否则维持当前加力过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种大口径望远镜主动光学自适应加力方法，其特征在于，包括以下步骤：
针对望远镜主镜侧支撑系统的结构特点设定主镜面形力促动器的校正力增量安全阈值；
获取望远镜光学系统波相差；
获取望远镜主镜面形力促动器的当前施加力值；
根据光学系统波相差与主镜面形响应函数解算出主镜面形力促动器的校正力增量；
以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值；
根据各力促动器的子加力过程待施加力值进行当前子加力过程，并判断当前子加力过程是否满足加力控制精度要求，若满足则进入下一个子加力过程，否则维持当前加力过程。


2.根据权利要求1所述的大口径望远镜主动光学自适应加力方法，其特征在于，所述以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值，包括：
根据校正力增量解算结果，获得各力促动器的最大校正力增量；
以校正力增量的安全阈值为基准，计算出子加力过程数量；
根据各力促动器的当前施加力值、校正力增量解算结果、子加力过程数量计算出各力促动器的子加力过程待施加力值。


3.根据权利要求2所述的大口径望远镜主动光学自适应加力方法，其特征在于，所述以安全阈值为基准，对解算获得的校正力增量进行微分处理，计算出各力促动器的子加力过程待施加力值，具体包括：
遍历各力促动器的校正力增量解算结果，获得各力促动器校正力增量的最大值；
以校正力增量的安全阈值为基准，计算出子加力过程数量：



式中，M为子加力过程数量；ΔFi为序号为i的力促动器对应的校正力增量解算结果；N为力促动器数量；tsafe为校正力增量的安全阈值；Max为最大值计算函数；Ceiling为向上取整计算函数；
根据各力促动器的当前施加力值、校正力增量解算结果、子加力过程数量计算出各力促动器的子加力过程待施加力值：
子加力过程的待施加力值表达为：



式中，fi,j为序号为i的力促动器的第j个子加力过程的待施加力值；Fi为序号为i的力促动器的当前施加力值；M为子加力过程数量；ΔFi为序号为i的力促动器对应的校正力增量解算结果。


4.根据权利要求1所述的大口径望远镜主动光学自适应加力方法，其特征在于，根据望远镜侧支撑系统光机结构的有限元分析结果与加力实验的实测结果，对主镜面形校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊池，王建立，李洪文，吴小霞，杨轻云，
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