大射電望遠鏡指向誤差建模分析與設計研究.pdf

1、大射電望遠鏡作為空間目標觀測的主要設備，其軸系定位測量數(shù)據(jù)的精度是實現(xiàn)空間目標高精度定軌的根本保障。指向誤差分析與補償技術作為改進大射電望遠鏡定位精度的重要手段，是當前研究的一項重要課題，也是我國發(fā)展空間科學，開展深空探測，提高航天科技水平的需要。本文以大射電望遠鏡指向誤差建模分析與設計為目標，在地平式射電望遠鏡指向測量原理的基礎上，詳細地分析了影響望遠鏡指向精度的各種誤差，針對不同誤差性質(zhì)采取不同的修正措施，建立和改進了幾種指向誤差修

2、正模型，并將其應用于實際工程中，取得了預期的效果。 論文的主要工作包括： 分析總結了影響大射電望遠鏡指向精度的各種誤差源，將誤差源分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩大類，針對不同的誤差源，研究了硬件校準和軟件修正兩種誤差補償技術，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)法的大射電望遠鏡指向誤差建模分析技術。通過尋求影響指向精度的各項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系，建立了有明確物理意義的分項誤差修正模型。使用50m和40m口徑射電望遠鏡的實驗數(shù)據(jù)進行精度分析，結果表明該模型能有效地提高望遠鏡的指向精度，模型穩(wěn)定性好。 針對射電望遠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)估計方法的指向誤差修正技術。在用參數(shù)表示修正模型中可線性化部分的基礎上，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)射電望遠鏡的不同指向校準實驗條件和實驗樣本類型，建立了三種指向誤差修正的半?yún)?shù)回歸模型，并給出了相應的模型求解方法及解的精度分析。使用實測數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)對模型進行了精度分析，結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的修正模型。 考慮影響大射電望遠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測模型。該模型在廣義延拓預測模型的基礎上，引入模糊參

5、數(shù)，對最近先驗數(shù)據(jù)進行插值約束處理，利用模糊最小二乘法對模型進行求解。通過對望遠鏡指向誤差仿真數(shù)據(jù)的計算，證明該方法可以為處理指向誤差預測的模糊因素提供一種新的研究方向。 最后運用現(xiàn)代設計思想，系統(tǒng)地提出了對待誤差問題的新理念--誤差設計，并構造了誤差設計的新方法，其中包括誤差修正設計、誤差匹配設計、誤差相消設計、誤差防止設計和誤差允許設計。誤差設計把傳統(tǒng)的誤差處理方式由被動處理變?yōu)橹鲃釉O計，從研究誤差的普遍性出發(fā)，系統(tǒng)地認識誤