基于G&L-HHO的光束指向精度优化算法

指向精度是光束控制领域最核心的指标之一,指向精度的高低直接决定了光束控制器性能的优劣。为了解决液晶相控阵受制作工艺限制会造成较大光束偏转角度误差、指向精度下降等问题,本文提出一种基于改进哈里斯鹰(HHO)的光束指向精度优化算法。首先,对影响因素进行分析,选取合理的器件参数。随后,采用哈里斯鹰算法对液晶相控阵进行光束指向精度优化。最后,鉴于哈里斯鹰算法容易陷于局部最优值的难题,本文设计了兼顾全局与局部并优策略的哈里斯鹰算法(G&L-HHO)。在全局优化策略方面,选择柯西分布函数增加初始种群多样性,提高算法的全局搜索效率;在局部优化策略方面,采用自适应余弦加权因子,多方面增强哈里斯鹰算法的寻优性能。仿真实验对比结果表明,本研究提出的G&L-HHO算法将归一化精度误差由100数量级优化为10^(-4)数量级,并大幅降低了归一化精度误差波动幅值。本研究显著提高了光束指向精度,并具有收敛精度高、收敛速度快、鲁棒性强等优点。

方位俯仰转台误差参数辨识与指向精度分析

为提高方位俯仰两轴转台的指向精度,需要对机械加工和装配过程中产生的几何误差进行补偿,必须测量轴系误差参数。基于四元数变换理论,建立了包含两轴垂直度误差、电子水平仪摆放误差和安装基座倾斜度误差的瞄准指向和电子水平仪指向的运动学模型,并给出了方位与俯仰的位置补偿量。运用电子水平仪测量数据和运动学模型的误差极小化方法,提出了一种轴系误差参数辨识的方法。实验结果表明,该方法可以辨识出6项轴系误差参数,同时也验证了本文提出的辨识方法及指向误差模型的正确性。

星载天线双轴定位机构指向精度分析

以星载天线双轴定位机构为对象,分析了其指向精度的影响因素,从传动误差、测量误差、安装误差以及热变形误差等方面,研究了各项精度影响因素的分析模型和计算方法,建立了指向精度的分析模型,并以某一天线双轴定位机构为例进行指向精度分析。

应用模型线性化和最小二乘估计的导引头指向精度标定

为了减小和消除平台框架的加工、装配误差,传感器误差等对双摆框架导引头指向精度的影响,提出了应用模型线性化方法和分步最小二乘估计的指向误差标定方法。根据双摆框导引头的运动学特性,同时考虑影响指向精度的各误差项,建立了系统运动学方程。然后,重新构造运动学方程,建立了由表示控制输入指向的矢量到实际指向矢量的线性化模型。最后,根据分步求解的思路,采用最小二乘法获得了由表示控制输入指向的矢量到实测指向矢量的映射矩阵,实现了指向误差的标定。实验结果显示:标定后偏航角与俯仰角误差均值分别由原来的92.63″和75.94″减小至2.86″和2.85″,标准差也分别由原来的95.01″和77.44″减小至11.11″和11.15″。结果表明:该标定算法在视轴工作空间中具有较高的精度和良好的稳定性,且方便易行,可广泛应用于各类光电设备的指向误差标定。

南京大学65cm天文望远镜指向精度的修正研究

天文望远镜的准确指向是正常观测的重要保障,也是望远镜系统本身的一项重要测试指标.南京大学天文系65cm望远镜的成像CCD的视场较小,实际观测时,指向精度不高,待测天体的像往往不在视场内.为了修正南京大学天文系65cm望远镜的指向精度,2004年7月-8月,对该望远镜的指向精度进行了测量并通过指向误差函数进行了指向精度的修正.首先建立指向误差修正模型,通过对不同天区恒星的观测可得到该望远镜在相应方位的观测指向误差值,将观测值和理论模型拟合,从而得到指向误差修正函数.建立南京大学65cm望远镜的指向误差修正模型,然后对其观测的指向误差值进行拟合,最后用拟合函数对观测进行指向修正.结果表明,通过指向误差函数对指向误差进行修正,提高了该望远镜系统的指向精度,目前,不仅可以使观测的星象能在CCD视场内,而且改正后的指向精度略优于1′,在修正前望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)是117″,修正后望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)提高到38″.

星载天线指向精度建模与分析

随着天线定位机构运动日趋复杂以及对定位机构任务要求的不断提高,提高指向精度已成为星载天线机构能力提升的核心。综合考虑卫星姿态控制误差、展开机构误差、双轴驱动机构误差和反射面误差等因素,利用齐次变换矩阵得到天线指向运动学误差等式,从而得到天线指向精度分析的一般方法。以某星载点波束定位机构为例,对各误差源的影响进行了分析,得到双轴驱动机构任意转角位置下各误差源对最终指向精度的影响,分析结果表明:姿态控制误差、展开机构锁定误差对精度的影响不容忽视,需要综合考虑各部分误差因素,才能从根本上提高天线的指向精度。

提高万向轴系式快速反射镜指向精度的装置

为了减小万向轴系式快速反射镜(FSM)的轴向间隙,改善FSM系统的指向精度,设计了一种轴系间隙消除装置。在明确万向轴系式FSM结构原理的基础上,分析了FSM系统指向误差的来源。然后,设计了轴系间隙消除装置,计算了压缩弹簧预紧力并对它的结构参数进行了设定。最后,针对是否装有轴系间隙消除装置的FSM系统的指向精度进行了对比测试。结果表明:该轴系间隙消除装置能够有效改善FSM系统的指向精度,使其在方位方向提高约4.4倍,俯仰方向提高约3.3倍。此外,在刚性支撑轴系基础上设计的弹性轴向间隙消除装置,不仅改善了万向轴系式FSM的指向精度,还为系统的运动部分提供了二次刚性支撑,从而进一步提高了FSM的承载能力。

天马望远镜结构重力变形对面形和指向精度影响

以天马望远镜(简称TM65m)为研究对象,采用仿真与实验相结合的方法,对结构重力作用下主面面形精度和天线指向精度的变化进行了研究.借助有限元软件分析不同俯仰角下结构重力变形,得到主面相应的促动器调整量,将其加载到主动面系统中,经调整后天线效率在俯仰角35°和71°提高了20%.主面重力变形修正后,其顶点位置发生变化,将计算结果转化到指向模型中,得俯仰角由5°旋转到90°指向发生了0.037 99°的变化,与实际指向模型重力误差修正项系数的误差为4%.同时,发现天线俯仰及以上部分结构自重在不同俯仰角下引起俯仰轴弯曲变形,有限元分析得最大挠度为3.2mm,挠度变化趋势与倾斜仪测量结果一致性较好,由此导致的俯仰指向变化达0.012 14°.因此,合理的结构设计对提高天线精度非常重要.

星体弧长法标定光电经纬仪指向精度

星体标校技术是利用恒星在天球上的准确视位置标定光电经纬仪的指向精度。其方法主要采用两种方式：时角法和弧长法。时角法是采用恒 星视位置的计算公式，通过光电经纬仪瞄准并测量，然后与理论计算的真值进行比对，从而求出光电经纬仪的指向误差。弧长法则是利用天球中北极星与任一颗恒星弧长不变的原理而发展起来的新型技术。本文详细介绍了星体弧长法标定光电经纬仪指向精度的基本原理，对标定精度进行了分析，指出了影响其精度的因素，并对其应用到靶场的外场实时检测方法进行了探讨。

安装误差对球齿轮姿态调整机构指向精度的影响分析

球齿轮是两自由度齿轮传动机构,将其应用于星载天线姿态调整机构具有结构紧凑、承载能力大等优点,安装误差是影响其指向精度的重要因素之一。在对球齿轮指向机构进行运动分析和啮合模型推导的基础上,建立了球齿轮机构的指向误差模型。分析计算了不同安装误差对其输出轴指向误差的影响。研究结果对球齿轮姿态调整机构的实际应用具有理论指导意义。

提高中心球铰式快速反射镜指向精度的机构设计

为了提高快速反射镜的承载能力及其对振动、冲击等恶劣工作环境的适应性,一种中心采用球形铰链进行刚性连接、音圈电机驱动的快反系统应运而生。但该型快速反射镜运动部分绕中心轴回转的自由度无约束,直接限制了系统指向精度和动态稳定性的提高。为了克服此技术缺陷,设计了一种柔性防转机构。在明确中心球铰式快反系统结构特点和误差来源的基础上,对柔性防转机构中弹片的结构形式及尺寸进行了设计,对柔性弹片各方向的刚度进行了有限元分析、对比,最后,针对是否装有柔性防转机构的快反系统的指向精度进行了对比测试。结果表明:该柔性防转机构结构简单、易于实现,并能有效改善快反系统的指向精度(约提高3倍)。在确保中心球铰式快反大的承载能力的前提下,使其具备了传统柔性无轴式快反的优点。

垂直阵列DL巴间准直光束指向精度测量方法

简介了大功率二极管激光器垂直阵列巴条(Bar)间准直光束指向精度问题,及其对激光器垂直阵列输出光束的影响。采用单透镜远场探测系统对激光器垂直阵列远场光斑进行采集,搭建了实验测试装置。结合光斑强度质心算法对实验室封装的20巴条连续输出2kW二极管激光器垂直阵列进行了测量,测试结果为巴间准直光束指向精度±1.7mrad,结合二极管激光器封装工艺分析了测试结果,并对该测量方法进行了讨论分析,提出了优化该测试方法的途径。

视轴偏心三轴跟踪机架指向精度分析

本文分析了实现大范围空间光电跟踪的视轴偏心三轴跟踪机架的轴系误差。在刚体动力学的基础上,利用姿态变换的方法对视轴偏心的这种新型跟踪机架进行分析,推导出了机架指向精度的具体算法,探索了计算视轴偏心的三轴跟踪机架误差及误差分配的新方法,并针对一跟踪架的具体误差进行了指向精度计算。其中,垂直度误差对指向精度影响最大。

平均风作用对天马望远镜面形精度和指指向精度的影响

天马望远镜的最高工作频段为43 GHz。为保证高质量的观测结果,需要研究风载荷对天线精度的影响。首先对观测站实测的风速风向数据做了统计分析,结果显示:10 m高度处10min时距平均风速小于4 m·s^-1的占比超过80%,主导风向为北-西北方向。然后,通过将倾斜仪实测结果与有限元模拟结果进行对比,验证了模拟的有效性,并进一步分析了在不同迎风姿态、不同风速下天线结构的平均风荷载响应,以及天线面形精度和指向精度的变化。结果表明,平均风荷载对天线指向精度,尤其是俯仰角指向精度的影响较大,对面形精度的影响较小;在弹性范围内,天线面形精度和指向精度与风速间均为二次关系。研究结果可为天线面形精度和指向精度的评估提供参考。

Ka频段点波束天线指向精度对星地数传链路的影响分析

为满足低轨遥感卫星海量数据的高速下传需求,Ka频段双圆极化频率复用数传技术已被逐步应用,而其使用的机械式点波束数传天线对指向精度和极化隔离度有很高的指标要求。文章对Ka频段点波束天线的辐射增益和交叉极化隔离等特性进行了讨论,从工程应用的角度定量研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗、链路余量和链路可用率的影响,重点分析了Ka频段点波束天线在不同指向精度时对不同地面站极化复用数传链路的影响。Ka频段点波束天线指向精度优于1°时,只能满足北京地面站99.0%链路可用率的可靠数据传输,可以满足喀什地面站99.9%链路可用率的可靠数据传输。文章的分析结果可为低轨遥感卫星Ka频段点波束天线的设计与研制提供参考,尤其是可为Ka频段双极化复用数传链路的总体设计和卫星任务规划提供分析依据。

随机馈相法对相控阵天线增益和指向精度的影响

分别以2位和3位数字移相器为例,研究了四舍五入法、适当随机量化法和预加相位法等3种随机馈相法,对均匀微带直线阵列的增益方向图和波束指向精度的影响,研究证明相对于四舍五入馈相方法,适当随机量化法和预加相位法能够极大地提高波束指向精度,但是在移相器位数较少的情况下增益会有少许损失。研究结果可为大型相控阵天线的设计提供参考。

高分五号卫星数传天线高指向精度的分析与验证

高分五号卫星二维机械扫描点波束数传天线是上海航天技术研究院首个低轨道自研的精确指向天线。本文分析了数传天线指向精度的影响因素,从天线指向算法、天线指向执行、地面站指向、大气传输等方面研究分析了各项指向精度影响因素。在轨验证表明:卫星数传天线的指向精度满足使用要求,性能稳定。

利用恒星标校卫星激光测距经纬仪指向精度

指向精度是影响卫星激光测距经纬仪盲跟和白天测星的重要因素，而恒星标校法可以提高卫星激光测距经纬仪的指向精度，从而满足观测的需要。文中给出了一种利用观测恒星标校卫星激光测距经纬仪指向精度的方法。首先建立了影响经纬仪指向精度的状态参数模型，然后通过选择一定数量的恒星进行观测，确定出该模型的状态参数。最后给出了利用这种方法标校长春人卫站卫星激光测距经纬仪指向精度的结果。

赤道式望远镜指向精度分析

赤道式望远镜因其跟踪测量的简单性和可靠性,在中小口径的望远镜中得到广泛的应用,本文介绍了赤道式望远镜的特点,建立了赤道式坐标系,并阐述了赤道式望远镜的跟踪测量原理。望远镜在制造、装配和安装过程中会产生视轴与纬轴不垂直、纬轴与极轴不垂直和极轴指北高度偏差等误差,这些误差严重影响望远镜的指向精度,文中利用球面三角形在赤道式坐标系中推导出制造、装配和安装误差引起的赤道式望远镜指向误差,此结果可用于实时测量的误差修正,也可用于结构设计中的误差分配。

无人机微波着陆引导设备扫描波束指向精度改进方法

无人机微波着陆引导设备为提高机动性减少了相控阵扫描天线阵元数目,使得扫描波束展宽、主瓣对称性变差,这会使原有馈相方法的扫描波束指向精度及其鲁棒性降低,设备保障能力减弱。针对这一问题,提出一种将相位循环法与改进遗传算法组合使用以提高扫描波束指向精度的方法。在各扫描指向上,每增加一个相位循环常量进行一次改进遗传算法优化,确定最终的各移相器输入值及其量化方式,克服相位循环法与基本遗传算法单独使用时的不足。仿真分析表明,组合方法产生的扫描波束指向精度优于随机馈相法以及基本遗传算法产生的扫描波束指向精度。