斜轴式望远镜动力学建模与鲁棒控制

斜轴式望远镜是一种新颖的望远镜结构,其独特的结构设计更适合南极等极端气候环境,但目前国内外缺乏针对斜轴式望远镜详细的动力学建模与控制研究.提出一套斜轴式望远镜动力学建模与鲁棒控制方法,首先,对斜轴式望远镜进行了动力学分析,采用拉格朗日法建立望远镜2自由度刚体模型;接着,结合望远镜驱动系统的柔性和所受干扰,完成了斜轴式望远镜的干扰情况下刚柔耦合系统数学模型的推导;然后,针对抗干扰问题,根据所建数学模型,设计了基于干扰观测器的滑模控制器,对于所受干扰进行抑制,实现了斜轴式望远镜的鲁棒控制;最后,仿真结果显示,在考虑模型的非线性外部干扰的情况下,相比于传统的比例-积分-微分控制器,基于干扰观测器的滑模控制器使得系统具有更好的动态性能和抗干扰特性.

地热资源综述与思考

2022年6月,厐中和先生从微信发来地热资源方面的PPT。学习之余,深感我国地热资源勘查、开发、探索、规划与应用诸多方面取得了诸多进展;存在的问题急需采取众人拾柴火焰高的方法,集思广益、逐步解决。我虽年事巳高,仍感作柴薪添之于地热之火,抛砖引玉,亦足矣。

ElasticSearch分布式搜索引擎在天文大数据检索中的应用研究

天文观测数据是天文研究的基础,但传统的集中式数据检索方法已难以满足日益增长的海量天文数据的高性能检索和查询需求.提出了一种基于Elastic Search分布式搜索引擎,通过River机制对现有的海量FITS(Flexible Image Transport System)数据进行索引构建,从而实现海量FITS数据高效检索的方法,并讨论了其中的近实时检索和查询的关键技术.实测结果表明,在百万到千万级的天文数据量下,该方法可获得极高的检索性能,并能够很方便地集成到现有的天文数据归档系统中,完全可以满足当前国内各类望远镜系统天文数据的归档要求.

大口径离轴非球面镜预应力环抛方法研究

提出了一种加工离轴非球面的预应力环抛方法,基于预应力加工方法的基本原理,利用环抛机来磨制离轴非球面.设计了一套专门的加载装置,将拼接镜面中具有不同离轴量的非球面子镜转化成曲率半径相同的球面子镜进行磨制,可以在同一台环抛机上进行抛光.利用这种方法,花费连续40 h的时间,磨制了一块按照中国30 m极大口径望远镜(CFGT)主镜参数比例缩小的离轴抛物面,顶点曲率半径21.6 m,离轴量3.6 m,离轴口径为330 mm,最大非球面度为16μm.试验表明该方法效率高,适用于批量加工,特别是极大口径天文望远镜拼接主镜的大批量非球面子镜研制.

BDS/GPS接收机系统间偏差稳定性分析

接收机系统间偏差(Inter-System Bias,ISB)稳定性分析对于了解ISB误差特性和建模预报具有重要意义.为了分析ISB的长期稳定性,选择MGEX(Multiple Global Navigation Satellite System Experiment)网2014—2016年每年各1周的数据,分别采用武汉大学和德国地学研究中心提供的精密钟差和轨道产品,利用BDS(Bei Dou Navigation Satellite System)/GPS(Global Positioning System)组合精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)计算测站的ISB值,并对ISB的日稳定性和周稳定性进行了深入分析.实验结果表明:ISB的日变化比较稳定,日标准差平均值约为0.5 ns.不同年份数据的ISB周平均值和周标准差的差异较大,并且ISB周平均值与测站的接收机类型有关.采用不同精密产品计算得到的ISB之间存在系统性偏差,对于同一周不同测站的ISB周平均值,该系统性偏差一致性较好.

德令哈13.7m望远镜重力变形研究

借助于数字摄影测量结果调整天线面板,使德令哈13.7 m望远镜在仰角52°时获得最佳反射面面形,从而使天线效率在观测仰角范围内得到整体优化.与之前基于经纬仪测量的面板调整结果相比,天线口径效率提高约1倍.依据不同俯仰姿态下的测量结果,得到了天线的重力变形模型,包括副面偏移和倾斜、主面焦距和面形偏差随仰角变化的规律.根据不同仰角的面形偏差测量数据反演反射面重力变形模型时,采用了数据拟合方法,这样可以减小测量误差对模型精度的影响.

广义回归神经网络在日长变化预报中的应用

传统的日长变化预报多是基于线性模型,如最小二乘模型、自回归模型等,但是日长变化包含了复杂的非线性因素,线性模型预报的效果往往不甚理想.所以尝试使用一种非线性神经网络—广义回归神经网络(GRNN)模型进行日长变化预报,并将结果与使用BP(Back Propagation)神经网络模型和其它模型的预报结果进行比较.结果表明,GRNN用于日长变化预报是高效可行的.

天线面板重力变形的主动控制量计算方法研究

提出了理想反射面及2参数、5参数和6参数最佳吻合抛物面方法,计算大型卡氏天线结构重力变形后主反射面板的调整量和对应的副反射面调整量,同时分析馈源偏焦对天线电性能的影响.以上海天文台天马65 m望远镜(TM65m)为研究对象,综合对比分析促动器调整量、6杆并联机构调整量、主反射面精度及偏焦后天线指向变化等,认为针对实际结构而言,经过调整修正后,6参数最佳吻合抛物面方法可以作为高精度天线理想的计算面板变形主动控制量方法,计算结果为天线的主动控制提供初调数据.

德令哈13.7m望远镜热变形研究

热变形是影响大型毫米波天线性能的关键因素之一.这种变形会改变天线反射面的轴线和焦距、恶化反射面面形,导致天线效率和指向精度恶化,同时也使天线效率和指向的长时间稳定性降低.由于太阳的周日运动,造成望远镜4个主支撑腿(简称支腿)之间存在温差,且该温差是变化的,从而引起方位轴的倾斜周期性变化.采用数字摄影测量、倾斜仪测量及天文实测等多种仪器和方法,研究了德令哈13.7m望远镜天线的热变形规律,并根据实时测量的主面温度分布,实现了副面自适应调焦补偿,使得天线效率提高近1倍.测量发现常规指向模型修正后的残差与天线主反射面(包括反射面板和背架,简称主面)直径方向温差存在线性相关性,故在指向解析模型中加入了温差修正项,并通过采用隔热材料包裹支腿的办法显著减小了支腿之间的温差,从而改善了望远镜的指向精度.

火星电离层无线电掩星探测仿真研究

对中俄联合火星星—星电离层掩星技术体制进行了分析和介绍,采用三维射线追踪方法对电离层掩星事件的电波观测值进行了模拟计算,并利用模拟的掩星观测数据进行了电子密度廓线反演,结果说明仿真算法可靠。利用仿真的方法,分别对掩星电波相位观测误差和卫星轨道误差等带来的反演误差进行了个例计算和分析,结果得到:5%周的相位测量误差对白天电离层掩星探测结果的影响可以忽略,而夜间电子密度测量的绝对误差小于4×10~8m^(-3);卫星轨道误差对掩星的主要影响是导致电离层高度抬升或下降。结果表明,中俄联合火星电离层掩星探测技术体制先进,可望获得高精度的电子密度廓线;其技术体制也可以用于月球电离层环境的探测。

电子篱笆稀疏资料定轨方法研究

基于Lambert方程和空间几何知识,给出了适用于空间监视电子篱笆设备稀疏观测资料轨道确定的方法.通过对大量目标的模拟试验表明,该方法确定的初始轨道能使轨道改进收敛,定轨精度优于100米,证明该方法适用于电子篱笆对绝大部分空间目标观测数据的轨道确定.最后讨论了篱笆布站纬度对定轨应用的影响.

星地无线电双向时间比对模型及试验分析

星地时间同步是卫星导航系统的一个关键技术,是实现卫星导航定位的基础.针对星地时间同步问题,讨论了一种星地无线电双向时间比对方法,详细推导了该方法中星地上下行伪距的归算模型,给出了星地钟差的实用计算模型.该方法通过上下行伪距求差,消除了对流层延迟、卫星星历误差和地面站站址坐标误差等共有误差影响,与信号频率有关的电离层延迟也被很大程度地削弱,从而大大提高了时间比对精度.最后,利用实测数据进行了试验分析,结果表明:星地无线电双向时间比对精度能够达到约0.34ns,验证了理论方法和模型的正确性.

测定瞬时天文大气折射值和建立本地实测模型

利用天文大气折射在空间大地测量中的新用途,并指出,为了满足这一新用途的高要求,必须有一种有效的方法,能直接测定瞬时大气折射值,建立与观测站周围地理环境相适应的大气折射模型,再转换成中性大气折射延迟改正模型.文章简述了测定大气折射值必须满足的条件.阐述了云南天文台探讨出的利用低纬子午环的观测原理,在不同方向和不同天顶距直接测定瞬时大气折射值的一套方法,并给出了用实测数据在东、南、西、北4个方向建立的按恒星光谱型分类的大气折射实测模型.

低高度角处的蒙气差级数展开式

天文大气折射改正是天文和测地学中的重要课题之一.在Saastamoinen大气折射理论基础上,重新研究了天文大气折射的级数展开理论.在亚毫角秒理论精度上,给出了一个包含水汽影响、可以展开到任意阶次、能够在极低高度角具有收敛性的蒙气差级数展开式,同时给出了多元大气层和等温层对蒙气差影响的理论模型.计算表明,可利用此新方法进行射线跟踪的理论研究.

上海天马望远镜光程差的计算方法研究

基于上海天马望远镜(Shanghai Tian Ma Telescope,简称TM),提出一种赋形卡塞格伦天线光程差的计算方法.首先,基于天线互易定理,建立天马望远镜光路的数学模型;其次,采用非均匀有理B样条拟合天马望远镜的主面和副面;最终,实现光程差的计算方法,并对鲁兹光程差公式在天马望远镜上的扩展应用进行研究.采用此方法可计算馈源、副面的轴向偏移和横向偏移以及副面旋转等非准直情况下的光程差,同时在非准直量较小时,可采用扩展鲁兹光程差公式快速计算光程差.为天马望远镜结构的实时测量和调整提供支持,同时相关研究也具有通用性,可为其他具有赋形面型的射电望远镜光程差的计算提供参考.

一种实时GNSS时间传递算法

针对载波相位时间传递算法的局限性,提出了一种实时GNSS(Global Navigation Satellite System)时间传递算法,通过共视(Common View,CV)卫星建立站间非差观测方程的联系,联合解算卫星钟差和站间时间传递结果.该算法不需要卫星精密钟差产品,仅用卫星精密轨道信息直接计算得到站间时间传递结果,不受卫星钟差内插精度、采样率的限制.该算法与通过站间单差将卫星钟差参数进行消除的传统共视算法不同,是将卫星钟差参数进行实时解算得到的.实验结果表明:该算法时间传递精度与传统的GNSS载波相位(Carrier Phase,CP)算法相当,比较适用于实时时间传递.

四种综合脉冲星时算法比较

由单颗脉冲星定义的脉冲星时受多种噪声源的影响,其短期和长期稳定度都不够好.为了削弱这些噪声源对单脉冲星时的影响,可以采取合适的算法对多个单脉冲星时进行综合得到综合脉冲星时,从而提高综合脉冲星时的长期稳定度.文中介绍4种综合脉冲星时算法:经典加权算法、小波分析算法、维纳滤波算法和小波域中的维纳滤波算法,将这4种算法分别应用于Arecibo天文台对两颗毫秒脉冲星PSR B1855+09和PSRB1937+21观测得到的计时残差并作出比较.

利用多模卫星导航系统加快PPP的收敛速度

精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)不需要基准站的支持,具有广阔的应用前景.但是PPP获得高精度定位需要一个收敛过程.为了加快PPP的收敛,讨论利用多模卫星导航系统加快PPP的收敛.实验表明多模卫星导航系统使用了更多的观测量,收敛速度明显加快,三维误差收敛到10 cm、15 cm和20 cm需要时间减少的平均百分比分别为42%、78%和74%.同时也表明在山区等卫星高度截止角较高的困难地区,在单一系统无法实现定位的情况下,多模卫星导航系统也可以明显加快PPP的收敛,获得较好的定位结果.

电荷守恒与CCD孔径测光

Lick天文台的CCD控制器是一类新型控制器,它能够在同一CCD系统内实现MPP(Multi—pinned phase)和通常工作模式间的转换．自2002年起中国至少有4架 CCD照相机使用这类控制器．此控制器的弱点是溢出发生在非线性前,而且远在饱和以前．虽然这对亮的面光源观测不利,并且它妨碍了使用亮星构建点扩散函数(psf)．但是由于电荷守恒原理,对亮的点源(恒星)的孔径测光依然可行．观测证明了此结论．

基于岭估计的快速静态精密单点定位研究

精密单点定位可以实现厘米级的定位精度,但其实时应用受到模糊度收敛时间的限制,模糊度收敛一般需要30分钟甚至更长的时间.基于相位历元间差分技术,可以避免模糊度的求解,但求解的参数为历元间坐标差.在相位历元间差分技术基础之上,推导了无模糊度模型的快速静态单点定位模型,并通过岭估计理论来进行参数的求解,两个以上历元就可以解算得到位置参数,从而实现静态状态下单点的快速定位,克服了模糊度收敛时间的局限,并讨论了不同坐标初值情况下估计值的精度.