CN109341631A - 一种望远镜反射面自动标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种望远镜反射面自动标定方法，包括如下步骤：列出需要标定抛物面工况的位置信息；读取当前需要标定的反射面工况；获取当前的气象参数；获得当前抛物面工况的位置信息，计算得到当前需要标定抛物面下，各促动器的伸长量数据；进行标定反射面工况的张拉；对促动器位置进行保位；对张拉完成的反射面进行测量；测量完成后，根据测量数据对当前反射面的面型精度进行评估分析，如果面型精度rms不大于3mm，则认为完成本次反射面的标定；如果面型精度rms大于3mm，重新进行张拉，直到该反射面工况面型精度rms值不大于3mm。本发明可以做到无人值守，节省了人力，还可以高效利用凌晨1:00‑5:00这段最适合测量系统工作的时段进行标定，提高标定数据库的精度。

Description

一种望远镜反射面自动标定方法

技术领域

本发明涉及望远镜反射面的标定方法领域，尤其是涉及一种望远 镜反射面自动标定方法。

背景技术

500m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radiotelescope,FAST)的反射面采取主动变位的独特工 作方式,可根据观测天体的角度，在500m口径反射面的不同区域， 形成直径为300m的抛物面。该望远镜的工作频率在70MHz～3GHz 之间。

为了实现反射面的主动变位特性，FAST采用柔性索网作为主要 支承结构。索网结构共包括6670根主索和2225个主索节点，重约 1300吨，索网周边固定在圈梁上。FAST的圈梁为直径为约500m的 11m×5.5m环形桁架，重量约5350吨，圈梁支撑在50个高度在6m-50m不等的格构柱上。索网的每个主索节点设置单根下拉索，通过促动器 拖动下拉索来控制索网变位，从而在500m口径范围内的不同区域形 成300m口径的抛物面。

FAST望远镜对天体进行跟踪观测时，需要根据天体的运动轨迹， 在FAST反射面500m口径范围内的不同位置，形成一系列连续的300m 抛物面，这就需要FAST总控系统不断控制促动器变位，在准确的时 间、位置上张拉出满足面型精度的抛物面。为了快速准确地得到待形 成位置抛物面工况的各促动器伸长量数据，FAST采用标定数据库插 值的方法。

反射面的面型精度是射电望远镜的重要技术指标，它不但能显著 影响到射电望远镜的效率，还决定了射电望远镜的工作频率。因此， FAST对标定数据库内数据要求是：按标定工况数据张拉抛物面后， FAST反射面面型精度不大于3mm。

采用人工建立标定数据库的方法需要3名技术人员，分别操作 FAST反射面控制系统、FAST反射面测量系统以及FAST索网结构安全 评估系统完成，一个工况的标定时长在2.5-3小时，而且不利于在最 适合测量系统工作的凌晨1:00-5:00进行标定。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背 景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已 为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种望远镜反射面自动标定方法，以解决 现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，所述 方法包括如下步骤：

1)在指定位置的文本文件中依次列出需要标定抛物面工况的位 置信息；

2)自动读取标定队列里当前需要标定的反射面工况；

3)从望远镜总控系统自动获取当前的气象参数；

4)获得当前抛物面工况的位置信息，调用ANSYS程序计算得到 当前需要标定抛物面下，各促动器的伸长量数据；

5)将促动器伸长量数据，通过PLC下发接口发给反射面控制PLC， 进行标定反射面工况的张拉；

6)通过设在各个促动器上位置传感器的位置反馈，确定各促动 器都到达下发位置后，对促动器位置进行保位；

7)调用反射面测量系统对张拉完成的反射面进行测量；

8)测量完成后，根据测量结果对当前反射面的面型精度进行评 估，如果面型精度rms不大于3mm，则认为完成本次反射面的标定， 将促动器编号、促动器伸长量数据、促动器油压、本次标定反射面的 位置信息、索力、环境温度以及故障促动器编号数据存入标定数据库；

9)如果面型精度rms大于3mm，则将各个促动器的伸长量根据 误差值进行修正，并根据修正后的促动器伸长量数据，重新进入第5) 步，进行张拉，直到该反射面工况面型精度rms值不大于3mm。

作为一种进一步的技术方案，步骤1)中的所述位置信息为抛 物面顶点的方位角和天顶角信息。

作为一种进一步的技术方案，步骤3)中的所述气象参数包括 环境温度、大气压以及湿度。

作为一种进一步的技术方案，步骤4)中各促动器的伸长量数据 是采用FAST反射面结构的整体有限元模型进行计算，并对虚迁下拉 索进行处理，以确保FAST反射面结构的安全。

作为一种进一步的技术方案，所述FAST反射面结构的整体有限 元模型包括圈梁结构、索网结构以及下拉索；其中，所述圈梁结构采 用ANSYS软件中的BEAM44单元模拟，所述索网结构及下拉索采用 ANSYS软件中的LINK10单元模拟。

作为一种进一步的技术方案，步骤7)中所述反射面测量系统采 用全站仪自动寻靶方式进行自动测量，共有10台全站仪进行反射面 测量；全站仪开启后首先需要进行自动校准，并关闭重复精度大于 2mm的全站仪，仅使用精度好的全站仪进行测量。

作为一种进一步的技术方案，对于可用于测量的所述全站仪小于 5台，或者反射面测量4次仍不能测量成功的情况，由于标定效率太 低，停止本次标定任务，并在人机界面上显示停止原因。

作为一种进一步的技术方案，步骤5)中进行标定反射面工况的 张拉前，每5秒钟从反射面控制系统自动读取一次当前故障促动器的 编号，存入指定文件中；然后，打开FAST索网结构实时安全评估系 统，对张拉过程中索网的安全行进行监控，并每5秒钟读取一次评估 结果，如有结构安全问题，立刻停止本次标定任务，并在人机界面上 显示出停止原因。

作为一种进一步的技术方案，所述标定方法选择在适合全站仪工 作的凌晨1:00-5:00这一时段进行，这个时段大气宁静、温度场均匀， 测量精度较高，有利于提高标定数据的精度。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明可在保证望远镜结构安全的情况下，自动将提前输入标定 队列里的反射面工况依次进行标定，并将满足精度要求的标定数据 (促动器编号、促动器伸长量数据、促动器油压、本次标定反射面的 位置信息、索力、环境温度以及故障促动器编号)存入标定数据库。 该数据库是望远镜跟踪观测时用于插值计算促动器行程的基础。由于 本方法可以做到无人值守，大大节省了人力资源，同时，还可以高效 利用凌晨1:00-5:00这段最适合测量系统工作的时段进行标定，提高 标定数据库的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方 案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简 单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的望远镜反射面自动标定方法的流程 图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关 系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简 化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外， 术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连 接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以 是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具 体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解 的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用 于限制本发明。

结合图1所示，本实施例提供一种望远镜反射面自动标定方法， 该方法包括如下步骤：

1)在指定位置的文本文件中依次列出需要标定抛物面工况的位 置信息(方位角、天顶角)；

2)当计算机接到开始标定指令后，自动读取标定队列里当前需 要标定的反射面工况；

3)从望远镜总控系统自动获取当前的气象参数(环境温度、大 气压、湿度)；用于反射面控制系统进行张拉抛物面前的修正；

4)获得当前抛物面工况的位置信息，调用ANSYS程序计算得到 当前需要标定抛物面下，各促动器的伸长量数据；

5)将促动器伸长量数据，通过PLC下发接口发给反射面控制PLC， 进行标定反射面工况的张拉；

6)通过设在各个促动器上位置传感器的位置反馈，确定各促动 器都到达下发位置后，对促动器位置进行保位；

7)调用反射面测量系统对张拉完成的反射面进行测量；

8)测量完成后，根据测量结果对当前反射面的面型精度进行评 估，如果面型精度rms不大于3mm，则认为完成本次反射面的标定， 将促动器编号、促动器伸长量数据、促动器油压、本次标定反射面的 位置信息、索力、环境温度以及故障促动器编号数据存入标定数据库；

9)如果面型精度rms大于3mm，则将各个促动器的伸长量根据 误差值进行修正，并根据修正后的促动器伸长量数据，重新进入第5) 步，进行张拉，直到该反射面工况面型精度rms值不大于3mm。

在本实施例中，作为一种进一步的技术方案，步骤4)中各促动 器的伸长量数据是采用FAST反射面结构的整体有限元模型进行计 算，并对虚迁下拉索进行处理，以确保FAST反射面结构的安全。所 述FAST反射面结构的整体有限元模型包括圈梁结构、索网结构以及下拉索；其中，所述圈梁结构采用ANSYS软件中的BEAM44单元模拟， 所述索网结构及下拉索采用ANSYS软件中的LINK10单元模拟。

在本实施例中，作为一种进一步的技术方案，步骤7)中所述反 射面测量系统采用全站仪自动寻靶方式进行自动测量，共有10台全 站仪进行反射面测量；全站仪开启后首先需要进行自动校准，并关闭 重复精度大于2mm的全站仪，仅使用精度好的全站仪进行测量。对于 可用于测量的所述全站仪小于5台，或者反射面测量4次仍不能测量 成功的情况，由于标定效率太低，停止本次标定任务，并在人机界面 上显示停止原因。

在本实施例中，作为一种进一步的技术方案，步骤5)中进行标 定反射面工况的张拉前，每5秒钟从反射面控制系统自动读取一次当 前故障促动器的编号，存入指定文件中；然后，打开FAST索网结构 实时安全评估系统，对张拉过程中索网的安全行进行监控，并每5秒钟读取一次评估结果，如有结构安全问题，立刻停止本次标定任务， 并在人机界面上显示出停止原因。

在本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述标定方法选择 在适合全站仪工作的凌晨1:00-5:00这一时段进行，这个时段大气宁 静、温度场均匀，测量精度较高，有利于提高标定数据的精度。

本发明中判断抛物面是否张拉到位是通过设在2225个促动器上 的位置传感器的位置反馈，检查各个促动器是否都到达了反射面控制 系统下发的位置，如果全部到位(除去故障促动器)，则对促动器的 当前位置进行保位。

本发明测量完成后，根据本次测量数据，调用面型评估程序对抛 物面面型精度进行评价，如果反射面面型精度rms值不大于3mm，则 完成本次抛物面工况的标定，将促动器编号、促动器伸长量数据、促 动器油压、本次标定反射面的位置信息(抛物面顶点的方位角和天顶 角)、索力、环境温度以及故障促动器编号数据存入标定数据库。如 果面型评估程序对抛物面面型精度进行评价后，面型精度达不到要 求，则将面型评估程序评估得到的面型误差，与当前促动器反馈行程 之和，再次通过PLC下发接口将促动器伸长量下发给反射面控制PLC， 对当前标定抛物面进行张拉，然后依次进行上述流程，直到得到的面 型精度达到rms值不大于3mm的要求，完成当前抛物面工况的标定。 完成当前抛物面标定后，读入标定序列中下一个抛物面的数据，继续 进行下一个抛物面的标定。

此外，本发明在人机界面设置“人工停止”按钮，该按钮具有最 高优先级，按下时，可以立即停止正在进行的标定工作。

FAST的跟踪观测需要建立一个完整的精度满足要求的标定数 据库，靠人工手动进行标定的话，一个抛物面工况就需要3名技术人 员，值守将近3个小时。本发明可以在无人值守，且保证结构安全的 情况下完成反射面工况的标定，而且更能有效利用凌晨1:00-5:00 这一适合测量的时段，提高标定数据的精度，具有很大的效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各 实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)在指定位置的文本文件中依次列出需要标定抛物面工况的位置信息；

2)自动读取标定队列里当前需要标定的反射面工况；

3)从望远镜总控系统自动获取当前的气象参数；

4)获得当前抛物面工况的位置信息，调用ANSYS程序计算得到当前需要标定抛物面下，各促动器的伸长量数据；

5)将促动器伸长量数据，通过PLC下发接口发给反射面控制PLC，进行标定反射面工况的张拉；

6)通过设在各个促动器上位置传感器的位置反馈，确定各促动器都到达下发位置后，对促动器位置进行保位；

7)调用反射面测量系统对张拉完成的反射面进行测量；

8)测量完成后，根据测量结果对当前反射面的面型精度进行评估，如果面型精度rms不大于3mm，则认为完成本次反射面的标定，将促动器编号、促动器伸长量数据、促动器油压、本次标定反射面的位置信息、索力、环境温度以及故障促动器编号数据存入标定数据库；

9)如果面型精度rms大于3mm，则将各个促动器的伸长量根据误差值进行修正，并根据修正后的促动器伸长量数据，重新进入第5)步，进行张拉，直到该反射面工况面型精度rms值不大于3mm。

2.根据权利要求1所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，步骤1)中的所述位置信息为抛物面顶点的方位角和天顶角信息。

3.根据权利要求1所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，步骤3)中的所述气象参数包括环境温度、大气压以及湿度。

4.根据权利要求1所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，步骤4)中各促动器的伸长量数据是采用FAST反射面结构的整体有限元模型进行计算，并对虚迁下拉索进行处理，以确保FAST反射面结构的安全。

5.根据权利要求4所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，所述FAST反射面结构的整体有限元模型包括圈梁结构、索网结构以及下拉索；其中，所述圈梁结构采用ANSYS软件中的BEAM44单元模拟，所述索网结构及下拉索采用ANSYS软件中的LINK10单元模拟。

6.根据权利要求1所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，步骤7)中所述反射面测量系统采用全站仪自动寻靶方式进行自动测量，共有10台全站仪进行反射面测量；全站仪开启后首先需要进行自动校准，并关闭重复精度大于2mm的全站仪，仅使用精度好的全站仪进行测量。

7.根据权利要求6所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，对于可用于测量的所述全站仪小于5台，或者反射面测量4次仍不能测量成功的情况，由于标定效率太低，停止本次标定任务，并在人机界面上显示停止原因。

8.根据权利要求1所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，步骤5)中进行标定反射面工况的张拉前，每5秒钟从反射面控制系统自动读取一次当前故障促动器的编号，存入指定文件中；然后，打开FAST索网结构实时安全评估系统，对张拉过程中索网的安全行进行监控，并每5秒钟读取一次评估结果，如有结构安全问题，立刻停止本次标定任务，并在人机界面上显示出停止原因。

9.根据权利要求1所述的望远镜反射面自动标定方法，其特征在于，所述标定方法选择在适合全站仪工作的凌晨1:00-5:00这一时段进行，这个时段大气宁静、温度场均匀，测量精度较高，有利于提高标定数据的精度。