CN116190975A - 用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统 - Google Patents

用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统，方法包括：基于接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角，确定接收机在回照情况下的实际倾斜角；基于理论位置、理论倾斜角以及实际倾斜角，确定Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；基于第二姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的故障状况，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵；基于中心位置、第一姿态矩阵、第二姿态矩阵，以及第三姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵，克服了当前AB轴旋转机构故障后FAST无法运转的缺陷，增强了系统对AB轴旋转机构故障的容错能力。

Description

用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统
技术领域
本发明涉及大口径射电望远镜的运动控制技术领域，尤其涉及一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统。
背景技术
FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，500米口径球面射电望远镜)是目前世界最大的单口径球面射电望远镜。而作为FAST工程六大系统之一的FAST馈源支撑系统，其用于接收机的定位调控，职责在于准时、准确地将接收机定位到反射面拟合抛物面的焦点位置，并指向特定的方位，从而实现FAST的精准调控。
目前，望远镜的高精度控制依赖于FAST馈源支撑系统三级机构的位姿分配，然而当前的位姿分配方法仅存在于FAST馈源支撑系统三级机构的前两级机构之间，最后一级机构并未参与其中。并且，FAST馈源支撑系统在长久的运行过程中，某些部件不可避免地会发生故障，而任一部件的故障均可能会影响系统的性能；在系统已投入运行的情况下，一旦发生故障轻则影响观测效率，重则会损坏系统机构。因此，如何减轻机构故障对于FAST观测任务的影响，以提升FAST的运行安全性和观测运行效率，已成为了当前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统，用以解决现有技术中AB轴旋转机构故障后FAST丧失运转能力的缺陷，实现FAST安全稳定的运行，提升了天文观测的运行效率。
本发明提供一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，所述方法包括：
基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；
基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；
基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；
基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
根据本发明提供的一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，所述基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，包括：
基于所述第二姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，确定所述AB轴旋转机构中A轴和B轴的理论欧拉角；
基于所述A轴和所述B轴的理论欧拉角，以及所述A轴和所述B轴的故障状态和故障位置，确定所述A轴和所述B轴的转角；
基于所述A轴和所述B轴的转角，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵。
根据本发明提供的一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，所述基于所述A轴和所述B轴的理论欧拉角，以及所述A轴和所述B轴的故障状态和故障位置，确定所述A轴和所述B轴的转角，包括：
在所述故障状态指示所述AB轴旋转机构中对应轴故障的情况下，基于对应轴的故障位置，确定对应轴的转角；
在所述故障状态指示所述AB轴旋转机构中对应轴正常的情况下，基于对应轴的理论欧拉角，确定对应轴的转角。
根据本发明提供的一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，所述基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵，包括：
基于所述第二姿态矩阵和所述第三姿态矩阵，确定所述Stewart并联机构的下平台相对于上平台的第四姿态矩阵；
基于所述中心位置，以及所述Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，确定所述AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点位置；
基于所述交点位置、所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
根据本发明提供的一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，所述基于所述交点位置、所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵，包括：
基于所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的姿态矩阵；
基于所述交点位置，以及所述星形框架的姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置。
根据本发明提供的一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，所述基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵，包括：
基于所述理论位置，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，并基于所述第一姿态矩阵，以及所述理论位置，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置；
基于所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述AB轴旋转机构的理论姿态角，并基于所述理论姿态角，以及所述理论位置，确定所述理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
根据本发明提供的一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，所述基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，包括：
确定所述接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，所述理论位置由射电望远镜执行观测任务时的轨迹规划算法确定；
基于所述理论倾斜角，以及所述接收机的临界倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述回照情况为所述接收机运行至反射面无法正常保证足够的反射面积时采用的增加反射面有效反射面积的情况；
所述临界倾斜角基于所述反射面的曲率半径、有效开口口径，以及所述接收机照明区域的口径确定。
本发明还提供一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统，应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，所述系统包括：
第一模块，用于基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；
第二模块，用于基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；
第三模块，用于基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；
第四模块，用于基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法。
本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法及系统，通过FAST馈源支撑系统中六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，三级耦合机构的容错位姿分配，可以在FAST馈源支撑系统中AB轴旋转机构发生故障的情况下，有效的提升FAST运行的安全性，以及FAST天文观测运行的效率，克服了当前AB轴旋转机构故障后FAST完全无法运转的缺陷，增强了FAST馈源支撑系统对AB轴旋转机构故障的容忍度，保障了FAST安全稳定的运行，提升了天文观测的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法的流程示意图；
图2是本发明提供的FAST馈源支撑系统的机械结构图；
图3是本发明提供的FAST馈源支撑系统的回照示意图；
图4是本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统的结构示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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。
FAST馈源支撑系统作为FAST工程六大系统之一的系统，其由三级机构串联组成，职责是将接收机准时、准确地定位到反射面拟合抛物面的焦点位置，并使接收机指向特定的方位。并且，系统设计时对于三级机构的任务有明确的分工，其中，前两级机构用于接收机的粗定位，使接收机空间位置误差不大于48mm，指向偏差不超过1°；最后一级机构用于接收机的精调控制，主要用于补偿风扰动和一级粗定位的残余误差控制，最终实现接收机终端空间定位均方根误差小于10mm，指向均方根误差小于0.5°的控制精度。
目前，对望远镜的高精度控制离不开FAST馈源支撑三级机构的位姿分配，给定接收机的位姿，会存在无数种位姿分配方法，而科学的位姿分配方法可降低FAST馈源支撑系统的控制难度。当前的位姿分配方法是在保障接收机位置以及姿态的情况下，将星形框架和AB轴实现的倾斜角按照3：5的比例进行分配，以获得FAST馈源支撑系统各级机构的空间位置和姿态，但是此位姿分配方法仅存在于FAST馈源支撑系统三级机构的前两级机构之间，即仅存在于六索牵引并联机构和AB轴旋转机构，而Stewart并联机构并未参与其中。
并且，FAST馈源支撑系统具有大量精密传感器和执行机构，其在长久的运行过程中，某些部件不可避免地会发生故障，而任何一个部件的故障均可能会影响系统的性能。在前期的调试中，常因某个部件的故障而中止调试，甚至降舱修复系统，这严重影响了调试进度。如今系统已投入运行，一旦发生故障又缺乏高可靠的容错控制策略，轻则影响观测效率，错失观测机会，重则损坏系统机构。因此，在系统机构发生故障时，如何设计机构的位姿分配是保证系统安全、稳定运行的必要手段，然而，目前未见FAST馈源支撑系统执行机构故障后的容错位姿分配方法。
进一步地，考虑到FAST馈源支撑系统三级机构中，AB轴旋转机构处于中间级，在机械结构上的机构运动中其具备运动传递/承上启下的作用。因此，本发明提供一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，旨在AB轴旋转机构发生故障情况下，对各级机构进行位姿分配，解决故障情况下FAST无法运转的问题，实现了FAST运行安全性、观测运行效率的提升，增强了FAST馈源支撑系统对AB轴旋转机构故障的容错能力。
图1是本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法的流程示意图，如图1所示，该方法应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，其中，六索牵引并联机构的下平台称之为星形框架，接收机则装设于Stewart并联机构的下平台。该方法包括：
步骤110，基于接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角，确定接收机在回照情况下的实际倾斜角，接收机装设于Stewart并联机构的下平台；
步骤120，基于理论位置、理论倾斜角，以及实际倾斜角，确定Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；
步骤130，基于第二姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的故障状况，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，星形框架为六索牵引并联机构的下平台；
步骤140，基于中心位置、第一姿态矩阵、第二姿态矩阵，以及第三姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵。
具体地，根据天文观测要求，射电望远镜执行观测任务时，FAST馈源支撑系统的职责是将接收机准时、准确地定位到反射面拟合抛物面的焦点位置，并使接收机指向特定的方位，简而言之，FAST馈源支撑系统需控制接收机准确运行于反射焦曲面上，并使接收机的轴线指向特定的方位，且当馈源舱不回照时使接收机轴线指向反射面的球心。
图2是本发明提供的FAST馈源支撑系统的机械结构图，如图2所示，为便于FAST馈源支撑系统中各级机构之间的位姿分配，明确各级机构的位姿关系，此处可以为FAST馈源支撑系统建立坐标系，即可以以FAST馈源支撑系统中各关键点为原点，建立多个坐标系，分别为全局坐标系、星形框架坐标系、AB轴旋转机构坐标系、Stewart并联机构上平台坐标系，以及Stewart并联机构下平台坐标系；并且，各个坐标系均遵循右手定则。
其中，全局坐标系可以表示为OG-XGYGZG，该坐标系中原点OG为反射面的球心，XG轴指向地理东的方向(图2中俯视图中塔1与塔6连线的水平中垂线方向)，ZG轴垂直地面指向上方。
星形框架坐标系则可以表示为OC-XCYCZC，该坐标系中原点OC位于舱索连接的六个锚节点构成的平面图形的几何中心，即原点OC处于馈源舱与牵引索六个连接锚节点构成的平面图形的几何中心，XC轴指向牵引索1锚节点和牵引索6锚节点连线的中点方向，ZC轴垂直此平面图形指向上方。
AB轴旋转机构坐标系可以表示为OAB-XABYABZAB，该坐标系中原点OAB处于AB轴旋转机构A轴和B轴的交点处，XAB轴指向A轴，YAB轴指向B轴；并且XABOABYAB平面始终与Stewart并联机构上平台平行。
Stewart并联机构上平台坐标系可以表示为OB-XBYBZB，该坐标系中原点OB处于Stewart并联机构上平台六个虎克铰接点构成的平面图形的几何中心；并且，该坐标系始终与AB轴旋转机构坐标系OAB-XABYABZAB保持平行。
Stewart并联机构下平台坐标系可以表示为OP-XPYPZP，该坐标系中原点OP处于Stewart并联机构下平台六个球铰接点构成平面图形的几何中心，YP指向Stewart并联机构球铰接点2(图2中细节图中腿2)和球铰接点3(图2中细节图中腿3)连线的中点方向，ZP垂直于此平面图形指向上方。值得注意的是，当接收机处于反射焦曲面最低点，馈源舱内各机构处于初始回零状态时，FAST馈源支撑系统中的各个坐标系平行。
之后，还需确定接收机理论的目标位置，即接收机的理论位置，该位置可以基于射电望远镜FAST执行观测任务时的轨迹规划算法获得，是射电望远镜执行任务中接收机位置理论的目标值；然后，需确定接收机的理论位置对应的理论倾斜角，即可以利用这一理论位置，确定接收机理论的目标倾斜角，即接收机的理论倾斜角，此处，接收机的理论倾斜角是在不考虑馈源舱的回照情况的前提下，接收机中心点(轴线)指向反射面球心OG后与全局坐标系OG-XGYGZG中ZG轴间的夹角。
进一步地，在射电望远镜执行观测任务的过程中，当馈源舱靠近反射焦曲面边沿时，此时接收机喇叭口照明区域超出了反射面的有效区域，这会导致反射面不能提供应有的反射面积；因此，为最大化接收电磁波，此种情况下需将接收机喇叭口的指向朝反射面的中心区域调整，以使接收机的倾斜角变小，而这一调整过程则称之为馈源舱的回照情况。其中，反射焦曲面是反射面拟合抛物面的所有焦点的集合所构成的虚拟曲面。
鉴于此，在得到接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角后，可以进一步据此求解馈源舱的回照情况下接收机的实际倾斜角，即依据接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角，确定接收机在回照情况下的实际倾斜角，具体而言，是在考虑馈源舱的回照情况的基础上，利用接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角，求取回照情况下接收机的实际倾斜角，简而言之，是以接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角为基准，计算回照情况下接收机的实际倾斜角。
此处，回照情况是指馈源舱运行到反射面无法正常保证足够的反射面积时，采用的增加反射面有效反射面积的情况。本发明实施例中，可以借助接收机的临界倾斜角，判断是否需要采用/执行/面临回照情况，即当接收机的理论倾斜角大于接收机的临界倾斜角时，考虑回照情况；反之，当接收机的理论倾斜角小于等于其临界倾斜角时，不考虑回照情况。其中，接收机的临界倾斜角可以通过反射面的曲率半径、反射面的有效开口口径，以及接收机照明区域的口径确定。
而得到接收机的实际倾斜角后，即可据此实际倾斜角、理论位置和理论倾斜角，确定Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
具体而言，首先可以利用接收机的理论位置和实际倾斜角，确定FAST馈源支撑系统中Stewart并联机构下平台的中心位置和姿态矩阵，为便于与FAST馈源支撑系统中其他机构的姿态矩阵进行区分，此处可以将该姿态矩阵称之为第一姿态矩阵，具体可以是，先依据接收机的理论位置及其实际倾斜角，推算Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，再在此基础上结合接收机的理论位置，并依据坐标变换规则求解Stewart并联机构下平台的中心位置，如此即可得到Stewart并联机构下平台的位姿(中心位置和第一姿态矩阵)。
同时，可以根据接收机的理论倾斜角和实际倾斜角，确定FAST馈源支撑系统中AB轴旋转机构的理论姿态角对应的姿态矩阵，即第二姿态矩阵，具体可以是，在接收机的理论倾斜角和实际倾斜角的基础上，依据星形框架和AB轴旋转机构实现的倾斜角按照3：5的比例分配的情况，推算AB轴旋转机构的理论姿态角，然后在此基础上结合接收机的理论位置，求解AB轴旋转机构的第二姿态矩阵，即理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
进一步地，在得到AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵之后，还需根据第二姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的故障状况，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵。
具体而言，首先可以依据第二姿态矩阵，确定AB轴旋转机构的理论欧拉角，即可以通过第二姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，计算AB轴旋转机构实现的理论欧拉角；接着可以结合AB轴旋转机构实现的理论欧拉角，以及AB轴旋转机构中A轴和B轴的故障状况，确定A轴和B轴的转角；之后可以根据A轴和B轴的转角，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的姿态矩阵，即第三姿态矩阵。
而在得到Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵、第二姿态矩阵，以及第三姿态矩阵之后，即可据此中心位置、第一姿态矩阵、第二姿态矩阵以及第三姿态矩阵，确定星形框架的位姿。
具体而言，首先可以依据第二姿态矩阵和第三姿态矩阵，计算Stewart并联机构的下平台相对于上平台的姿态矩阵，同时可以确定Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，即Stewart并联机构上平台在全局坐标系下的姿态矩阵，并据此姿态矩阵，以及Stewart并联机构下平台的中心位置，确定A轴和B轴在全局坐标系下的交点位置；之后即可利用交点位置、第一姿态矩阵、第三姿态矩阵，以及Stewart并联机构的下平台相对于上平台的姿态矩阵，求解星形框架的中心位置和姿态矩阵。
本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，通过FAST馈源支撑系统中六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，三级耦合机构的容错位姿分配，可以在FAST馈源支撑系统中AB轴旋转机构发生故障的情况下，有效的提升FAST运行的安全性，以及FAST天文观测运行的效率，克服了当前AB轴旋转机构故障后FAST完全无法运转的缺陷，增强了FAST馈源支撑系统对AB轴旋转机构故障的容忍度，保障了FAST安全稳定的运行，提升了天文观测的运行效率。
基于上述实施例，步骤130包括：
基于第二姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，确定AB轴旋转机构中A轴和B轴的理论欧拉角；
基于A轴和B轴的理论欧拉角，以及A轴和B轴的故障状态和故障位置，确定A轴和B轴的转角；
基于A轴和B轴的转角，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵。
具体地，步骤130中，根据第二姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的故障状况，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵的过程，具体包括以下步骤：
首先，可以依据AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵，确定AB轴旋转机构的理论欧拉角，即可以通过第二姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，计算AB轴旋转机构实现的理论欧拉角，具体可以是，利用姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，反向计算第二姿态矩阵按照X-Y-Z坐标轴的旋转顺序对应的欧拉角，即可得到AB轴旋转机构实现的理论欧拉角θ′ A、θ′ B和θ′ Z；
接着，可以结合AB轴旋转机构实现的理论欧拉角，以及AB轴旋转机构中A轴和B轴的故障状况，确定A轴和B轴的转角，具体可以是，以AB轴旋转机构中A轴和B轴的故障状况为基准，依据AB轴旋转机构实现的理论欧拉角，分别确定A轴和B轴的转角，即根据A轴和B轴的故障状况中的故障状态及其对应的故障位置，以及AB轴旋转机构实现的理论欧拉角，分别求解A轴和B轴的转角；
而后，即可利用A轴和B轴的转角，确定AB轴旋转机构相对于星形框架的姿态矩阵，即第三姿态矩阵，此处AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵实际上是AB轴旋转机构中A轴和B轴分别旋转各自对应的转角后的姿态矩阵，其可以通过A轴和B轴的转角，以及绕坐标轴X、Y和Z旋转的旋转矩阵求得。
基于上述实施例，第三姿态矩阵可以通过如下公式计算得到：
Figure BDA0004064485540000131
式中，
Figure BDA0004064485540000132
表示第三姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000133
和
Figure BDA0004064485540000134
分别表示绕坐标轴X、Y和Z旋转的旋转矩阵，θA和θB分别表示A轴和B轴的转角。
值得注意的是，此处理论上第二姿态矩阵
Figure BDA0004064485540000135
应依次绕XAB、YAB和ZAB旋转θA、θB和θZ角度，但由于AB轴旋转机构中仅存在A轴和B轴，即仅存在XAB和YAB旋转轴，因此θZ取0。
基于上述实施例，基于A轴和B轴的理论欧拉角，以及A轴和B轴的故障状态和故障位置，确定A轴和B轴的转角，包括：
在故障状态指示AB轴旋转机构中对应轴故障的情况下，基于对应轴的故障位置，确定对应轴的转角；
在故障状态指示AB轴旋转机构中对应轴正常的情况下，基于对应轴的理论欧拉角，确定对应轴的转角。
具体地，上述根据A轴和B轴的理论欧拉角，以及A轴和B轴的故障状态和故障位置，确定A轴和B轴的转角的过程，可以分为以下两种情况：
其一，在故障状态表明AB轴旋转机构中对应轴出现故障的情况下，可以根据故障状态对应的故障位置，确定对应轴的转角，具体而言，在A轴和B轴中任意一者故障时，即A轴或B轴故障状态表明AB轴旋转机构中A轴或B轴发生故障的情况下，可以直接根据A轴或B轴发生故障时的故障位置，确定A轴或B轴的转角；对应地，在两者均发生故障的情况下，即A轴和B轴故障状态表明A轴和B轴均发生故障的情况下，可以根据A轴发生故障时的故障位置，确定A轴的转角，根据B轴发生故障时的故障位置，确定B轴的转角。
其二，在故障状态表明AB轴旋转机构中对应轴未出现故障的情况下，可以根据对应轴的理论欧拉角，确定该轴的转角，具体而言，在A轴和B轴中任意一者正常时，即A轴或B轴故障状态表明AB轴旋转机构中A轴或B轴正常的情况下，可以直接根据A轴或B轴的理论欧拉角，确定A轴或B轴的转角；对应地，在两者均正常的情况下，即A轴和B轴故障状态表明A轴和B轴均正常的情况下，可以分别根据A轴和B轴的理论欧拉角，确定A轴和B轴的转角。
基于上述实施例，A轴和B轴的转角的计算公式如下所示：
Figure BDA0004064485540000141
式中，θA和θB分别表示A轴的转角和B轴的转角，sA和sB分别表示AB轴旋转机构中A轴和B轴的故障状态，无故障时赋值为0；出现故障时赋值为1，θ′ A和θ′ B分别为A轴和B轴的理论欧拉角，
Figure BDA0004064485540000142
和θB f分别表示AB轴旋转机构A轴和B轴发生故障时的故障位置。
基于上述实施例，步骤140包括：
基于第二姿态矩阵和第三姿态矩阵，确定Stewart并联机构的下平台相对于上平台的第四姿态矩阵；
基于中心位置，以及Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，确定AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点位置；
基于交点位置、第一姿态矩阵、第三姿态矩阵，以及第四姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵。
具体地，步骤140中，依据中心位置、第一姿态矩阵、第二姿态矩阵，以及第三姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵的过程，具体可以包括以下步骤：
首先，可以依据第二姿态矩阵和第三姿态矩阵，计算Stewart并联机构的下平台相对于上平台的姿态矩阵，即第四姿态矩阵，此处Stewart并联机构的下平台相对于上平台的第四姿态矩阵实际上是Stewart并联机构所补偿的姿态矩阵；
同时，需确定Stewart并联机构上平台在全局坐标系下的姿态矩阵，即Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，接着可以依据此姿态矩阵，以及Stewart并联机构下平台的中心位置，确定A轴和B轴在全局坐标系下的交点位置，具体可以是，在中心位置和Stewart并联机构上平台的姿态矩阵的基础上，结合Stewart并联机构的下平台相对于上平台的位置，以及为AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点在Stewart并联机构上平台坐标系下的位置，计算AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点位置；
随后，即可根据交点位置、第一姿态矩阵、第三姿态矩阵以及第四姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵，具体可以是，先根据第一姿态矩阵、第三姿态矩阵和第四姿态矩阵，求得星形框架在全局坐标系下的姿态矩阵，即星形框架的姿态矩阵，再结合A轴和B轴的交点位置，以及星形框架的姿态矩阵，计算星形框架的中心位置。
基于上述实施例，第四姿态矩阵，以及A轴和B轴的交点位置，的计算公式如下所示：
其中，第四姿态矩阵的计算公式可以表示为：
Figure BDA0004064485540000161
式中，
Figure BDA0004064485540000162
表示第四姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000163
为第二姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000164
表示第三姿态矩阵。
而A轴和B轴的交点位置则可以通过如下公式计算得到：
Figure BDA0004064485540000165
其中，
Figure BDA0004064485540000166
表示A轴和B轴的交点位置，
Figure BDA0004064485540000167
表示Stewart并联机构下平台的中心位置，
Figure BDA0004064485540000168
表示Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000169
表示Stewart并联机构的下平台相对于上平台的位置，
Figure BDA00040644855400001610
则表示AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点在Stewart并联机构上平台坐标系下的位置。值得注意的是，此处
Figure BDA00040644855400001611
和
Figure BDA00040644855400001612
均可以通过FAST馈源支撑系统的机械结构确定，均为固定值。
基于上述实施例，基于交点位置、第一姿态矩阵、第三姿态矩阵，以及第四姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵，包括：
基于第一姿态矩阵、第三姿态矩阵，以及第四姿态矩阵，确定星形框架的姿态矩阵；
基于交点位置，以及星形框架的姿态矩阵，确定星形框架的中心位置。
具体地，上述根据交点位置、第一姿态矩阵、第三姿态矩阵和第四姿态矩阵，确定星形框架的中心位置和姿态矩阵的过程，具体包括：
首先，可以依据第一姿态矩阵、第三姿态矩阵和第四姿态矩阵，求得星形框架的姿态矩阵，具体可以是，利用第一姿态矩阵、第三姿态矩阵、单位矩阵，以及第四姿态矩阵，求得星形框架在全局坐标系下的姿态矩阵，即星形框架的姿态矩阵；
然后，即可根据星形框架的姿态矩阵，以及A轴和B轴的交点位置，确定星形框架的中心位置，具体而言，先确定A轴和B轴的交点在星形框架坐标系下的位置，接着在此基础上结合星形框架的姿态矩阵和A轴和B轴的交点位置，计算星形框架的中心位置，即利用A轴和B轴在全局坐标系下的交点位置、星形框架的姿态矩阵以及A轴和B轴的交点在星形框架坐标系下的位置，求得此中心位置。
基于上述实施例，星形框架的中心位置和姿态矩阵的计算公式为：
Figure BDA0004064485540000171
式中，
Figure BDA0004064485540000172
表示星形框架的姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000173
为第一姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000174
为第三姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000175
为第四姿态矩阵，
Figure BDA0004064485540000176
为单位矩阵。
Figure BDA0004064485540000177
式中，
Figure BDA0004064485540000178
表示星形框架的中心位置，
Figure BDA0004064485540000179
表示A轴和B轴的交点位置，
Figure BDA00040644855400001710
表示星形框架的姿态矩阵，
Figure BDA00040644855400001711
表示A轴和B轴的交点在星形框架坐标系下的位置，其由机械结构决定。
基于上述实施例，步骤120包括：
基于理论位置，以及实际倾斜角，确定Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，并基于第一姿态矩阵，以及理论位置，确定Stewart并联机构下平台的中心位置；
基于理论倾斜角，以及实际倾斜角，确定AB轴旋转机构的理论姿态角，并基于理论姿态角，以及理论位置，确定理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
具体地，步骤120中，根据理论位置、理论倾斜角和实际倾斜角，确定Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵的过程，具体可以包括：
首先，可以依据接收机的理论位置和实际倾斜角，确定Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，具体可以是，先利用接收机的理论位置及其实际倾斜角，计算Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，然后以此第一姿态矩阵，以及接收机的理论位置为基准，通过坐标变换规则求得Stewart并联机构下平台的中心位置；
同时，可以根据接收机的理论倾斜角和实际倾斜角，确定AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵，具体可以是，在接收机的理论倾斜角和实际倾斜角的基础上，依据星形框架和AB轴旋转机构实现的倾斜角按照3：5的比例分配的情况，计算AB轴旋转机构的理论姿态角，然后据此理论姿态角和接收机的理论位置，计算AB轴旋转机构理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
基于上述实施例，Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵的计算公式如下所示：
Figure BDA0004064485540000181
Figure BDA0004064485540000182
式中，
Figure BDA0004064485540000183
表示Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，θ为接收机的实际倾斜角，
Figure BDA0004064485540000184
表示Stewart并联机构下平台的中心位置，
Figure BDA0004064485540000185
表示接收机的理论位置，
Figure BDA0004064485540000186
为由机械结构决定的参数。
其中，
Figure BDA0004064485540000187
表示叉乘，[0 0 1]T表示[0 0 1]的转置。
Figure BDA0004064485540000189
的运算规则为：
Figure BDA0004064485540000188
其中，
Figure BDA0004064485540000191
nx、ny和nz分别为
Figure BDA0004064485540000196
在x、y和z轴的分量，
Figure BDA0004064485540000192
为3×3的单位矩阵。
AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵的计算公式为：
Figure BDA0004064485540000193
Figure BDA0004064485540000194
式中，θAB表示AB轴旋转机构的理论姿态角，θ和θ0分别表示接收机的实际倾斜角和理论倾斜角，
Figure BDA0004064485540000195
表示第二姿态矩阵。
基于上述实施例，步骤110包括：
确定接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角，理论位置由射电望远镜执行观测任务时的轨迹规划算法确定；
基于理论倾斜角，以及接收机的临界倾斜角，确定接收机在回照情况下的实际倾斜角，回照情况为接收机运行至反射面无法正常保证足够的反射面积时采用的增加反射面有效反射面积的情况；
临界倾斜角基于反射面的曲率半径、有效开口口径，以及接收机照明区域的口径确定。
具体地，步骤110中，根据接收机的理论位置，以及理论位置对应的理论倾斜角，确定接收机在回照情况下的实际倾斜角的过程，具体可以包括如下步骤：
首先，需要确定接收机理论的目标位置，即接收机的理论位置，该位置可以基于射电望远镜FAST执行观测任务时的轨迹规划算法获得，是射电望远镜执行任务中接收机位置理论的目标值；
随即，需依据接收机的理论位置，推算接收机理论的目标倾斜角，即理论位置对应的理论倾斜角，此处理论倾斜角实质上是在不考虑馈源舱回照情况下，接收机中心点(轴线)指向反射面球心OG后与全局坐标系OG-XGYGZG中ZG轴间的夹角；
随后，即可依据理论位置对应的理论倾斜角，以及接收机的临界倾斜角，确定接收机在回照情况下的实际倾斜角，具体可以是，在考虑馈源舱回照情况的基础上，通过接收机的理论倾斜角和临界倾斜角，求取回照情况下接收机的实际倾斜角；此处，回照情况是指馈源舱运行到反射面无法正常保证足够的反射面积时，采用的增加反射面有效反射面积的情况；
图3是本发明提供的FAST馈源支撑系统的回照示意图，如图3所示，此处可以借助接收机的临界倾斜角，判断是否需要考虑回照情况，具体而言，当接收机的理论倾斜角θ0大于接收机临界倾斜角θth时，需要考虑回照情况；反之，当接收机的理论倾斜角小于等于其临界倾斜角时，不考虑回照情况。此处，接收机的临界倾斜角可以通过反射面的曲率半径、有效开口口径，以及接收机照明区域的口径确定。
此处，接收机的实际倾斜角θ实际上是射电望远镜FAST运行中接收机的实际轴线与全局坐标系OG-XGYGZG中ZG轴间的夹角。在不考虑回照情况时，接收机的实际倾斜角θ等于理论倾斜角θ0；考虑回照情况时，依据接收机张口角度不变的原则，可以通过接收机的理论倾斜角和回照角，计算得到接收机的实际倾斜角。
其中，回照角可以通过反射面的曲率半径、有效开口口径、反射焦比、接收机照明区域的口径、理论倾斜角确定。
基于上述实施例，接收机的理论倾斜角的计算公式可以表示为：
Figure BDA0004064485540000201
式中，θ0表示接收机的理论倾斜角，
Figure BDA0004064485540000202
为接收机的理论位置，arccos为反余弦函数。
接收机的临界倾斜角的计算公式可以表示为：
Figure BDA0004064485540000211
Figure BDA0004064485540000212
式中，θth表示接收机的临界倾斜角，arcsin为反正弦函数，R为反射面的曲率半径，Rd为反射面的有效开口口径，Rr为接收机照明区域(无回照照明的区域)的口径。
接收机的实际倾斜角的计算公式如下所示：
θ＝θ0-θH
式中，θ表示接收机的实际倾斜角，θ0为接收机的理论倾斜角，θH为回照角，并且θH＝θd-θp-θq。
Figure BDA0004064485540000213
Figure BDA0004064485540000214
Figure BDA0004064485540000215
Figure BDA0004064485540000216
Figure BDA0004064485540000217
式中，f表示反射焦比。
下面对本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统进行描述，下文描述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统与上文描述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法可相互对应参照。
图4是本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统的结构示意图，如图4所示，该系统应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，该系统包括：
第一模块410，用于基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；
第二模块420，用于基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；
第三模块430，用于基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；
第四模块440，用于基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
本发明提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统，通过FAST馈源支撑系统中六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，三级耦合机构的容错位姿分配，可以在FAST馈源支撑系统中AB轴旋转机构发生故障的情况下，有效的提升FAST运行的安全性，以及FAST天文观测运行的效率，克服了当前AB轴旋转机构故障后FAST完全无法运转的缺陷，增强了FAST馈源支撑系统对AB轴旋转机构故障的容忍度，保障了FAST安全稳定的运行，提升了天文观测的运行效率。
基于上述实施例，第三模块430用于：
基于所述第二姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，确定所述AB轴旋转机构中A轴和B轴的理论欧拉角；
基于所述A轴和所述B轴的理论欧拉角，以及所述A轴和所述B轴的故障状态和故障位置，确定所述A轴和所述B轴的转角；
基于所述A轴和所述B轴的转角，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵。
基于上述实施例，第三模块430用于：
在所述故障状态指示所述AB轴旋转机构中对应轴故障的情况下，基于对应轴的故障位置，确定对应轴的转角；
在所述故障状态指示所述AB轴旋转机构中对应轴正常的情况下，基于对应轴的理论欧拉角，确定对应轴的转角。
基于上述实施例，第四模块440用于：
基于所述第二姿态矩阵和所述第三姿态矩阵，确定所述Stewart并联机构的下平台相对于上平台的第四姿态矩阵；
基于所述中心位置，以及所述Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，确定所述AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点位置；
基于所述交点位置、所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
基于上述实施例，第四模块440用于：
基于所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的姿态矩阵；
基于所述交点位置，以及所述星形框架的姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置。
基于上述实施例，第二模块420用于：
基于所述理论位置，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，并基于所述第一姿态矩阵，以及所述理论位置，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置；
基于所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述AB轴旋转机构的理论姿态角，并基于所述理论姿态角，以及所述理论位置，确定所述理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
基于上述实施例，第一模块410用于：
确定所述接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，所述理论位置由射电望远镜执行观测任务时的轨迹规划算法确定；
基于所述理论倾斜角，以及所述接收机的临界倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述回照情况为所述接收机运行至反射面无法正常保证足够的反射面积时采用的增加反射面有效反射面积的情况；
所述临界倾斜角基于所述反射面的曲率半径、有效开口口径，以及所述接收机照明区域的口径确定。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，该方法应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，该方法包括：基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，该方法应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，该方法包括：基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法所提供的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，该方法应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，该方法包括：基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，所述方法包括：
基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；
基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；
基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；
基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
2.根据权利要求1所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，所述基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，包括：
基于所述第二姿态矩阵与欧拉角之间的转换关系，确定所述AB轴旋转机构中A轴和B轴的理论欧拉角；
基于所述A轴和所述B轴的理论欧拉角，以及所述A轴和所述B轴的故障状态和故障位置，确定所述A轴和所述B轴的转角；
基于所述A轴和所述B轴的转角，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵。
3.根据权利要求2所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，所述基于所述A轴和所述B轴的理论欧拉角，以及所述A轴和所述B轴的故障状态和故障位置，确定所述A轴和所述B轴的转角，包括：
在所述故障状态指示所述AB轴旋转机构中对应轴故障的情况下，基于对应轴的故障位置，确定对应轴的转角；
在所述故障状态指示所述AB轴旋转机构中对应轴正常的情况下，基于对应轴的理论欧拉角，确定对应轴的转角。
4.根据权利要求1所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，所述基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵，包括：
基于所述第二姿态矩阵和所述第三姿态矩阵，确定所述Stewart并联机构的下平台相对于上平台的第四姿态矩阵；
基于所述中心位置，以及所述Stewart并联机构上平台的姿态矩阵，确定所述AB轴旋转机构中A轴和B轴的交点位置；
基于所述交点位置、所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
5.根据权利要求4所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，所述基于所述交点位置、所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵，包括：
基于所述第一姿态矩阵、所述第三姿态矩阵，以及所述第四姿态矩阵，确定所述星形框架的姿态矩阵；
基于所述交点位置，以及所述星形框架的姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置。
6.根据权利要求1所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，所述基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵，包括：
基于所述理论位置，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的第一姿态矩阵，并基于所述第一姿态矩阵，以及所述理论位置，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置；
基于所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述AB轴旋转机构的理论姿态角，并基于所述理论姿态角，以及所述理论位置，确定所述理论姿态角对应的第二姿态矩阵。
7.根据权利要求1所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法，其特征在于，所述基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，包括：
确定所述接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，所述理论位置由射电望远镜执行观测任务时的轨迹规划算法确定；
基于所述理论倾斜角，以及所述接收机的临界倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述回照情况为所述接收机运行至反射面无法正常保证足够的反射面积时采用的增加反射面有效反射面积的情况；
所述临界倾斜角基于所述反射面的曲率半径、有效开口口径，以及所述接收机照明区域的口径确定。
8.一种用于大口径射电望远镜的容错位姿分配系统，其特征在于，应用于射电望远镜FAST馈源支撑系统，所述FAST馈源支撑系统包括六索牵引并联机构、AB轴旋转机构以及Stewart并联机构，所述系统包括：
第一模块，用于基于接收机的理论位置，以及所述理论位置对应的理论倾斜角，确定所述接收机在回照情况下的实际倾斜角，所述接收机装设于所述Stewart并联机构的下平台；
第二模块，用于基于所述理论位置、所述理论倾斜角，以及所述实际倾斜角，确定所述Stewart并联机构下平台的中心位置和第一姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的理论姿态角对应的第二姿态矩阵；
第三模块，用于基于所述第二姿态矩阵，以及所述AB轴旋转机构的故障状况，确定所述AB轴旋转机构相对于星形框架的第三姿态矩阵，所述星形框架为所述六索牵引并联机构的下平台；
第四模块，用于基于所述中心位置、所述第一姿态矩阵、所述第二姿态矩阵，以及所述第三姿态矩阵，确定所述星形框架的中心位置和姿态矩阵。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的用于大口径射电望远镜的容错位姿分配方法。
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