本文關(guān)鍵詞： 空間望遠(yuǎn)鏡 精密穩(wěn)像 大口徑快擺鏡 精細(xì)導(dǎo)星儀 亞像素質(zhì)心算法 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源 微位移檢測(cè) 系統(tǒng)辨識(shí)　出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著天文學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要研制高分辨率、大視場(chǎng)、寬波段的天文望遠(yuǎn)鏡。由于大氣擾動(dòng)效應(yīng)、色散效應(yīng)、臭氧對(duì)紫外線的強(qiáng)烈吸收以及大氣背景噪聲的存在，地基天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)受到了一定限制。空間天文觀測(cè)可以徹底擺脫大氣的影響，觀測(cè)波長(zhǎng)范圍廣，具有較低的天空背景噪聲，望遠(yuǎn)鏡角分辨率可以接近衍射極限，這些有利條件促使空間天文望遠(yuǎn)鏡成為天文觀測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，由于空間天文望遠(yuǎn)鏡是以航天器為平臺(tái)，航天器的姿態(tài)變化、軌道進(jìn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)部件的輕微振動(dòng)甚至航天員的走動(dòng)都能對(duì)空間探測(cè)產(chǎn)生影響，甚至無(wú)法捕獲觀測(cè)目標(biāo)。即便能夠捕獲觀測(cè)目標(biāo)，在成像探測(cè)器曝光時(shí)間內(nèi)，航天器平臺(tái)的隨機(jī)振動(dòng)造成的干擾將造成像點(diǎn)相對(duì)傳感器的移動(dòng)，致使圖像模糊，嚴(yán)重影響空間天文望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)精度。為達(dá)到空間天文望遠(yuǎn)鏡預(yù)期的探測(cè)精度，必須采取措施抑制平臺(tái)振動(dòng)等原因引起的圖像模糊，達(dá)到穩(wěn)像的目的。 目前空間平臺(tái)一般采用被動(dòng)隔振并設(shè)計(jì)有優(yōu)良擾動(dòng)抑制能力的精跟蹤系統(tǒng)來(lái)抑制平臺(tái)的振動(dòng)。對(duì)穩(wěn)像的研究，主要有兩個(gè)方面，一是對(duì)反饋補(bǔ)償控制方法以及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的研究，另一個(gè)方面是對(duì)振動(dòng)檢測(cè)方法和儀器的研究。 本課題以空間天文望遠(yuǎn)鏡為背景，首先調(diào)研了國(guó)內(nèi)外空間天文望遠(yuǎn)鏡精密穩(wěn)像系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。其次，分析了影響空間天文望遠(yuǎn)鏡視軸穩(wěn)定度的擾動(dòng)來(lái)源，根據(jù)空間望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)的振動(dòng)功率譜，將空間天文望遠(yuǎn)鏡的穩(wěn)像系統(tǒng)分為：隔振系統(tǒng)、指向跟蹤系統(tǒng)和精密穩(wěn)像系統(tǒng)三個(gè)大部分，劃分出各級(jí)穩(wěn)像系統(tǒng)的帶寬范圍。然后，以精密穩(wěn)像系統(tǒng)為課題研究重點(diǎn)，提出初步的技術(shù)指標(biāo)并研究技術(shù)方案。圍繞精密穩(wěn)像系統(tǒng)三大組成部分：大口徑快擺鏡視軸補(bǔ)償系統(tǒng)和精細(xì)導(dǎo)星模塊以及精密控制算法進(jìn)行研究，分析各子系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)及控制模式。設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了適用于精細(xì)導(dǎo)星模塊的改進(jìn)型亞像素質(zhì)心定位算法；完成包括DSP數(shù)字控制器、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源以及SGS微位移檢測(cè)電路的大口徑快擺鏡視軸補(bǔ)償系統(tǒng)電子學(xué)硬件設(shè)計(jì)和驗(yàn)證；設(shè)計(jì)并完成大口徑快擺鏡系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出高精度的精密穩(wěn)像控制算法。 本課題主要有3個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)： 在研究了國(guó)內(nèi)外空間天文望遠(yuǎn)鏡穩(wěn)像技術(shù)案例和空間平臺(tái)擾動(dòng)源及其頻譜范圍和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提出了隔振系統(tǒng)、指向跟蹤系統(tǒng)和精密穩(wěn)像系統(tǒng)三級(jí)控制的空間望遠(yuǎn)鏡穩(wěn)像技術(shù)方案，主要針對(duì)屬于望遠(yuǎn)鏡核心技術(shù)之一的精密穩(wěn)像控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究，為我國(guó)未來(lái)實(shí)現(xiàn)大口徑、大視場(chǎng)、高像質(zhì)觀測(cè)的空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入工程應(yīng)用打下了實(shí)用基礎(chǔ)。 根據(jù)精密穩(wěn)像控制系統(tǒng)總體方案，提出一種大口徑（340mm×330mm）快擺鏡系統(tǒng)辨識(shí)方法，通過(guò)分析快擺鏡機(jī)構(gòu)的一階頻和數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定的精密穩(wěn)像系統(tǒng)內(nèi)閉環(huán)和光閉環(huán)控制環(huán)路，使精密穩(wěn)像系統(tǒng)的光閉環(huán)帶寬實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于8Hz的預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)。 針對(duì)精密穩(wěn)像控制系統(tǒng)中的精細(xì)導(dǎo)星檢測(cè)環(huán)節(jié)，研究對(duì)比了各種亞像素質(zhì)心細(xì)分算法，，設(shè)計(jì)出一種兼顧精度和效率的改進(jìn)型亞像素質(zhì)心細(xì)分算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該算法在星圖信噪比為20，幀頻為110fps的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)1/50pixels的亞像素質(zhì)心細(xì)分精度，解決了精細(xì)導(dǎo)星模塊要求高精度、高幀頻的技術(shù)難題。 針對(duì)精密穩(wěn)像控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器補(bǔ)償環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了大口徑快擺鏡仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，搭建出集DSP數(shù)字控制器、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和SGS微位移檢測(cè)技術(shù)于一體的大口徑快擺鏡驅(qū)動(dòng)控制軟硬件環(huán)境。該系統(tǒng)的PZT驅(qū)動(dòng)電源5kHz以下紋波噪聲小于0.12mV，電壓分辨率0.5mV，性能比國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品高一個(gè)數(shù)量級(jí)，為大口徑快擺鏡實(shí)現(xiàn)高精度驅(qū)動(dòng)控制創(chuàng)造了有利條件。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH751

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1481638