基于粒子群算法的大口徑高精度射電望遠鏡旋轉編碼器快速校準方法研究

侯曉拯，許 謙,2,3*，梁 娟,4，易樂天，薛 飛，王 惠

(1. 中國科學院新疆天文臺，新疆 烏魯木齊 830011；2. 中國科學院射電天文重點實驗室，江蘇 南京 210033；3. 新疆射電天體物理實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；4. 中國科學院大學，北京 100049)

大口徑射電望遠鏡在高頻天文觀測時，對天線盲指精度和跟蹤精度要求極高, 一般而言，射電望遠鏡指向精度要求為最高觀測頻率半功率寬度(Half Power Beam Width, HPBW)的10%[1]。以美國國家射電天文臺的綠岸射電望遠鏡(Green Bank Telescope, GBT)為例，指向精度最高可達3″，跟蹤精度最高可達1.3″[2]。我國正在建設的新疆110 m口徑全可動射電望遠鏡(QiTai Radio Telescope, QTT)[3]，最高觀測頻率為115 GHz，預期最高設計指向精度優于2.5″，跟蹤精度優于1.5″。旋轉編碼器結構簡單，精度高，體積小，重量輕，抗干擾能力強，常作為天線伺服控制系統的主要傳感器，用于角位移的高精度測量[4-5]。然而在真實工況中，編碼器在天線軸系中的最終使用精度，除了受到編碼器自身光機電器件的影響，還受到天線傳動軸在運行過程中磨損、天線結構受環境影響的自身變化、內外部擾動等影響，因此，為了保障天線編碼器的讀數為真實角度信息，較為理想的是定期對編碼器及對應的軸系進行綜合校準。在天文觀測中，天線的觀測誤差使用基于標準源觀測數據的整體校準[6]，以提高短期觀測精度。而針對長期觀測精度，則需要分析擾動與誤差來源，從而進行校準與補償。在大口徑高精度射電望遠鏡天線實際使用過程中，編碼器精度顯著影響伺服控制系統的性能，進而影響天線的指向精度[3]。……