500米口径球面射电望远镜工程(FAST工程)

测量与控制系统


    由于自重、风载及温差的影响,传统全可动望远镜的最大口径只能作到100米。射电天文对大接收面积和高分辨本领执着追求,促使各国竟竞相建造形态各异的射电望远镜。目前口径最大的射电望远镜是Arecibo  305米固定球面射电望远镜。这类望远镜口径远大于100米,但这类望远镜却有天空覆盖小、窄带、反射面利用率低等缺陷。FAST开创了建造巨型射电望远镜的新模式,  突破了地面建造巨型望远镜的工程极限,馈源柔索支持和主动反射面两项创新技术的提出,均源于现代测控技术的飞速发展。先进的测量与控制技术的开发和应用是FAST建造成败的关键。
    FAST主动反射面约4600个反射面单元的制造、安装、驱动与实时定位,光机电一体化指向跟踪系统的索拖动,以及馈源舱内Stewart平台的建造、运行等一系列关键技术,都离不开复杂、先进的测量与控制技术的支持。对FAST测量与控制技术的研究,将在相当程度上影响其科学目标的实现及工程的质量、性能、可靠性和总体造价。
系统的功能
    FAST信号接收系统的柔性支撑与汇集信号的反射面之间无刚性连接,他们之间的协调运作依赖于时间同步和精确的相对位置关系,为确保望远镜正常运行,先进的测控技术是至关重要的。FAST测量与控制任务主要包括:建立高精度大地基准控制网;大型构件的制造、安装过程中的检测和定位测量;主动反射面控制节点的实时定位控制和面形检测,技术难点在于点数多,远距离,相对于该距离的精度高;馈源指向跟踪系统的位姿实时测控,需采用高精度,远距离,实时动态非接触测量技术和先进的控制算法;工程运行后,系统的完好监测和智能诊断等。其中,在近千米的大尺度上,建立相对点位精度为1毫米的大地基准控制网;对馈源支撑系统的位置和姿态进行实时动态无接触跟踪测控,以及对500米口径中,约2400个主动反射面的控制节点进行精密动态实时同步定位,是FAST对测控要求的关键。
    系统和关键设备的主要技术参数和指标
关键材料设备:
    基准网可选择的接收机:GX1230,  24通道、双频RTK测量接收机。标称精度基本都是5mm+1pps
    激光测量设备:针对测量方案涉及的关键测量设备包括,徕卡的TCA2003全站仪,测角精度0.5",测距精度1mm  +  1ppm,采样率7Hz,测程大于1000m;API公司的激光跟踪仪API  tracker  T3  PLUS,测量距离260米,测量精度±  5  ppm;6D靶标STS,转角范围偏航角大于360  度、俯仰角大于120  度;3D反射球,直径2英寸。
    近景测量设备:精密转台API  rotary  table,码盘角度分辨率0.01  角秒;相机采用IDS  公司UI工业数字图像处理器;图像处理分辨率可以达到小于0.1  个像素。
    总线类型:以太网和CAN。

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总线网络  三层结构