一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，包括以下步驟：控制射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)一射電源在赤經(jīng)方向和赤緯方向各進(jìn)行至少一次掃描以獲取赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)的參數(shù)化模型，該參數(shù)模型中包含描述指向誤差的參數(shù)；將赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)代入所述參數(shù)化模型，采用擬合算法獲得赤經(jīng)和赤緯方向的指向誤差，再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得方位和俯仰方向的指向誤差；基于所述指向誤差控制射電望遠(yuǎn)鏡修正指向，以消除所述指向誤差。本發(fā)明專利技術(shù)公開的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法可用于射電望遠(yuǎn)鏡指向的實(shí)時(shí)修正，以實(shí)時(shí)消除指向誤差，同時(shí)可以解決在方位和俯仰坐標(biāo)系下的高仰角掃描時(shí)方位運(yùn)行速度過(guò)快問(wèn)題。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及射電望遠(yuǎn)鏡指向修正方法，尤其涉及一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法。
技術(shù)介紹
射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)目標(biāo)時(shí)的實(shí)際指向位置相對(duì)于觀測(cè)目標(biāo)的理論位置的偏差稱為指向誤差。射電望遠(yuǎn)鏡的電軸和機(jī)械軸有嚴(yán)格的正交性和一致性要求，但由于大氣折射、望遠(yuǎn)鏡的制造和裝配誤差、重力、風(fēng)載和溫度載荷效應(yīng)等多種因素影響，會(huì)造成望遠(yuǎn)鏡指向誤差。指向精度是衡量射電望遠(yuǎn)鏡性能的重要指標(biāo)之一，其優(yōu)劣不僅影響望遠(yuǎn)鏡的單點(diǎn)觀測(cè)效率，還會(huì)影響成圖觀測(cè)的準(zhǔn)確度。在影響望遠(yuǎn)鏡指向精度的因素中，絕大多數(shù)具有特殊規(guī)律和重復(fù)性特點(diǎn)，可以利用建立的指向模型進(jìn)行修正，但也有一些因素具有隨機(jī)變化的特點(diǎn)，如齒隙和結(jié)構(gòu)中的遲滯效應(yīng)，溫度和風(fēng)等，無(wú)法用參數(shù)模型精確描述，此類因素會(huì)產(chǎn)生的較大的指向誤差，極大影響望遠(yuǎn)鏡的性能。目前，現(xiàn)有技術(shù)中也具有修正望遠(yuǎn)鏡的指向以消除指向誤差的方法，例如：[1]Ott M,Witzel A,Quirenbach A,et al.An updated list of radio flux density calibrators[J].Astronomy&Astrophysics,1994,284:331-339；[2]Kong Deqing,Wang Songgen,Wang Jinqing,et al.A new calibration model for pointing a radio telescope that considers nonlinear errors in the azimuth axis[J].Research in Astronomy and Astrophysics,2014,14(6):733-740.4；[3]張巨勇.大型射電天線結(jié)構(gòu)力學(xué)分析與誤差研究[D].北京:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái),2006；[4]姜正陽(yáng),孔德慶,張洪波,等.考慮軌道不平度的射電望遠(yuǎn)鏡指向修正方法[J].天文研究與技術(shù),2015,12(4):417-423；[5]虞林峰,王錦清,趙融冰,等.TM65m射電望遠(yuǎn)鏡指向模型的建立[J].天文學(xué)報(bào),2015,56(2):165-177。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的這些方法仍然具有如下缺點(diǎn)：(1)在方位和俯仰坐標(biāo)系下進(jìn)行掃描，導(dǎo)致在高仰角上時(shí)方位運(yùn)行速度過(guò)快，從而影響指向誤差計(jì)算，并且不支持實(shí)時(shí)修正。(2)在全俯仰和全方位上建立的指向模型是擬合結(jié)果，在一些方位角和俯仰角上有較大的誤差。(3)僅考慮方位軸和軌道不平度造成的指向誤差，沒(méi)有考慮其它因素對(duì)指向誤差的影響。(4)僅提出基于最小二乘向量機(jī)的天線指向誤差模型，該模型在核函數(shù)和控制參數(shù)選擇、綜合環(huán)境影響因素的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面需進(jìn)一步研究。為此，期望獲得一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，以實(shí)時(shí)修正射電望遠(yuǎn)鏡指向誤差，同時(shí)克服以上大部分缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，該射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法可用于射電望遠(yuǎn)鏡指向的實(shí)時(shí)修正，以實(shí)時(shí)消除指向誤差。根據(jù)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提出了一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，其包括以下步驟：控制射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)一射電源在赤經(jīng)方向和赤緯方向各進(jìn)行至少一次掃描以獲取赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)，其中赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)包括在赤經(jīng)方向掃描下的赤經(jīng)數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，赤緯掃描數(shù)據(jù)包括在赤緯方向掃描下的赤緯數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)的第一參數(shù)化模型其中，x1為所述赤經(jīng)數(shù)據(jù)，y1為x1相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，參數(shù)k1為基線斜率，參數(shù)b1為基線常數(shù)，參數(shù)a1為高斯函數(shù)幅度，參數(shù)m1為赤經(jīng)方向的指向誤差，參數(shù)n為高斯函數(shù)半功率波束寬度；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤緯掃描數(shù)據(jù)的第二參數(shù)化模型其中，x2為所述赤緯數(shù)據(jù)，y2為x2相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，參數(shù)k2為基線斜率，參數(shù)b2為基線常數(shù)，參數(shù)a2為高斯函數(shù)幅度，參數(shù)m2為赤緯方向的指向誤差，參數(shù)n為高斯函數(shù)半功率波束寬度；將赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)代入所述第一參數(shù)化模型，并指定k1、b1、a1、n以及m1的初值；將赤緯掃描數(shù)據(jù)代入所述第二參數(shù)化模型，并指定k2、b2、a2、n以及m2的初值；基于代入赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)的第一參數(shù)化模型和代入赤緯掃描數(shù)據(jù)的第二參數(shù)化模型采用最小二乘擬合算法計(jì)算參數(shù)m1和參數(shù)m2，以得到赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差；通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差換算到方位方向和俯仰方向的指向誤差，再基于方位方向和俯仰方向上的指向誤差來(lái)控制射電望遠(yuǎn)鏡，以消除所述的指向誤差。本專利技術(shù)所述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，其可用于射電望遠(yuǎn)鏡指向的實(shí)時(shí)修正，以實(shí)時(shí)消除指向誤差。其原理是：分別在赤經(jīng)方向和赤緯方向?qū)σ簧潆娫催M(jìn)行掃描，當(dāng)射電望遠(yuǎn)鏡存在指向誤差時(shí)，赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下是存在差異的。若能消除該差異，即可消除指向誤差。因此考慮基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)的參數(shù)化模型，該參數(shù)化模型中包含描述赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差的參數(shù)。由于對(duì)統(tǒng)一的坐標(biāo)系下的赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合可以消除所述差異，通過(guò)采用擬合方法求得赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差的參數(shù)，再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差換算到方位方向和俯仰方向的指向誤差，該參數(shù)即表征了射電望遠(yuǎn)鏡的指向誤差?；谠搮?shù)可以控制射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)的指向修正，以實(shí)時(shí)消除所述指向誤差。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)所述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，在獲取赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)之后還對(duì)該赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。更進(jìn)一步地，上述射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理包括去背景、定標(biāo)、校準(zhǔn)、插值中的一種或多種處理。更進(jìn)一步地，上述射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，基于所述數(shù)據(jù)預(yù)處理得到以相應(yīng)的天線方向圖表征的赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)。上述方案中，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理，可以提高最終求取的指向誤差的準(zhǔn)確度和精確度。所述天線方向圖即所述赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理得到的在坐標(biāo)系中體現(xiàn)的曲線圖。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)所述及上述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，參數(shù)a1采用y1最大值，參數(shù)a2采用y2最大值。上述方案中，參數(shù)a1采用y1最大值，參數(shù)a2采用y2最大值是為了減小擬合誤差。在天線方向圖中體現(xiàn)為參數(shù)a1和參數(shù)a2采用天線方向圖的峰值。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)所述及上述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，參數(shù)n采用估計(jì)的半功率波束寬度，其計(jì)算方法如下式： n = 1.2 × λ D , ]]>其中，λ為所述射電源的波長(zhǎng)，D為所述射電望遠(yuǎn)鏡的直徑。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)所述及上述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，所述掃描的掃描長(zhǎng)度大于半功率波束寬度的四倍。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)所述及上述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法中，所述赤經(jīng)方向和赤緯方向上的掃描長(zhǎng)度均為500角秒，掃描速度均為10角秒/秒。上述方案中，可以同時(shí)考慮掃描長(zhǎng)度和掃描速度，掃描速度不宜過(guò)快，也不宜過(guò)慢。本專利技術(shù)所述的射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)可實(shí)現(xiàn)指向?qū)崟r(shí)修正，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，其特征在于，包括以下步驟：控制射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)一射電源在赤經(jīng)方向和赤緯方向各進(jìn)行至少一次掃描以獲取赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)，其中赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)包括在赤經(jīng)方向掃描下的赤經(jīng)數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，赤緯掃描數(shù)據(jù)包括在赤緯方向掃描下的赤緯數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)的第一參數(shù)化模型其中，x1為所述赤經(jīng)數(shù)據(jù)，y1為x1相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，參數(shù)k1為基線斜率，參數(shù)b1為基線常數(shù)，參數(shù)a1為高斯函數(shù)幅度，參數(shù)m1為赤經(jīng)方向的指向誤差，參數(shù)n為高斯函數(shù)半功率波束寬度；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤緯掃描數(shù)據(jù)的第二參數(shù)化模型其中，x2為所述赤緯數(shù)據(jù)，y2為x2相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，參數(shù)k2為基線斜率，參數(shù)b2為基線常數(shù)，參數(shù)a2為高斯函數(shù)幅度，參數(shù)m2為赤緯方向的指向誤差，參數(shù)n為高斯函數(shù)半功率波束寬度；將赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)代入所述第一參數(shù)化模型，并指定k1、b1、a1、n以及m1的初值；將赤緯掃描數(shù)據(jù)代入所述第二參數(shù)化模型，并指定k2、b2、a2、n以及m2的初值；基于代入赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)的第一參數(shù)化模型和代入赤緯掃描數(shù)據(jù)的第二參數(shù)化模型采用最小二乘擬合算法計(jì)算參數(shù)m1和參數(shù)m2，以得到赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差；通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差換算到方位方向和俯仰方向的指向誤差，再基于方位方向和俯仰方向上的指向誤差來(lái)控制射電望遠(yuǎn)鏡，以消除所述的指向誤差。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種射電望遠(yuǎn)鏡指向?qū)崟r(shí)修正方法，其特征在于，包括以下步驟：控制射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)一射電源在赤經(jīng)方向和赤緯方向各進(jìn)行至少一次掃描以獲取赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)和赤緯掃描數(shù)據(jù)，其中赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)包括在赤經(jīng)方向掃描下的赤經(jīng)數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，赤緯掃描數(shù)據(jù)包括在赤緯方向掃描下的赤緯數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)的第一參數(shù)化模型其中，x1為所述赤經(jīng)數(shù)據(jù)，y1為x1相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，參數(shù)k1為基線斜率，參數(shù)b1為基線常數(shù)，參數(shù)a1為高斯函數(shù)幅度，參數(shù)m1為赤經(jīng)方向的指向誤差，參數(shù)n為高斯函數(shù)半功率波束寬度；基于線性函數(shù)和高斯函數(shù)構(gòu)建用于描述所述赤緯掃描數(shù)據(jù)的第二參數(shù)化模型其中，x2為所述赤緯數(shù)據(jù)，y2為x2相應(yīng)的射電源功率數(shù)據(jù)，參數(shù)k2為基線斜率，參數(shù)b2為基線常數(shù)，參數(shù)a2為高斯函數(shù)幅度，參數(shù)m2為赤緯方向的指向誤差，參數(shù)n為高斯函數(shù)半功率波束寬度；將赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)代入所述第一參數(shù)化模型，并指定k1、b1、a1、n以及m1的初值；將赤緯掃描數(shù)據(jù)代入所述第二參數(shù)化模型，并指定k2、b2、a2、n以及m2的初值；基于代入赤經(jīng)掃描數(shù)據(jù)的第一參數(shù)化模型和代入赤緯掃描數(shù)據(jù)的第二參數(shù)化模型采用最小二乘擬合算法計(jì)算參數(shù)m1和參數(shù)m2，以得到赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差；通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將赤經(jīng)方向的指向誤差和赤緯方向的指向誤差換算到方位方向和俯仰方向的指向...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董健，吳亞軍，左秀婷，蔣甬斌，劉慶會(huì)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31