大射电望远镜馈源舱的目标跟踪与测量技术研究

摘要

大型射电望远镜(Large Radio Telescope-LT)馈源支撑及指向跟踪系统中馈源平台位姿实时动态跟踪测量技术是一个关键技术；其研究目的是在保证精度和频率的要求下，选取合适的测量方案及技术，为控制系统实时提供运动馈源的位姿，以便控制系统对馈源舱进行调整控制使馈源处于理论规划的运动轨迹。 本文主要对LT5m缩比模型的测量系统做了研究，主要工作包括以下三个方面。 针对测量系统的具体要求，结合大射电测量控制系统的总体设计方案，建立了LT5m模型的激光全站仪测量系统；分析了全站仪的测距原理及特性指标，完成了LT5m模型的系统标定及控制、测量、馈源系统的坐标统一；完成了测量数据到计算机的传输，使测量系统在软件上得以实现。 分析了馈源舱指向系统的力学模型，对馈源舱运动轨迹的特点进行了深入的研究，建立了馈源舱的目标跟踪模型，提出了滤波算法，通过仿真及模型实验验证了算法的有效性。 利用建立的测量系统，进行了馈源舱系统模型的开、闭环实验，从而为系统的运动控制奠定了基础，实现了对控制模型的修正。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1目标跟踪测量概述

1.1.1目标跟踪测量的基本原理

1.1.2常用的跟踪测量方法

1.1.3目标跟踪测量研究的发展方向

1.2大射电望远镜研究背景

1.3 FAST的技术指标

1.4馈源支撑及指向跟踪系统5m及50m缩比模型

1.5 LT馈源测量技术发展动态

1.5.1CCD测量技术方案

1.5.2全站仪测量技术方案

1.6本文主要工作

第二章机动目标跟踪

2.1引言

2.2机动目标跟踪

2.2.1机动目标跟踪基本原理

2.2.2机动目标跟踪基本要素

2.3机动目标模型

2.3.1 CV和CA模型

2.3.2时间相关模型(Singer模型)

2.3.3半马尔可夫模型

2.3.4 Noval统计模型

2.3.5机动目标当前统计模型

2.3.6机动目标的坐标转弯模型

2.3.7高度机动目标的Jerk模型

2.4自适应滤波

2.4.1检侧自适应滤波

2.4.2实时辨识自适应滤波

2.4.3全面自适应滤波

2.5跟踪坐标系的选择

2.5.1常用坐标系

2.5.2坐标变换关系

2.6小结

第三章测量系统研究

3.1引言

3.2测量设备的组成

3.2.1跟踪测量系统的硬件配置

3.2.2全站仪的定位原理

3.3全站仪的测距原理和特性指标

3.3.1测距原理

3.3.2 TCA1800全站仪的测距精度和测量时间

3.3.3目标自动识别功能

3.4 LT5m模型全站仪的标定

3.4.1设备组成

3.4.2设站几何原理

3.4.3设站结果

3.5坐标系的统一

3.5.1坐标系统的定义和实现

3.5.2坐标系统的转换

3.6测量软件的实现

3.6.1全站仪的软件结构

3.6.2测量软件

3.7小结

第四章目标跟踪的模型修正

4.1引言

4.2机动目标的“当前”概率密度模型

4.2.1机动加速度的“当前”概率密度

4.2.2机动加速度的非零均值时间相关模型

4.3自适应滤波

4.3.1离散状态方程

4.3.2自适应卡尔曼滤波算法

4.4模型修正

4.5模型验证

4.5.1仿真验证

4.5.2LT实验验证

4.6小结

第五章LT5m模型中的馈源舱运动分析与测量

5.1引言

5.2馈源舱指向系统的力学模型

5.2.1馈源舱支撑系统模型参数

5.2.2悬索的非线性静平衡方程

5.2.3馈源舱静平衡方程

5.2.4舱索系统的非线性静平衡方程

5.3馈源舱的运动规划

5.3.1匀速直线运动

5.3.2匀速水平圆弧运动

5.3.3沿天文观测轨迹的匀速曲线运动

5.4模型开环实验测量

5.4.1馈源舱初始点标定

5.4.2馈源静态位姿的精度

5.4.3机构运动的重复性实验

5.4.4沿规划轨迹运动的实验

5.5模型闭环实验测量

5.6小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

在读期间研究成果