LAMOST焦面板光纤定位单元的闭环控制研究

摘要

为了使LAMOST（大天区多目标光纤光谱天文望远镜）能够使焦面板光纤定位单元的走位精度进一步提高，同时也使其整体系统功能更加完善，希望尝试进行LAMOST焦面板光纤定位单元的闭环控制。本文围绕完成定位单元的闭环控制为核心，主要完成以下任务的研究:
　　(1)对多项式标定模型在LAMOST焦面板光纤定位单元标定中的应用进行了详细的研究。重点对多项式标定模型中标定参数数量参与计算数据数量对拟合参数的准确度进行了实验，得出使用参数数量为20的多项式标定模型较参数数量为30的多项式标定模型更为有利的结论。
　　(2)研究了CCD相机位置的微小移动对标定结果的影响。在CCD相机位置移动后使用原标定参数计算坐标位置将之与实际位置进行对比，发现差别较大。原参数无法使用，需要重新标定。使得LAMOST闭环标定的实际运用中必须对所有单元的光纤位置实时检测，然后更新、记录。重新拟合标定参数最终实现闭环控制的正常运作。
　　(3)模拟了光纤定位单元的闭环控制实验，设计了84点新型走点网格在万工显平台下模拟了单元闭环控制。说明了现有大单元完全适用于闭环控制条件下的光纤定位，而控制单元运动的闭环走位的次数以三次为宜。侧面证明当需要移动光纤至任意位置时，闭环控制总能将光纤的最终位置与预期位置之间误差限制在10um之内。
　　(4)前照法检测光纤位置。前照法作为一种新型的新型检测方式，阐述了前照方式进行LAMOST光纤位置检测的优势，重点介绍了以改进的8点联通法，形状特征约束法，和最小值匹配法等新型检测方法。以实例描述了前照法获得光纤位置的具体流程，以实验数据证明了前照法的可行性。在实验中前照走点的光点检出率为84.2％。检出光点3461，3σ内光点数3334占检出光点的96.33％。说明前照法作为LAMOST光纤位置检测的新方式，完全能够满足实时光纤位置提取的需要。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 LAMOST项目简介

1．2 BigBOSS项目简介

1．3 LAMOST焦面板光纤定位系统介绍

1．4 本文的主要研究内容和行文安排

第2章 LAMOST焦面标定中的机器视觉系统研究

2．1 实验平台的搭建

2．2 多项式标定模型研究

2．2．1 多项式标定模型

2．2．2 应用最小二乘法对多项式的求解

2．2．3 LAMOST焦面板单元标定中对多项式的求解

2．2．4 实验结果与分析

2．3 多项式标定模型中参与计算数据数量实验

2．3．1 实验目的与背景

2．3．2 实验步骤

2．3．3 实验结果

2．4 CCD相机位置的微小移动对标定结果的影响

2．5 CCD相机运行后发热升温对重复精度的影响

2．5．1 2K CCD相机发热试验

2．5．2 4K CCD相机发热试验

2．6 本章小节

第3章 光纤定位单元的闭环控制

3．1 闭环控制简介

3．1．1 原理

3．1．2 闭环控制与开环控制

3．2 光纤定位单元的开环控制

3．3 光纤定位单元的闭环控制

3．3．1 光纤定位单元的检测

3．3．2 光纤定位单元的闭环控制实验

3．5 本章小节

第4章 前照法检测光纤位置

4．1 前照法提取光纤光斑

4．1．1 亮点阈值的选取

4．1．2 光斑位置的确定

4．1．3 目标光斑与干扰光斑的区分

4．2 光斑位置与单元实际位置的匹配

4．2．1 最小值匹配法

4．2．2 光斑位置计算与单元位置匹配

4．3 LAMOST现场拍摄图像处理

4．4 本章小节

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 未来展望

参考文献

附录一： 闭环走位位置、行进脉冲、误差

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢