LAMOST光纤定位单元跑合测试与误差分析

摘要

国家大科学工程LAMOST(large sky area multi-object fiber spectroscopy telescope)是一台兼备大视场和大口径的卧式中星仪式反射施密特天文望远镜。LAMOST要求能够对直径1.75m球冠状焦面板上的4000个光纤定位单元进行快速准确对准观测对象，实现对4000个星体目标进行同时观察，其定位精度要求达到40μm。每根光纤及其控制机构组成一个光纤定位单元。光纤定位单元采用双回转机构，包括臂长相等的一中心回转轴和一偏心回转轴，两回转轴均由脉冲电机驱动，中心回转轴可以在0～360°范围内转动，偏心回转轴可以在0～180°范围内转动，可以实现直径35mm的整个圆区域的任意位置进行精确定位。 本文主要围绕精度这个核心，分析影响精度的各种因素，结合实际情况与现有条件，提出相关的测试方法，研究实验数据处理与分析的相关算法，对出厂的光纤定位单元进行跑合测试，检验光纤定位单元是否满足定位精度要求。本文介绍测试方法、数据处理算法、软件编写、误差分析等。主要完成以下任务： 1、搭建光纤定位单元测试平台；对4000多个光纤定位单元进行跑合测试，主要包括重复定位标准不确定度测试、单元定标、角度误差测试、星像仿真测试等。 2、研究实验数据处理算法；对测试数据进行处理分析和整理，计算光纤定位单元精度；利用MATLAB和VC++编写数据处理与分析软件；利用超文本编辑语言HTML建立光纤定位单元验收档案。 3、研究系统的各种误差，对各种误差的性质、出现规律、产生原因进行分析研究，建立数学模型，利用最小二乘法对实验数据进行拟合与优化；利用仿射变换模型对数据进行旋转、缩放、平移，消除了图像之间的抖动，有效的提高了测量精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 LAMOST项目简介

1.2 LAMOST焦面光纤定位系统介绍

1.3跑合测试的目的与作用

1.4跑合测试平台的搭建

1.5本文的主要研究内容及行文安排

第2章光纤定位系统误差分析

2.1误差与精度

2.2误差来源分析

2.2.1光纤定位单元本身定位误差

2.2.2测量误差

2.2.3数据处理误差

2.2.4环境因素误差

2.3光纤定位单元消隙与零位

2.4本章小结

第3章光纤定位单元跑合测试

3.1测试方法选择

3.2重复定位标准不确定度测试

3.2.1测量方法与计算公式

3.2.2实验数据分析

3.3单元定标

3.3.1单元定标原理与参数计算

3.3.2实验数据分析

3.4角度误差测试

3.5星像观测仿真测试

3.5.1模拟星像产生和参数计算

3.5.2星像分配与处理

3.5.3干涉现象与消除方法

3.5.4最大安全角与光纤定位单元运转方式

3.5.5区域重叠法干涉计算

3.5.6星像观测仿真

3.5.7实验数据分析

3.6本章小节

第4章数据处理分析软件开发与拟合优化

4.1开发软件工具特点与环境介绍

4.1.1 MATLAB简介

4.1.2 Visual C++简介

4.1.3 MATLAB与C++比较

4.2数据处理分析程序开发

4.2.1分配虚拟内存

4.2.2设置参数

4.2.3处理文件

4.2.4处理数据

4.2.5拟合圆心和半径

4.3分析程序开发

4.3.1混合编程的方法

4.4.2 MALAB引擎函数库介绍

4.4.3混合编程具体实现过程

4.3.4分析程序功能实现

4.4数据拟合优化

4.4.1最小二乘法曲线拟合原理

4.4.2拟合函数lsqcurvefit简介

4.4.3利用仿射变换消除图像抖动

4.4.4拟合方位角和俯仰角

4.4.5拟合齿形误差

4.5测试档案整理与总结

4.5.1光纤定位单元档案参数计算

4.5.2光纤定位单元测试档案制作

4.5.3光纤定位单元精度测试总结

4.6本章小结

第5章总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢