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《基于主动反射面主动形变的相位恢复全息法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第58卷第5期天文学报Vol.58No.52017年9月ACTAASTRONOMICASINICASept.,2017doi:10.15940/j.cnki.0001-5245.2017.05.004基于主动反射面主动形变的相位恢复全息法研究王志桥1,2陈卯蒸1裴鑫1y王军1,3(1中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011)(2新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046)(3中国科学院大学北京100049)摘要大口径射电望远镜的表面精度是影响天线性能的重要因素之一,受面板加工、安装以及重力、温度和风载的影响,极大地限制了天线的观测效率.基于较副面六联杆更加精确可控的主动面技术,
2、首次采用泽尼克(Zernike)多项式表示连续变化的主动形变相位因子,通过调整主动面获取远场幅值,即可检测表面误差.通过建立数值仿真模型,计算了任意表面形变的恢复误差,并研究了在多种连续主动面变化下的表面形变恢复效果.结果表明此方法可以稳定精准地检测表面形变,从而有效提高射电望远镜的观测效率.关键词望远镜,方法:数据分析,物理数据及处理中图分类号:P111;文献标识码:A1引言大口径反射面天线是射电天文观测和深空探测的关键设备之一.然而,反射面的表面精度却限制了天线的观测效率.表面精度不仅受到面板制造和装配精度的影响,而且也受到自身重力、温度、风载等准实时性因素的影响[1−3].为了
3、检测天线反射面表面形变,先后出现了经纬仪测量、全站仪测量、激光跟踪测量、摄影测量等检测技术[4],但由于这些方法在测量过程中,存在测量时间长、操作复杂而且只能在特定的天线姿态下进行测量等缺点,因此,不能满足现代大口径天线的应用需求.微波全息法[5−8]具有测量精度高、测量效果全面和测量费用低等优点,在天线表面检测中获得了广泛应用.相位恢复全息法[9−10]属于微波全息法的一类,其原理是利用远场和口径场之间存在的快速傅里叶变换关系(FastFourierTransform,缩写为FFT),通过测量天线远场幅值分布恢复出口径场的相位分布,进而推导出对应的反射面表面形变.由于此方法只需多次
4、测量天线的远场方向图幅值,就可以检测反射面表面的形变,因此不需要额外设备就可以实现测量.在天线表面检测的相位恢复算法中,Misell算法是2017-03-01收到原稿,2017-04-01收到修改稿国家重点基础研究发展计划(2015CB857100),中国科学院天文台站设备更新及重大仪器设备运行专项经费,国家自然科学基金项目(11403091、11253001、U1431230)资助ypeixin@xao.ac.cn45-158卷天文学报5期在Gerchbergh-Saxton(简称GS)算法的基础上提出的[11],随后被用在了很多天线的表面形变检测中并取得了不错的效果[12−13
5、].为了快速精确地调整主反射面,新型大口径反射面天线相继采用了基于促动器调节的主动面控制系统,这也使得天线面板的调整变得更加快速、便捷.目前,世界上使用主动面系统的望远镜中,比较典型的有美国GBT(GreenBankTelescope)100m、上海天马(简称TM)65m和贵州FAST(FivehundredmeterApertureSphericalradioTelescope)500m,正在筹建中的新疆QTT(QiTairadioTelescope)110m也将采用主动面控制系统.随之,一种基于主动面的相位恢复方法[14]被提出,文献[14]中针对反射面环形形变做了仿真分析,为将
6、来进一步研究表面形变的检测方法提出了一种新的思路.在Misell算法中,天线远场幅值的测量需要移动馈源或者副面,获取在聚焦和离焦状态下的远场方向图幅值,而主动面检测方法的优点是在天线聚焦时,通过利用促动器调整面板形状直接测量算法所需要的远场方向图幅值,这样不仅测量时间短、可以满足实时测量的要求,而且每次测量促动器的调节量也可以灵活变化,减小系统误差带来的影响.在文献[14]中提到了由促动器和副面移动引入的误差,如上海TM65m的六联杆副面定位精度为50µm[15−16],而它的促动器定位精度高达15µm,美国GBT100m的促动器定位精度也达到了25µm.通常情况下,主反射面上促动器
7、的定位精度要高于副面定位精度,这样通过调整主动面测量的远场数据将会更准确,使得获取的远场数据也能更真实地反映反射面表面形变情况.本文首次研究了基于主动反射面连续主动形变的相位恢复全息法,通过数值仿真验证了该方法的可行性.文中首先根据主动面相位恢复全息法的原理,详细地分析了主动面测量方法;随后,用泽尼克(Zernike)多项式和高斯函数分别表示口径场的相位和幅值,以此建立天线仿真模型,通过数值仿真恢复天线随机表面形变,计算恢复精度;最后,研究了在不同主动面变
