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基于SMART的光纤光谱望远镜中光纤定位闭环控制算法研究
1
作者
杨浩杰
甘兆虚
+8 位作者
王安之
王佳斌
隋响
窦智
薛维玺
罗佳顺
严云翔
耿涛
孙伟民
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第12期3455-3464,共10页
基于大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)的焦面板上双旋转定位装置的光纤对准需求,结合可以实现光纤实时定位的异形微透镜瞄准器(SMART)结构,提出了一种可以实现光纤闭环定位的控制算法。在闭环控制过程中,当光纤与星象发生错...
基于大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)的焦面板上双旋转定位装置的光纤对准需求,结合可以实现光纤实时定位的异形微透镜瞄准器(SMART)结构,提出了一种可以实现光纤闭环定位的控制算法。在闭环控制过程中,当光纤与星象发生错位时,星光会偏离SMART的中心平板,进入异形微透镜,然后异形微透镜会将部分星光偏折进对应方向的反馈光纤中。根据六根反馈光纤收到的光强信号,计算相对反馈光纤的光强对比度,得出错位的方位信息,并发出控制信号反馈给光纤定位单元,驱动双旋转定位装置动态调整角度,从而实现高精度对准;其设计逻辑与双旋转定位装置的光纤对准需求高度契合,因为双旋转装置依赖两个独立旋转轴(中心轴和偏心轴)实现二维定位,而闭环控制通过实时反馈信号动态修正双轴角度,补偿机械误差和环境扰动,最终满足大规模光纤阵列对高精度、高效率对准的要求。首先分析了双旋转定位装置的旋转角度与移动距离的对应关系,设计了一种双旋转定位装置的两轮多步收敛方法。分析了在双转轴不同展开情况下,光纤与星像的对准路径的计算公式。在第一轮定位中单次步长设为30μm,设置对比度阈值为0.9;第二轮定位中单次步长设为10μm,对比度阈值根据标定确定。光纤从错位到对准需要经过多次的运动,定位单元每移动一次控制系统都会再次获取探测系统的实时反馈信号,来判断光纤是否达到了阈值要求。在实验室搭建了LAMOST的模拟光路,完成了双转轴长度的标定,对光纤闭环定位系统的定位精度及定位时间进行了测试。结果表明,利用该定位系统可以使任意错位的初始状态光纤在平均27.6 s的校正时间内回到与星像对准的状态,72.5%的光纤校正精度位于10μm以内,97.5%的光纤校正精度位于30μm以内。
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关键词
天文光谱
LAMOST
光纤定位
闭环控制
异形
微
透镜
瞄准
器
(
smart
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职称材料
题名
基于SMART的光纤光谱望远镜中光纤定位闭环控制算法研究
1
作者
杨浩杰
甘兆虚
王安之
王佳斌
隋响
窦智
薛维玺
罗佳顺
严云翔
耿涛
孙伟民
机构
哈尔滨工程大学物理与光电工程学院
哈尔滨工程大学青岛创新发展中心
出处
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第12期3455-3464,共10页
基金
天文联合基金项目(U2031132)资助。
文摘
基于大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)的焦面板上双旋转定位装置的光纤对准需求,结合可以实现光纤实时定位的异形微透镜瞄准器(SMART)结构,提出了一种可以实现光纤闭环定位的控制算法。在闭环控制过程中,当光纤与星象发生错位时,星光会偏离SMART的中心平板,进入异形微透镜,然后异形微透镜会将部分星光偏折进对应方向的反馈光纤中。根据六根反馈光纤收到的光强信号,计算相对反馈光纤的光强对比度,得出错位的方位信息,并发出控制信号反馈给光纤定位单元,驱动双旋转定位装置动态调整角度,从而实现高精度对准;其设计逻辑与双旋转定位装置的光纤对准需求高度契合,因为双旋转装置依赖两个独立旋转轴(中心轴和偏心轴)实现二维定位,而闭环控制通过实时反馈信号动态修正双轴角度,补偿机械误差和环境扰动,最终满足大规模光纤阵列对高精度、高效率对准的要求。首先分析了双旋转定位装置的旋转角度与移动距离的对应关系,设计了一种双旋转定位装置的两轮多步收敛方法。分析了在双转轴不同展开情况下,光纤与星像的对准路径的计算公式。在第一轮定位中单次步长设为30μm,设置对比度阈值为0.9;第二轮定位中单次步长设为10μm,对比度阈值根据标定确定。光纤从错位到对准需要经过多次的运动,定位单元每移动一次控制系统都会再次获取探测系统的实时反馈信号,来判断光纤是否达到了阈值要求。在实验室搭建了LAMOST的模拟光路,完成了双转轴长度的标定,对光纤闭环定位系统的定位精度及定位时间进行了测试。结果表明,利用该定位系统可以使任意错位的初始状态光纤在平均27.6 s的校正时间内回到与星像对准的状态,72.5%的光纤校正精度位于10μm以内,97.5%的光纤校正精度位于30μm以内。
关键词
天文光谱
LAMOST
光纤定位
闭环控制
异形
微
透镜
瞄准
器
(
smart
)
Keywords
Astronomical spectroscopy
The large sky area multi-object fiber spectroscopic telescope(LAMOST)
Optical fiber positioning
Closed-loop control
Special-shaped micro-lens aimer(
smart
)
分类号
P111.3 [天文地球—天文学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于SMART的光纤光谱望远镜中光纤定位闭环控制算法研究
杨浩杰
甘兆虚
王安之
王佳斌
隋响
窦智
薛维玺
罗佳顺
严云翔
耿涛
孙伟民
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025
0
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