斜轴式太赫兹天线指向误差模型研究

论文摘要

相对于传统地平式或赤道式望远镜,斜轴式望远镜因其特殊的机架结构更能适应自然条件严酷的极端台址环境。十二五国家重大基础科技设施的南极Dome A 5米口径太赫兹望远镜(DATE5)正是采用了斜轴式机架设计以适应南极冰穹A高寒以及无人值守的台址条件。相对于地平式和赤道式望远镜,斜轴式望远镜在天文领域的应用相对较少,针对其特殊非正交轴系运动特性的研究,尤其是指向误差修正模型的研究还比较缺乏。基于此研究背景,本论文致力于建立一套适合斜轴式天线结构的高精度指向误差修正模型。首先,推导出了斜轴式机架与传统地平式机架之间的坐标转换关系,在此基础上根据地平式天线的经典指向模型类比得到斜轴式天线的解析参数指向模型。接下来,提出一种基于数字摄影测量技术的新型指向误差测量方法,该方法通过数字摄影测量精确获得天线各部件之间的相对运动关系,从而在不依赖天文观测的条件下就对天线指向误差进行标定,并且还可以对指向模型中的各误差项进行分离和单独测量。采用该方法对紫金山天文台1.2m口径斜轴式亚毫米波天线的指向误差特性开展了实验研究。根据实验测量结果,建立了该天线指向误差的解析参数模型,并根据天线自身的运动特点在传统的七项参数模型的基础上引入了一些新的误差项。此外,还对指向模型中的一些主要误差项进行了分离测量,并将独立测量的误差系数与通过模型拟合的误差系数进行了比较,从而验证了指向模型的准确性和合理性。最后,采用传统解析参数模型与BP神经网络模型相结合的方法,对天线的全天指向误差进行了拟合,进一步提高了指向模型的精度和可靠性。本研究的成果为DATE5望远镜的工程建设奠定了指向测量和修正方面的技术基础,并可为未来同类型望远镜的研制提供技术参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 指向误差模型
•     1.2.2 指向误差测量方法
•     1.2.3 斜轴式天线
•   1.3 本文主要的研究内容
• 第2章 天线指向误差模型
•   2.1 指向误差模型理论基础
•   2.2 斜轴式天线及其指向误差模型
•     2.2.1 斜轴-方位轴坐标系
•     2.2.2 斜轴式天线指向误差模型
•   2.3 BP神经网络模型
•     2.3.1 BP神经网络基础
•     2.3.2 基于BP神经网络的天线误差指向模型
•   2.4 指向误差模型性能仿真
• 第3章 天线指向误差测量
•   3.1 数字摄影测量技术及其在天文领域的应用
•   3.2 基于数字摄影测量技术的天线指向测量
•     3.2.1 测量流程
•     3.2.2 指向误差的提取
•     3.2.3 测量精度验证
• 第4章 1.2米斜轴式天线指向误差的实验研究
•   4.1 1.2米斜轴式天线简介
•   4.2 单轴轴角误差及轴系误差拟合
•     4.2.1 解析参数模型
•     4.2.2 结合解析参数模型与BP神经网络的优化模型
•   4.3 全天指向误差模型拟合
•     4.3.1 解析参数模型
•     4.3.2 结合解析参数模型与BP神经网络的优化模型
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 进一步的工作方向
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王钰

导师: 娄铮,左营喜

关键词: 天线,斜轴,指向模型,数字摄影测量,神经网络

来源: 上海师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 上海师范大学

分类号: O441.4;TN820

总页数: 53

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