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《解放军信息工程大学》 2017年
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FAST反射面节点测量数据处理方法研究

丁辰  
【摘要】:500米口径球面射电望远镜(FAST)是国家重大科技基础建设项目之一,对于射电天文观测的发展具有里程碑式的重要意义,将从本质上改善射电天文成像能力。天文观测中,位于喀斯特台址的球冠反射面会通过调整节点的位置,在天体方向形成约300 m口径的瞬时抛物面,并使馈源处于焦点处。这对诸多工程技术,尤其是大尺度的测量工作提出了更高的要求与更艰巨的挑战。本文针对FAST反射面节点测量的实施与数据处理工作展开了研究,以下是本文的主要研究成果与创新点:1.研究了FAST建设与运行过程中涉及到的天体测量坐标系和地面坐标系统。推导分析了天球坐标系与时间系统的转换关系,明确了FAST球心坐标系与工程坐标系。参与设计了FAST基准控制网,提出了一种可行的优化测量方案。推导分析了位置基准与方向基准对天文观测成果的影响,量化分析了天文测量中观测成果的改正。推证了台址内厘米级绝对点位精度与毫米级相对点位精度实现的可行性。2.针对FAST的跟踪观测模式,推导并分析了反射面整体的运动轨迹和天区覆盖范围,研究了离散节点的理想轨迹与馈源偏焦时的轨迹,证明了节点的运动是一个慢变的准静态过程。然后对节点的位置误差进行了推导分析,明确了各类误差的量级,对后续节点测量方案的选择提供了理论依据。3.参与FAST节点全站仪测量系统的部分开发工作。对测量设备的布设进行了现场实验,根据合作目标回光法线偏角的阈值推算了仪器在不同基准观测墩上所能观测节点的覆盖范围。然后依据现场连续观测实验数据对台址中测距的气象因素影响进行了推导分析。4.针对瞬时抛物面中节点测量成果的归算,推导分析了特定的设计坐标系与测量坐标系之间的转换关系。对坐标转换参数常见的迭代方法进行了研究,提出了全站仪后视定向的四参数模型。实验证明,对于强制对中装置上精密整平并带有自动补偿装置的全站仪,简化的四参数转换模型能够满足精度需要。5.对FAST天线中瞬时抛物面拟合参数的求解方法与精度评定进行了研究。指出了采用半光程差衡量天线表面精度的重要性,并推导了利用反射面连续内插点评定整体精度的积分形式。最后利用抗差估计相关理论方法,对模拟实验以及现场实测数据进行了拟合与精度评定,提高了约两倍的精度,并进一步依据点位在球面径向的偏移量对节点位置进行模拟补偿,将节点的位置精度提高了一个量级,对提高天线性能具有重要意义。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P111.44

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