[發明專利]大口徑射電望遠鏡運動中掃描模式軌跡規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202110239175.8
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112597429B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 鄧賽;范俊峰;吳正興;周超;景奉水;譚民
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06Q10/04;G02B23/00
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于大口徑射電望遠鏡運動控制領域，具體涉及了一種大口徑射電望遠鏡運動中掃描模式軌跡規劃方法及系統，旨在解決大口徑射電望遠鏡頻繁急速變速變向帶來的速度不連續及掃描軌跡有效利用率低的問題。本發明包括：基于天區掃描參數，初始化各待規劃掃描段的起止處赤經赤緯位置和速度；提取天球坐標系中赤經赤緯，并結合時間作為待規劃變量構建赤經?赤緯?時間的時空Bezier曲線方程；以曲線曲率最小為目標，綜合正常掃描段軌跡，獲取天球坐標系下掃描天區赤經赤緯完整軌跡；轉換獲取饋源終端地球東?北?天坐標系下的規劃后運行軌跡。本發明OTF掃描速度連續，對系統沖擊小，規劃后軌跡中沒有停頓過程，提高了掃描軌跡的有效利用率。

技術領域

本發明屬于大口徑射電望遠鏡運動控制領域，具體涉及了一種大口徑射電望遠鏡運動中掃描模式軌跡規劃方法及系統。

背景技術

500米口徑球面射電望遠鏡（FAST，Five-hundred-meter Aperture Sphericalradio Telescope）是我國自主建成的世界最大單口徑球面射電望遠鏡，如圖3所示。作為FAST工程六大系統之一的FAST饋源支撐系統由六索牽引并聯機構、AB軸旋轉機構和Stewart并聯機構組成，它的職責是將饋源終端準時、準確地定位到主動反射面擬合拋物面的焦點位置，并使饋源終端指向特定的方位。針對不同的天文觀測任務，FAST目前包含有換源、靜態掃描、天文跟蹤、編織式掃描和運動中掃描（OTF，On-The-Fly）五種運行模式。OTF掃描模式要求望遠鏡在天球坐標系中沿赤經或者赤緯方向來回掃描一塊預定的矩形天區。OTF掃描模式根據掃描的方向又可以分為如圖4所示的沿赤經方向掃描和如圖5所示的沿赤緯方向掃描。沿赤經方向OTF掃描模式的軌跡由沿赤緯方向的掃描段和沿赤經方向的過渡段組成，且兩者相互交替；沿赤緯方向OTF掃描模式的軌跡由沿赤經方向的掃描段和沿赤緯方向的過渡段組成，且兩者相互交替。OTF掃描模式的每一條掃描線在天球坐標系是勻速的，而在地球東-北-天坐標系下則是變速的。特別地，OTF掃描模式下相鄰兩條赤緯/赤經掃描線之間存在一段沿赤經/赤緯方向的過渡段曲線，若不對此過渡段曲線進行合理的規劃，則每一條掃描線與過渡段銜接處饋源終端的速度存在急速變速、變向的情況；另外，當望遠鏡從靜止啟動與OTF掃描結束后停止時，若不對此軌跡進行合理規劃，則望遠鏡在啟動與停止階段的速度存在跳變情況。以上兩種情況生成的急速變速、變向、急起、急停軌跡對于由柔性鋼索牽引的重達30噸的饋源艙來說，平穩控制是非常困難的，極易對饋源支撐系統產生巨大沖擊，影響系統控制精度，嚴重情況下可能會對機構構成不可預估的損壞。

針對大口徑射電望遠鏡OTF掃描模式的軌跡規劃已有部分研究，但現有的研究針對相鄰兩條掃描線之間過渡段的規劃存在過多的加減速階段或者停頓階段，頻繁過多的加減速和停頓消耗了過多的時間用于相鄰掃描線之間的過渡，降低了OTF掃描模式下軌跡的有效利用率。作者此前提出了一種將地球東-北-天坐標系中三維空間的軌跡規劃轉換到天球坐標系中二維空間的軌跡規劃的方法[1]，此算法可滿足大口徑射電望遠鏡的工程需求，但是此算法在相鄰兩條掃描線之間的過渡段的規劃存在多處的加減速和停頓過程，從而導致OTF掃描模式下軌跡的有效利用率不高。因此，提高掃描軌跡的有效利用率，優化針對大口徑射電望遠鏡OTF掃描模式的軌跡規劃已成為本領域的研究方向。

以下文獻是與本發明相關的技術背景資料：

[1]DENG S, JING F, YANG G, et al. Research on trajectory planning ofOn-The-Fly observing for the active feed receiver in FAST [C]， Proceeding ofthe 34th Chinese Control Conference, IEEE, 2015: 4393-4399。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即大口徑射電望遠鏡OTF掃描模式天區掃描過程中饋源終端因頻繁急速變速變向帶來的速度不連續以及掃描軌跡的有效利用率較低的問題，本發明提供了一種大口徑射電望遠鏡運動中掃描模式軌跡規劃方法，該方法包括：