下一代光纖定位系統的關鍵技術研究

《下一代光纖定位系統的關鍵技術研究》是依託中國科學技術大學，由翟超擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：下一代光纖定位系統的關鍵技術研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：翟超
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

我國首創的並行可控式光纖定位方式突破了多目標觀測手段在觀測數量上的限制，使得巡天望遠鏡的觀測目標數提高了近一個量級，並且可以繼續提高觀測目標數。基於這種定位方式，國內外許多新的巡天計畫要求更多光纖數目、更大光纖密度，由於擁有更好的台址，其對定位精度的要求也大大提高。雖然我們擁有LAMOST光纖定位裝置的成功經驗，但要滿足下一代巡天計畫的要求，仍然有幾項關鍵技術需要進行系統而深入的研究，包括新型微小尺寸光纖定位單元的研製及各項性能的研究、基於無線通訊的大密度多節點數並行閉環控制系統及其抗干擾研究、大尺寸多目標高效高精度光纖位置測量系統研究、光纖定位裝置承載系統力學特徵及大溫度變化範圍內面型穩定性研究、基於並行可控制式光纖定位裝置的天文觀測規劃研究等。本項研究的目的是，通過以上各項研究，克服技術難關，為滿足未來巡天計畫對光纖定位大數量、高密度、高精度、高效率的要求奠定基礎。

結題摘要

我國首創的並行可控式光纖定位方式突破了多目標觀測手段在觀測數量上的限制，使得巡天望遠鏡的觀測目標數提高了一個量級，並且可以繼續提高觀測目標數。目前正在進行的美國DESI計畫、日本PFS計畫以及歐洲VLT望遠鏡的MOONS都基於這種定位方式，這些巡天計畫要求更多光纖數目、更大光纖密度，定位精度也大大提高。為了滿足下一代巡天計畫中單元密度高、定位精度高、運行速度快的要求，需要研究小尺寸定位單元及安裝方式、高精度光纖位置測量方法、閉環定位控制、觀測規劃等幾項關鍵技術。 經過這幾年的努力，設計研製了從直徑16mm到直徑8.5mm的一系列尺寸的光纖定位單元，並利用系統仿真技術對設計結果進行了模擬，分析了其運動穩定性和可靠性，對關鍵的傳動部分實現了參數化設計。提出了模組化光纖定位裝置新概念，可以大大改善高密度單元的安裝工藝性，降低安裝難度。 通過對目標點的光學特性研究，發現通過改善光源，可以提高測量的精度，根據該結果，郭守敬望遠鏡已經研製和更換了新的背照光源；研究多相機分割測量及快速處理，針對大視場焦面尺寸比較大的特點，研究了多相機分割測量及融合；研究了高精度參考點的布置和標定，保持精度不變的情況下，可以大大降低參考光纖的數量。 針對光纖定位控制系統的特點，創建了獨特的組合式通訊模式，可以保證在閉環系統中無線系統的高效可靠通訊，通過實驗驗證通訊的可靠性；研製多種控制形式，以滿足高密度及模組化的系統要求； 焦面板的研究中提出了當量板的概念，即用相同尺寸的當量未開孔板來代替真實的開孔板，並與真實板表現出相同的特徵，採用這種方法，對支撐的力學特性、面型穩定性、製造穩定性做了系統研究。 觀測規劃針對天文望遠鏡巡天的特點，採用給定的真正天體為目標源，最佳化了光纖的控制方式，減少光纖碰撞，提高了光纖的有效利用率和覆蓋率；考慮了目標源的優先權、避開特殊目標等因素，研究了觀測規划算法。 通過上述研究和設備研製，為將來大密度高精度光纖定位系統建立了較為完善的理論和實驗體系。