用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法技术

本发明专利技术属于大口径射电望远镜的运动控制领域，具体涉及一种用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法、系统、装置，旨在解决天文跟踪过程中馈源终端因急速加减速运动引起馈源支撑系统的冲击问题。本系统方法包括获取射电望远镜、馈源终端、待观测射电源的参数；获取待观测射电源的时角，通过馈源终端正常观测时的运行轨迹方程，获取时角变化的最大速度及最小的最大加速度；对构建的时角二阶导连续的时角轨迹规划方程求导，获取射电望远镜从静止到正常观测阶段的最小运行时间；获取时角轨迹；基于时角轨迹，通过馈源终端正常观测时的运行轨迹方程获取馈源终端的规划运行轨迹。本发明专利技术降低了馈源支撑系统因急速加减速运动引起的系统冲击。

Trajectory planning method for astronomical tracking mode of large aperture radio telescope

【技术实现步骤摘要】
用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法
本专利技术属于大口径射电望远镜的运动控制领域，具体涉及一种用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法、系统、装置。
技术介绍
FAST是五百米口径球面射电望远镜的简称，是我国自主建成的世界最大单口径球面射电望远镜，如图3所示。FAST馈源支撑系统由六索牵引并联机构、AB轴旋转机构和Stewart并联机器人组成，它的任务是将馈源接收机准时、准确地定位到主动反射面拟合抛物面的焦点位置，并使馈源接收机指向特定的方位。FAST天文跟踪模式是一种用于观测固定射电源的运行模式，当望远镜从静止到启动进行天文跟踪时，其在地球坐标系对应的目标轨迹是一条急速启停的复杂轨迹。这种急速启停的轨迹对于由柔索牵引的重达30吨的馈源终端来说是非常困难的，如果不对目标轨迹进行科学的规划，目标轨迹将对馈源支撑系统产生巨大的冲击，此冲击不仅会影响系统控制精度，还可能会对系统结构产生不可预估的损害。目前，针对大口径射电望远镜(如FAST)天文跟踪模式的轨迹规划方法研究不多。对于这种三维空间中的轨迹规划问题，通常是将轨迹拆分成三个坐标轴分量分别进行规划。为降低直接在三维空间进行规划的复杂度，作者在此之前提出了一种将三维空间轨迹规划转换到天球坐标系的轨迹规划算法(可参考：DENGS,JINGF,YANGG,etal.ResearchonAstronomicalTrajectoryPlanningAlgorithmforFAST[C]，Proceedingofthe29thChineseControlandDecisionConference,IEEE,2017:5060-5065)，此算法满足大口径射电望远镜的工程需求，但是在获取大口径射电望远镜从静止到正常观测阶段的运行轨迹所对应的最小运行时间时采用迭代操作，对系统的实时性存在潜在的影响。因此，现有的天文跟踪模式轨迹规划方法仍存在优化空间。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决大口径射电望远镜天文跟踪过程中馈源终端因急速加减速运动引起馈源支撑系统的冲击问题，本专利技术第一方面，提出了一种用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划的方法，该方法包括：步骤S100，获取大口径射电望远镜预设的观测参数、馈源终端运行的最大速度Vmax、最大加速度Amax及待观测射电源的赤经、赤纬；步骤S200，基于所述赤经、所述预设的观测参数，获取所述待观测射电源的时角；并结合Vmax、Amax，通过预设的第一方程得到时角变化的最大速度及最小的最大加速度所述第一方程为馈源终端正常观测时的运行轨迹方程；步骤S300，对第二方程求导，并以作为约束条件，获取第一轨迹的最小运行时间，作为第一时间；所述第二方程为采用五次多项式轨迹规划方法，构建时角二阶导连续的时角轨迹规划方程；所述第一轨迹为大口径射电望远镜从静止到正常观测阶段的运行轨迹；步骤S400，将所述第一时间、第二时间中的最大值作为所述第一轨迹的运行时间；并基于所述第二方程，获取时角轨迹；所述第二时间为馈源支撑系统的控制周期与设定倍数的乘积；步骤S500，基于所述时角轨迹，依据所述第一方程，获取所述馈源终端的规划运行轨迹。在一些优选的实施方式中，所述预设的观测参数包括正常观测的开始时间tstart、结束观测的时间tend、大口径射电望远镜所处的经度λ、纬度及主动反射面曲率半径R和反射焦比f、观测当天世界时间0时对应的恒星时S0。在一些优选的实施方式中，步骤S200中“获取所述待观测射电源的时角”，其方法为：H＝S0+(t-8)·(1+μ)+λ-α其中，H为时角，t为北京时间，μ为常数，α为待观测射电源的赤经。在一些优选的实施方式中，所述预设的第一方程，其表示为：其中，馈源终端正常观测时的运行轨迹，δ为待观测射电源的赤纬。在一些优选的实施方式中，步骤S200中“通过预设的第一方程得到时角变化的最大速度及最小的最大加速度其方法为：步骤S210，基于获取所述馈源终端在东-北-天坐标系中的位置，对所述预设的第一方程中的时间参数进行二阶求导，获取所述馈源终端的速度及加速度；步骤S220，对所述馈源终端的速度和加速度求2-范数，构建获取时角速度及加速度大小的方程；其中，为时角速度，为时角加速度，为馈源终端的加速度，为馈源终端的速度；步骤S230，基于Vmax、Amax，依据步骤S220的方程，获取时角变化的最大速度及最小的最大加速度。在一些优选的实施方式中，所述第二方程，其表示为：H(t)＝S0+β·t+(tstart-8)·(1+μ)+λ-α其中，H(t)为时角二阶导连续的时角规划轨迹，T为大口径望远镜从静止到正常观测阶段轨迹运行所需的时间。在一些优选的实施方式中，步骤S300中“获取第一运动轨迹的最小运行时间”，其方法为：通过对所述待观测射电源的时角进行三阶求导，获取时角变化速度的极值、时角变化加速度的极值；设定所述时角变化速度极值和所述时角变化加速度极值均不大于获取多个大口径望远镜从静止到正常观测阶段轨迹运行所需的时间T的约束条件，将约束条件中T最大的最小值作为第一运动轨迹的最小运行时间。本专利技术的第二方面，提出了一种用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划的系统，该系统包括获取预设参数模块、获取时角变化模块、获取最小时间模块、获取运行时间模块、输出运行轨迹模块；所述获取预设参数模块，配置为获取大口径射电望远镜预设的观测参数、馈源终端运行的最大速度Vmax、最大加速度Amax及待观测射电源的赤经、赤纬；所述获取时角变化模块，配置为基于所述赤经、所述预设的观测参数，获取所述待观测射电源的时角；并结合Vmax、Amax，通过预设的第一方程得到时角变化的最大速度及最小的最大加速度所述第一方程为馈源终端正常观测时的运行轨迹方程；所述获取最小时间模块，配置为对第二方程求导，并以作为约束条件，获取第一轨迹的最小运行时间，作为第一时间；所述第二方程为采用五次多项式轨迹规划方法，构建时角二阶导连续的时角轨迹规划方程；所述第一轨迹为大口径射电望远镜从静止到正常观测阶段的运行轨迹；所述获取运行时间模块，配置为将所述第一时间、第二时间中的最大值作为所述第一轨迹的运行时间；并基于所述第二方程，获取时角轨迹；所述第二时间为馈源支撑系统的控制周期与设定倍数的乘积；所述输出运行轨迹模块，配置为基于所述时角轨迹，依据所述第一方程，获取所述馈源终端的规划运行轨迹。本专利技术的第三方面，提出了一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序应用由处理器加载并执行以实现上述的用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法。本专利技术的第四方面，提出了一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适用于执行各条程序；存储装置，适用于存储多条程序；所述程序适用于由处理器加载并执行以实现上述的用于大口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括：/n步骤S100，获取大口径射电望远镜预设的观测参数、馈源终端运行的最大速度V

【技术特征摘要】
1.一种用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S100，获取大口径射电望远镜预设的观测参数、馈源终端运行的最大速度Vmax、最大加速度Amax及待观测射电源的赤经、赤纬；
步骤S200，基于所述赤经、所述预设的观测参数，获取所述待观测射电源的时角；并结合Vmax、Amax，通过预设的第一方程得到时角变化的最大速度及最小的最大加速度所述第一方程为馈源终端正常观测时的运行轨迹方程；
步骤S300，对第二方程求导，并以作为约束条件，获取第一轨迹的最小运行时间，作为第一时间；所述第二方程为采用五次多项式轨迹规划方法，构建时角二阶导连续的时角轨迹规划方程；所述第一轨迹为大口径射电望远镜从静止到正常观测阶段的运行轨迹；
步骤S400，将所述第一时间、第二时间中的最大值作为所述第一轨迹的运行时间；并基于所述第二方程，获取时角轨迹；所述第二时间为馈源支撑系统的控制周期与设定倍数的乘积；
步骤S500，基于所述时角轨迹，依据所述第一方程，获取所述馈源终端的规划运行轨迹。


2.根据权利要求1所述的用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法，其特征在于，所述预设的观测参数包括正常观测的开始时间tstart、结束观测的时间tend、大口径射电望远镜所处的经度λ、纬度及主动反射面曲率半径R和反射焦比f、观测当天世界时间0时对应的恒星时S0。


3.根据权利要求2所述的用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法，步骤S200中“获取所述待观测射电源的时角”，其方法为：
H＝S0+(t-8)·(1+μ)+λ-α
其中，H为时角，t为北京时间，μ为常数，α为待观测射电源的赤经。


4.根据权利要求3所述的用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法，所述预设的第一方程，其表示为：



其中，馈源终端正常观测时的运行轨迹，δ为待观测射电源的赤纬。


5.根据权利要求4所述的用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法，其特征在于，步骤S200中“通过预设的第一方程得到时角变化的最大速度及最小的最大加速度”，其方法为：
步骤S210，基于获取所述馈源终端在东-北-天坐标系中的位置，对所述预设的第一方程中的时间参数进行二阶求导，获取所述馈源终端的速度及加速度；
步骤S220，对所述馈源终端的速度和加速度求2-范数，构建获取时角速度及加速度大小的方程；






其中，为时角速度，为时角加速度，为馈源终端的加速度，为馈源终端的速度；
步骤S230，基于Vmax、Amax，依据步骤S220的方程，获取时角变化的最大速度及最小的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓赛，范俊峰，吴正兴，周超，景奉水，谭民，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11