三十米望远镜三镜集成检测关键技术研究

CIOMP OpenIR

	三十米望远镜三镜集成检测关键技术研究
	安其昌
学位类型	博士
导师	张景旭 ; 杨飞
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	三十米望远镜巨型可控科学反射镜集成检测平面反射镜标准化点源敏感性
摘要	国际合作项目,三十米望远镜(Thirty Meter Telescope-TMT)三镜,又称巨型可控科学反射镜(Giant Steerable Science Mirror,GSSM)。其口径达到前所未有的3.594m×2.536m,是目前在研的最大口径平面反射镜。为了更好的完成GSSM,中科院长春光学精密机械与物理研究所建设了一个1:4的原理演示验证实验系统(Giant Steerable Science Mirror Prototype,GSSMP)。为了实现GSSM的集成检测,本文引入了由TMT团队所提出的标准化点源敏感性(normalized Point Source Sensitivity,PSSn)进行GSSM各项误差的分析以及分配。通过对PSSn基本性质的研究,论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性,以及PSSn与其他评价指标之间的关系;之后,结合离散孔径检测技术以及Ritchey-Common法,对GSSM面形检测方法进行了研究,并对离散孔径Ritchey-Common检测的误差进行了分析;针对GSSM质心测量,考虑到GSSM巨大的尺寸,选择利用静力平衡法来估计其质心位置;以激光跟踪仪为测量仪器,结合非均匀分布的反射靶球,以获得更高精度的GSSM指向误差标定数据。根据GSSM抖动(Jitter)的检测要求,从Jitter的定义、检测手段以及分析计算方法入手,利用高精度加速度计实现了Jitter测量;通过对GSSM进行的动力学测试,本文分析了系统的动力学特性,并通过频率响应函数反演,获得对GSSM内部振动的估计。具体来说:首先,论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性,重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差;之后利用Zernike多项式分析系统静态误差,并结合光学传递函数与功率谱研究了系统动态误差的影响。其次,对Ritchey-Common离散孔径检测误差进行了研究,得出在GSSMP面形测试中,对PSSn的影响为0.9759。利用模式法结合WarpingHarness进行了半主动光学校正仿真实验,将GSSMP的离散取样PSSn由0.1654上升至0.2548,接近此取样方式下的极限PSSn。再次,对GSSM质心检测方法进行了研究与实验验证,并对测量结果进行了误差分析。考虑激光跟踪仪与质量测量仪器所带来的误差,并忽略重力弯沉,得到GSSMP质量为805.80kg,在GSSMP坐标系中质心位置为(-7.169mm,12.900mm,526.000mm),位置精度0.50mm。然后,利用激光跟踪仪对GSSM指向误差进行了标定。通过蒙特卡洛方法得到俯仰轴线定位误差为1μm;方位轴线的定位误差在激光跟踪仪偏置两米的情况下为4.6μm。之后,比较了4个角反射器的两种不同的排布方式所对应的角度测量误差;对于GSSMP,单个角反射器测量误差为23.7″;均匀分布的四个角反射器测角误差为11.5″,非均匀分布4个角反射器测角误差为9.04″,对应PSSn 0.9916。之后,针对GSSM Jitter检测的特殊要求,使用加速度计进行GSSM Jitter特性测量。对于GSSMP方位轴,其Jitter为14.1432mas,俯仰轴为20.7475mas。其对应PSSn分别为0.9992、0.9967;GSSMP镜面加速度计的测量结果通过频域积分之后,得出镜面方向Jitter为0.0797μm,其对应PSSn为0.9875。最后,对动基座条件下的GSSM动力学模型进行了研究,得到不同天顶角下系统的频响函数。从振动所引起的系统光学中继能力下降出发,利用数值方法,得到了任意形式振动下的GSSM光学传递函数,实现了对GSSM光线中继功能的评估。利用锤击法对GSSMP进行了模态测试,其第一阶模态为35.2Hz,对应振型为GSSMP叉臂的左右摇摆。利用加速度传感器以及GSSMP频响函数,获得GSSMP在最大速度运行时,对外输出力在滤波后为0.0033N。在内部振动影响下,GSSMP PSSn从0.9995下降到0.9991
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61682
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	安其昌. 三十米望远镜三镜集成检测关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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三十米望远镜三镜集成检测关键技术研究.c（4061KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文