[发明专利]天文光学望远镜主镜轴支撑的一种变网格复合优化法

说明书

本发明涉及天文光学望远镜主镜轴支撑优化法，尤其涉及天文光学望远镜主镜轴支撑的一种变网格复合优化法。本发明要解决的技术问题是现有的天文光学望远镜主镜轴支撑优化法速度过慢，无法满足高效快速计算的需要。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：天文光学望远镜主镜轴支撑的一种变网格复合优化法，本发明的优点是：其通过人为预先将镜面分为密网格区和疏网格区，再通过零阶优化法检验划分的正确与否，对正确划分的密网格区单独进行一阶优化法计算，快速得出高精度的支撑点位置，按这种方法，在中等性能PC(个人计算机)下，主镜支撑的每一种设计在一个小时内得到一个最佳方案。

技术领域

本发明涉及天文光学望远镜主镜轴支撑优化法，尤其涉及天文光学望远镜主镜轴支撑的一种变网格复合优化法。

背景技术

天文望远镜(Astronomical Telescope)是观测天体的重要工具，可以毫不夸张地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。随着望远镜在各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，迅速推进着人类对宇宙的认识。由于望远镜的集光能力随着口径的增大而增强，望远镜的集光能力越强，就能够看到更暗更远的天体，因此，天体物理的发展需要更大口径的望远镜。

但是，随着望远镜口径的增大，一系列的技术问题接踵而来。一方面，望远镜的自重过大会使镜头变形相当明显，另一方面，镜体温度不均也令镜面产生畸变，进而影响成像质量。

如何设计合理的主镜轴支撑以保证在该支撑下，镜头的变形能够尽量小，现有的方法是先根据镜面的口径大小人工设定主镜轴支撑的目标函数，设计变量与状态变量；通过纯数学推导的方式计算出大概的支撑位置所在，然后，利用一阶优化法对整个镜面经行优化，得到具体的支撑位置所在，观测优化得到的各个支撑点和纯数学方式计算得出的各个支撑点之间的距离是否在合理的误差范围内，如果都在，优化结束。采用一阶优化法的优点是精度非常高，然而，其缺点也很明显，运算速度太慢，按现有的方法，在使用高性能计算机的条件下，主镜支撑的每一种设计在一个月内得到一个最佳方案都属于较快的，而主镜轴支撑的设计方案一般都不止一种。此外，其还有一个缺点就是得到的最佳值是局部最优值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的天文光学望远镜主镜轴支撑优化法速度过慢，无法满足高效快速计算的需要。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：天文光学望远镜主镜轴支撑的一种变网格复合优化法，包括以下步骤：1)对主镜面建立目标函数，该目标函数对每种主镜轴支撑设计都返回一个目标值，根据目标值所在的位置将主镜面划分成疏网格区和密网格区，目标值所在位置为密网格区，其余位置为疏网格区；2)以步骤1中得到的疏网格步长为基准设置零阶优化法的容差，使得容差等于疏网格步长，然后，对主镜支撑进行零阶优化，得到一个低精度全局值；3)对步骤2中得到的优化结果中支撑点位置返回值进行判断，判断各个支撑点位置是否落在步骤1中划分的密网格区域内；如果是，确定该密网格划分正确，进行步骤4；如果否，则重复步骤1，对网格进行重新划分设置，直至步骤2中得到的优化支撑点位置均落在密网格区域内，确定该密网格划分正确；4)以步骤3得到的划分正确的密网格步长为基准设置一阶优化法的容差，使得容差等于密网格步长，然后，对密网格区进行局部的一阶优化，得到高精度支撑点值。

采用零阶优化法进行优化，其优点是速度非常快，然而，缺点更明显，其精度甚至低于单纯通过算法求得的目标函数的目标值，因此，在现有的优化法中不会采用零阶优化法进行优化工作，然而，在本发明方法中，先在电脑中通过算法预先设定目标值，将整个主镜面划分疏网格区和密网格区，再采用零阶优化法得到全局最优值，对密网格区的划分经行校验，是的密网格区的位置能够确定，再通过高精度的一阶优化法仅仅正对各个密网格进行局部优化，获得最优值，这样设置密网格区域得到精度相当整个镜子都是密网格情况，而速度却比整个镜子都是密网格快。因为网格越密，网格数量就越多，要解的方程就越多，速度就越慢。以上所有步骤的实现都是基于大型有限元软件ANSYS平台与APDL语言程序编程实现。