[发明专利]用于大口径射电望远镜天文跟踪模式的轨迹规划方法

说明书

本发明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。本发明降低了馈源支撑系统因急速加减速运动引起的系统冲击。

技术领域

本发明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。

背景技术

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：DENG S,JING F,YANG G,et al.Researchon Astronomical Trajectory Planning Algorithm for FAST[C]，Proceeding of the29th Chinese Control and Decision Conference,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。

发明内容

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，本发明第一方面，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V_max、最大加速度A_max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V_max、A_max，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。