天文干涉仪天线伺服系统设计与实现

　　1引言

　　密云复合射电干涉天线阵建于上世纪50年代,90年代停用。现天线阵长1200 米,其中从两头起的前6 面间隔12 米,第6面与第7面间隔18米,第7面与第8面间隔24米,中间几面均间隔72米,这样的「综合孔径很好地解决了成像及分辨率的问题。由此,利用地球自转,观测12 小时,对待测天区成图,其分辨率达到了3.‘9,相当于一面工作频率为232MHZ直径1000米的射电望远镜。密云射电天线阵是我国第一个综合孔径望远镜,为我国天文事业做出过突出贡献。为了有效利用资源节约资金,在利用天文方法探测空间活动目标原理验证课题中,采用天线阵中的自东向西数第10面和和第22面天线作为天文干涉仪的接收天线,两天线距离864米。

　　该天文干涉仪结构如图1所示,通过两面天线同时接收射电信号进行干涉,达到观测空间活动目标的目的。要对信号进行干涉,这要求被测天体在两天线方向瓣的交叉范围内。原来的天线口径为9米,工作频率为232M,其方向瓣为10°,则其伺服系统精度达到±2°即可。为了观测需要,天文干涉仪天线口径扩大为11米,工作频率也提高到1GHZ,其方向瓣相应为2°左右,这就需要天线的指向精度达到±0.2°以上,天线原有的伺服系统利用旋转电位器定位,其精度很低,所以需要加以改造使之达到系统要求。

　　本文将具体介绍如何在现有天线伺服系统的基础上加以改造以满足实验要求。

　　2系统设计与实现

　　本文中天线伺服系统涉及的两天线相距一公里左右,且控制平台距两天线距离也在一公里左右,所以采用RS-422总线控制。控制平台的中控计算机发送指向命令通过RS-422 总线传输至天线底下的控制单元控制天线上电机运转,使天线达到目标指向,并且向上位机反馈相应信息(见图2),下面本文将主要介绍天线指向角度反馈单元以及控制单元。

　　2.1角度反馈

　　天线结构采用赤道式,控制其指向即为控制其赤经赤纬两个方向的角度。天线动力系统为两个三相异步交流电机,通过涡轮、蜗杆、齿轮组成的传动系统控制天线大齿轮的转动。控制天线的指向即控制两个电机的正转、反转和停转,控制的精度取决于现有天线角度反馈的精度。

　　密云天线阵原控制系统在传动系统的中间级加上随天线转动的旋转电位器,在旋转电位器上加上恒定电压,通过AD转化芯片读取电压值,以转化为相应的角度。旋转电位器标称阻值为47K,线性精度: ±0.1%~±0.3%;阻值公差: ±2%~±5%。原系统采用的AD转换精度为8位,这使得角度误差在0.5度左右,根据计算即使采用13位,16位的AD也无法满足要求。因此在提高AD转换的基础上还要采取新的方式读取角度。