[发明专利]天文光学望远镜主镜侧支撑的一种H‑β复合优化法

说明书

技术领域

本发明涉及天文光学望远镜主镜侧支撑优化法，尤其涉及天文光学望远镜主镜侧支撑的一种H-β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。

大型光学望远镜主镜侧支撑多采用push-pull-shear侧支撑设计，优化设计时候只有β(侧支撑点处切力与切力和径力两者的和的比值)一个参数变量，而支撑点z轴方向高度H仅仅简单地设置镜子厚度中间位置。然而，H调整对侧镜面形影响很大，H简单地设置在镜子厚度中间位置并不是最佳的设计，现有技术中却没有相关方法能解决这一问题。

另外，现有的计算方法中，一般不采用零阶优化法，因为虽然零阶优化法能得到是全局最优值，但有结果精度低，无法满足支撑设计的需要；现有的算法一般偏向采用一阶优化法，因为其测算的精度高，然而，其缺点也很明显，不能避免得到是局部最优值，且运算速度太慢，按现有的方法，在使用高性能计算机的条件下，每一种侧支撑设计在一个月内得到一个最佳方案都属于较快的，而主镜侧支撑的设计方案一般都不止一种。

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侧支撑优化法优化时只有一个参数变量，得到的支撑点设计方案不好，且计算方法不是精度差，就是速度慢且不是全局最优值。

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侧支撑的一种H-β复合优化法，以H和β为优化变量，对侧镜面建立目标函数：

[γ₁,γ₂,L,γ_m]＝[H,β](1)

该并采取扫掠划分方式将侧镜面划分成有限元网格；2)对支撑面进行零阶优化，得到一个低精度全局值，所述零阶优化法的容差为以步骤1中得到的网格步长的n倍，n≥1，n为整数；3)以步骤2得到的低精度全局值为基础，对零阶优化得到的区域采用一阶优化法进行局部优化，得到高精度支撑点值，所述一阶优化法的容差为以步骤1中得到的网格步长。

以H和β为优化变量设置目标函数，克服了现有方法中忽略H作用，导致计算出的支撑点位置不佳的问题，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，先通过零阶优化法快速得到全局最优值，然后在此基础上，用一阶优化法计算局部最优值，以克服零阶优化法计算精度差的问题，同时也避免了一阶优化法计算速度慢的缺点。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。

本发明的优点是：同时以H和β为优化变量设置目标函数，提高了函数计算出的支撑点位置的精准性；通过零阶优化法快速得出全局最优值，再在全局最优值的基础上运用一阶优化法进行局部优化，得到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。

附图说明

图1是WFST主镜剖面示意图。

图2是WFST主镜侧撑原理图。

图3是WFST主镜参数化模型。

图4是WFST主镜1/72之一网格划分图。

图5是WFST整个主镜网格划分图。

图6是WFST主镜侧支撑载荷施加示意图。

图7是支撑点为N＝6时目标函数RMSe与设计变量H和关系四维图。

图8是支撑点为N＝6且目标函数RMSe最佳值34.63nm时主镜反射面相对于原坐标系形变图。

图9是支撑点为N＝6且目标函数RMSe最佳值34.63nm时最小半光程误差分布图。

图10是支撑点为N＝12时目标函数RMSe与设计变量H和关系三维图。

图11是支撑点为N＝12且目标函数RMSe最佳值26.69nm时主镜反射面相对于原坐标系形变图。