用于卫星遥测的Michelson干涉仪测试台演示器的数字

内而构成的，因此较高可见度的边缘模式在仪器的聚焦平面上形成。

相对计量提供了对OPL变化的测量，从一个给定的初始值开始（这个数值是在达到同相位操作之后的数值），这个数值被控制系统利通过电动延迟线的精调级用于固定边界图案（OPD 10 nm）。相对计量是基于Michelson 干涉仪计量的，具有纳米级别的分辨率。OPD 干扰需要在对象观测过程中进行补偿，它来自于热学负载或是发生在卫星内部的振动（例如方向控制系统）等造成的卫星结构变化，通过仪器结构，传递至干涉仪镜面。

同相位系统实验室演示器
同相位系统是望远镜设计最为关键的部分。为了测试并且演示同相位系统的概念，即将干涉仪臂之间的OPL 通过一个自由度的延迟线进行均衡，实现了一个实验室演示器。MIT演示器由一个简化的实验室尺寸的光学干涉仪原型组成，实现了与高分辨率卫星望远镜相同的光学配置拓扑。

由于同相位系统概念是要控制望远镜臂之间的OPD变化，同相位系统的实验室演示器带有一条控制延迟线（CDL）能够在（主要）臂上工作，它跟踪另一条（从属）臂的OPL 变化，还带有一条扰动延迟线（DDL）作用在（从属）臂上，和预测的体现在卫星望远镜上的扰动PSD 相似，引入具有相同功率谱密度（PSD）的OPL扰动。实验室演示器需要达到的性能必须与卫星望远镜要求的性能一致。

控制延迟线由两个执行器组成：一个粗调台式电动平移器和一个精调台式压电变换器。扰动线仅由压电变换器组成。粗调器用来从比较大的OPD（例如1 mm）开始达到同相位条件。精调器用来在达到同相位状态之后，控制并保持两个干涉仪臂之间的OPD。

同相位控制系统仅仅使用了相对计量测量，在闭环状态下驱动精调器的控制延迟线。粗调器的延迟线直接由操作员在开环下进行驱动，操作员观察在绝对计量监视器上，达到同相位条件所需要的位移。粗调器的执行器使用RS232 与便携式计算机进行连接。软件接口在NI LabVIEW 中实现，用于设置所有必要的参数，对执行器进行编程，并设置位移指令。执行器的绝对位置一直标识在图表中。控制粗调器执行器直至达到同相位状态。在下图中，显示了达到同相位状态的实验干涉图。

同相位控制系统硬件式基于便携式计算机的（带有2 GB RAM的Pentium 4 2.66 GHz），它通过IEEE 1394接口连接到便携式NI DAQPad-6052E端口上。即便这个类型的数据采集板卡并非实时设备，还是可以通过数字控制闭环，以1 ms 的控制步长进行控制（可见这并非硬实时性能）。干扰延迟线执行器使用相同的DAQPad-6052E 进行驱动。干扰发生算法与控制算法一起，并行运行在相同的便携式计算机上。

图2.达到同相位状态的实验干涉图

使用了两个ADC 通道和两个DAC 通道。这两个ADC 通道采集来自相对计量电子的两个信号，它们用于重建OPD 变化。一个DAC用于驱动精调器控制延迟线的压电驱动器，另一个DAC 驱动扰动延迟线的压电驱动器。

控制算法设计根据相同的模型观测器进行执行，它基于离散时间状态方程，直接用C 语言算法实现。控制算法程序被编译为动态连接库（DLL），通过调用库函数节点使用NI LabVIEW 与NI DAQ 板卡进行数据交换（来自ADC 的测量和发送至DAC 的指令）。这种解决方案可以测试控制算法（使用C 语言编写，十分接近最终实际使用的版本），从而可以非常方便地与实验室NI DAQ 硬件进行连接，而无需使用实际使用的硬件，这样就节省大量的时间和金钱。同样，扰动发生算法实现为离散状态空间方程，并且使用C++ 进行编写，编译为DLL 文件。图5 显示了控制系统的方块图。

图3.粗调器延迟线软件界面

图4.NI DAQPad-6052E 数据采集设备

由于我们的系统并非实时系统，我们设计了一个十分简单的软件界面，其中不含有图形和图形图标，避免载入控制算法的执行。软件界面包含了一系列按钮，可以用来启动或停止相对计量、扰动发生算法、控制系统算法，一组发光二极管用来指示控制系统的状态。所有重要的控制变量（测量、指令、状态变量等等）都存储在计算机的内存中，并在控制对话结束的时候以二进制格式存储在硬盘上。

图5.控制系统方块图

测试结果十分理想，残余OPD 为σ =9.5 nm，满足了要求。图6给出了没有控制系统下的OPD 扰动（左图）以及控制系统作用下的OPD 残余量（右图）。

图6.控制系统测试结果

图7.Michelson 干涉仪测试台

为了提高同相位控制系统的性能，未来需要对控制系统硬件进行升级。在下一个开发中，希望使用NI 实时硬件和LabVIEW 实时模块软件将控制步长减少为0.1 ms，并对控制软件和控制算法进行一定的调整。