为实现夜间可靠跟踪恒星并测量整层大气透过率,采用直驱力矩电机和圆光栅绝对编码器作为伺服部件,研制一套二维直驱跟星转台。该转台具有定位精度高、环境适应性好及野外长期运行免维护的优点,能够实现夜间长期跟踪目标恒星并自动换星功能。结合搭载其上的由望远镜、CCD相机和滤轮等组成的图像采集系统,搭建了测量实验平台。搭建的测量实验平台采用主-从式控制方式,上位工控机对图像采集系统进行相应控制,同时向下位机反馈转台方位偏差;下位机跟星转台控制系统采用装载Linux系统的ARM7数字处理器为控制核心,并内置自研的星图。通过上、下位机协同软件开发实现整层大气透过率测量的完整功能。开展了转台功能验证实验,整层大气透过率测量和激光雷达的对比实验。结果表明,二维直驱跟星转台能够实现夜晚长期跟踪目标恒星并自动换星测量,转台搭载的望远镜系统根据恒星的图像数据能够可靠地反演出夜间整层大气透过率,满足测量实验的功能要求。

星载激光通信终端二维转台伺服机构是一种高精度指向调节机构, 工作时对温度场稳定性及均匀性有较高要求, 空间热环境剧烈变化是诱导其温度波动的外因。为达到在轨温度场精稳控制, 提出了一种GEO星载经纬仪式激光通信终端二维转台伺服机构温控方案, 通过机电热一体化结构设计选材、主动跟踪控温、散热及隔热设计等技术途径, 实现了空间大尺寸的高精密二维转台伺服机构温度场稳定性与均匀性的精稳控制, 并经过热试验与热分析综合验证, 结果表明: 工作轨道全寿命期间, 伺服机构核心部件温度稳定控制在22.3～34.6 ℃范围内, 温度场均匀性可控制在4 ℃以内。

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。

构建了基于四象限探测器的双轴机械式自动跟踪定位装置，以低功耗单片机MSP430为核心,设计了使太阳能板始终保持与太阳光垂直的自动跟踪系统，大大提高了太阳能的利用效率.采用高性能的放大电路、滤波电路、A/D转换电路及精密步进系统，控制精度高，直线跟踪精度达到0.25 μm，视场的跟踪角精度为0.25 mrad，满足设计要求，对于太阳能的应用技术具有较大的参考价值，具有广泛的应用潜力.