探讨如何实现南极天文光学望远镜智能化除霜（天文观测论文） ㊣ 精品文档 值得下载

泛化能力得到提高。

南极望远镜的镜面结霜过程在时间上是个渐进的过程程监控工作人员的工作量，对于后续南极望远镜镜面结霜的应对策略的研究具有重要的意义。

智能化除霜技术路线在图像质量的指标中，消光反映了天体发射的光线被路途中的物质吸收和散射的状态。

南极巡天望远镜天文数据的消光主要贡献是大气消光和镜面结霜。

参考文献给出了大气消光的计算公式。

因此，可先通过比对摄像头照片及气象信息，人工将晴夜数据挑选出来，则消光值基本可反映镜面结霜情况消光越大，结霜越厚。

图和图所示为天内除霜后缓慢结霜引起的消光增长的过程及相应温度数据，反映了温度上升时，镜面结霜情况的变化过程。

由接近，者误差较小，因此，预测模型的预测准确度较高。

均方误差用来衡量预测数据和目标数据之间的偏离程度，其值越小，代表神经网络预测的精确度越高。

均方误差的公式为图测试结果对比图测试结果误差变化式中为样本数据总数为第组期望输出值为第组网络实际输出值。

对上述测试样本的测试结果中预测消光值和实际消光值作运算。

其运行结果如图所示。

已知越小，代表预测数据和实际数据的偏差越小，该预测模型测试结果的，说明该预测模型的预测精度较高。

图测试结果运算值预测模型的评价在神经网络的训探讨如何实现南极天文光学望远镜智能化除霜天文观测论文可靠性，并减少远程监控工作人员的工作量，对于后续南极望远镜镜面结霜的应对策略的研究具有重要的意义。

智能化除霜技术路线在图像质量的指标中，消光反映了天体发射的光线被路途中的物质吸收和散射的状态。

南极巡天望远镜天文数据的消光主要贡献是大气消光和镜面结霜。

参考文献给出了大气消光的计算公式。

因此，可先通过比对摄像头照片及气象信息，人工将晴夜数据挑选出来，则消光值基本可反映镜面结霜情况消光越大，结霜越厚。

图和图所示为天内除霜后缓慢结霜引起的消光增长的过程及相应温度数据，反映了温度上升时，镜面结霜情起的消光值增长过程图温度数据智能化除霜预测模型预测模型的选择及分析常见的动态神经网络时间序列预测模型有两种外部输入非线性自回归时间序列预测模型和非线性自回归时间序列预测模型。

它们都通过引入延迟模块及输出反馈建立模型的动态回归网络，将输出向量延时反馈引入网络训练中，形成新的输入向量，相较于时间序列预测模型，模型的输入不仅包括前时刻的输出数据，还包括前时刻的输入变量。

图给出了神经网格的结构图。

其中，为输入向量，为目标向量。

训练后的输出数据又作为网络的输入数据，贵的观测时间，提高南极望远镜运行的可靠性。

参考文献王晋峰，王烨儒，田杰南极大型天文望远镜主镜膜层防霜方法光学学报，高琳基于神经网络和遗传算法的预测控制北京华北电力大学，姚利哲智能预测控制策略研究及应用兰州兰州交通大学，陈哲基于神经网络的配网设备故障预测广州广东工业大学，张记成兴隆观测基地天文观测条件分析及性能提升研究济南山东大学，吴晓敏，戴万田，王维城霜晶生长的界面演变及机制分析清华大学学报自然科学版，王楠基于与网络的人民币汇率预测研究大连大连理工大学，范莹莹，余思当消光值预测值大于设定的异常情况阈值时，表明镜面可能存在结霜的情况，此时预测结果模块的指示灯为异常，仿真系统将弹出提示窗口确认是否要进行除霜操作，图为预测结果为预测结果异常时的界面及提示。

工作人员收到异常提示后选择进入除霜过程界面，除霜过程为模拟吹风装置对望远镜镜面吹风，将镜面上的霜吹落，使消光值逐渐降低，当消光值降低到设定阈值以下结束吹风操作，回到预测界面继续进行实时预测。

图为除霜过程界面。

图预测结果正常界面图预测结果异常界面图除霜过程界面结论针对南极望远镜镜面结霜问题，为克服目前的除前镜面状态显示及状态指示灯消光值预测值和实际值实时变化过程。

图为实时预测界面图。

目前有效的镜面除霜解决方案是在镜面镀铟锡氧化物，膜并加电。

是种半导体透明导电膜，有电阻特性，通电后产生的热效应可有效消除霜及阻碍霜的形成。

但加热会在镜面形成大气湍流，使得镜面的视宁度变差。

且加热功率越大，对镜面视宁度的负面影响越大。

辅助的除霜方法有吹风法，即通过启动吹风装置，增加镜面表面的热对流交换系数，从而减小镜面和环境温度之间的温差，并增强升华效应。

除霜界面是模拟吹风装置除霜找到合适的传感器检测霜，且在不影响天文观测的前提下安装在光学镜面上，因此不能形成可以实时监测结霜情况的闭环控制除霜设备缺乏智能化的管理，还依赖人工进行远程监控和操作，效率低下。

目前的除霜方法并不能达到理想效果，实现智能化除霜是迫切需要的。

为实现无人值守的智能化镜面除霜减少除霜对观测时间的占用降低除霜对镜面视宁度的影响减少除霜对能源的消耗，现进行关于南极望远镜的智能化除霜方法的研究，通过对运行数据环境数据等的分析，构建镜面状态预测模型，实现对镜面结霜的智能化预测，辅助除霜决策，同时设计智能化除霜仿有效消除霜及阻碍霜的形成。

但加热会在镜面形成大气湍流，使得镜面的视宁度变差。

且加热功率越大，对镜面视宁度的负面影响越大。

辅助的除霜方法有吹风法，即通过启动吹风装置，增加镜面表面的热对流交换系数，从而减小镜面和环境温度之间的温差，并增强升华效应。

除霜界面是模拟吹风装置除霜的过程，包括除霜过程模块和除霜结果模块，除霜过程模块将实时显示当前镜面温度及消光值的变化情况，除霜结果模块显示除霜完成后的镜面温度及消光值大小。

图为除霜界面。

图实时预测界面图除霜界面智能化除霜仿真应用利用南极天文望远镜已有的运行案业大学，张记成兴隆观测基地天文观测条件分析及性能提升研究济南山东大学，吴晓敏，戴万田，王维城霜晶生长的界面演变及机制分析清华大学学报自然科学版，王楠基于与网络的人民币汇率预测研究大连大连理工大学，范莹莹，余思勤基于神经网络的港口集装箱吞吐量预测上海海事大学学报，潘丽莎，程晓卿，秦勇，等基于神经网络的轮重减载率预测铁道车辆，付青，单英浩，朱昌亚基于神经网络的光伏发电功率预测研究电气传动，冯晴晨，李晓燕南极天文光学望远镜智能化除霜方法科学技术与工程，探讨如何实现南极天文光学望远镜智能化除霜天文观测论文过程，包括除霜过程模块和除霜结果模块，除霜过程模块将实时显示当前镜面温度及消光值的变化情况，除霜结果模块显示除霜完成后的镜面温度及消光值大小。

图为除霜界面。

图实时预测界面图除霜界面智能化除霜仿真应用利用南极天文望远镜已有的运行案例，在智能化除霜仿真系统的预测界面中输入该案例对应的开始时间，预测界面将实时显示当前的气象信息数值和镜面状态。

同时，镜面状态预测模型将对下时刻的镜面状态消光值进行预测，如果预测消光值较小则代表镜面干净，未结霜，此时预测结果模块指示灯为正常。

图为预测结果的正常界的预测模型相结合构成的类智能预测方法，它可以处理非线性多目标约束条件等异常情况，提高了预测效果。

利用智能算法进行预测的核心是建立有效的预测模型，其基础是分析归纳相关数据和预测目标的隐含关联，这过程被称为数据挖掘，其常用的方法有传统的数理统计工具模糊理论神经网络遗传算法等。

镜面状态实时预测界面包括输入模块气象参数实时显示模块预测结果显示模块。

输入模块可以选择仿真的开始时间，实时显示当前时间下的气象信息数值气象参数实时显示模块用于实时显示当前时间段的各项气象信息指标温度风速湿度预测结果显示模块包括镜面吹风，将镜面上的霜吹落，使消光值逐渐降低，当消光值降低到设定阈值以下结束吹风操作，回到预测界面继续进行实时预测。

图为除霜过程界面。

图预测结果正常界面图预测结果异常界面图除霜过程界面结论针对南极望远镜镜面结霜问题，为克服目前的除霜方法依赖于人工效率较低智能化程度较低等局限性，提出了南极望远镜智能化除霜方法。

首先，通过分析南极望远镜镜面结霜的形成机理和其影响因素，镜面状态基本可由消光值大小所反映，建立了基于时间序列神经网络的南极望远镜镜面状态预测模型，以气象信息参数为输入，预测消光值为输出系统，包括望远镜镜面状态预测界面和模拟除霜界面，根据预测模型的预测结果作出应对策略。

智能化除霜方法将为镜面结霜的应对策略提供依据，有利于望远镜运行维护的效率和运行的可靠性。

南极望远镜智能化除霜分析智能预测及智能预测算法构建望远镜镜面状态预测模型是南极望远镜智能化除霜方法的重要组成部分，有效的镜面状态预测能够提高除霜决策的效率。

近年来，预测的研究和发展已经突破了早期研究的框架，形成了自适应预测鲁棒预测和智能预测等先进预测方法。

智能预测主要指针对些传统预测方法难以预测的复杂对象，采用种智能算法与相应例，在智能化除霜仿真系统的预测界面中输入该案例对应的开始时间，预测界面将实时显示当前的气象信息数值和镜面状态。

同时，镜面状态预测模型将对下时刻的镜面状态消光值进行预测，如果预测消光值较小则代表镜面干净，未结霜，此时预测结果模块指示灯为正常。

图为预测结果的正常界面。

由于南极环境的特殊性，无人值守的运行条件无法实现人在现场处理镜面的霜。

南京天光所研制了多种除霜方法，效果显著。

但目前仍存在以下问题镜面加热膜除霜法会破坏镜面视宁度，开启加热膜的时机及加热功率缺乏科学有效的方法目前的技术条件未金国家自然科学基金项目计划资助。

镜面状态实时预测界面包括输入模块气象参数实时显示模块预测结果显示模块。

输入模块可以选择仿真的开始时间，实时显示当前时间下的气象信息数值气象参数实时显示模块用于实时显示当前时间段的各项气象信息指标温度风速湿度预测结果显示模块包括当前镜面状态显示及状态指示灯消光值预测值和实际值实时变化过程。

图为实时预测界面图。

目前有效的镜面除霜解决方案是