在天文学研究中,大规模的光谱巡天变得愈加重要。已有的一系列大规模光谱巡天计划,深刻地改变了我们对宇宙和星系形成与演化的理解。目前,解决许多重要的天体物理学和宇宙学问题的关键在于大规模的光谱巡天已成为了共识。这些巡天计划的提出和开展离不开现代科技的进步,如望远镜技术、光纤定位技术和多目标光谱仪技术的发展,尤其是光纤定位技术的发展,使得在较短的时间内能同时观测数千个天体目标。由于LAMOST所提出的双回转光纤定位技术具有结构可靠性强、定位时间短、光纤端部可直接对准星象、观测无盲区等优点,被大多数新一代的光谱巡天设备所采用,如PFS、DESI、MOONS(多目标光学和近红外光谱仪)等。发挥这些优点的关键在于系统的高定位精度和高观测效率。为了提高单元的观测效率和定位精度,本文主要开展了如下研究工作:(1)设计了一种新的光纤单元目标分配算法,并用遗传算法和差分进化算法对该算法的结果进行优化,与已有算法对比,获得了更好的结果。光纤定位单元在焦面上呈六边形分布,为了焦面板上无观测盲区,光纤定位单元的观测区域会有一定的重叠,加上观测目标在天空中的不均匀分布,导致每个单元可分配的目标数目不相等。新算法在最初的几轮观测中实现了对更多目标的观测,从而提高了观测效率。(2)提出了一种基于安全区的免碰撞算法,根据仿真,该算法可以同时解决等臂与不等臂单元的路径规划问题。由于相邻光纤定位单元的观测区域有一定程度的重叠,相邻单元在重叠区域存在碰撞的可能。一旦发生碰撞会对单元造成损伤并影响观测效率。本文分析了单元碰撞的类型并研究了对应的碰撞概率,对相邻单元间距的选择具有指导意义。(3)建立并优化了球焦面板上对心孔阵列分布的计算机辅助加工数学模型。焦面板是一个球面,理论上无法获得完全均匀分布的孔群。为了单元的准确定位及保障系统的成像质量,本文研究了焦面板上光纤单元中心孔的孔位分布,综合比较多种方法得出了最小的孔位误差。(4)建立了双回转单元的数学模型,利用差分进化算法对单元的尺寸参数进行了标定,减少了单元的运行误差。为了单元的准确定位,结合单元的具体结构建立的数学模型,减少单元闭环运行所需要的步数,进而缩短了定位时间,为提高观测效率奠定了基础。