一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是：至少包括如下步骤：1）首先确定一个最初的平衡参考构型，即为k=0时的构型，对应的索网节点位置记为X(0)，索段的放样长度记为2）确定第k次迭代时索网需要产生的节点位移3）在第k次平衡状态的基础上，确定第k次迭代时索段张力关于索长的敏度矩阵节点位置关于索长的敏度矩阵4）采用优化模型来求解第k次的索长修正量；5）第k次迭代后的索段放样长度修正为6）重复该过程，直到满足给定的收敛条件。本发明的方法可以在保证天线形面精度的情况下，使得索网的张力状态均匀。
【专利说明】一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种索网反射面天线结构，特别是一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法。
【背景技术】
[0002]天线结构广泛应用于通信、导航、定位、雷达、射电天文等国防和国民经济的诸多领域。为探测微弱信号或增大发射功率，不仅要求天线的口径很大，而且要求反射面的精度很高。通常天线的口径需要达到十几米，甚至更大。而为获得所需的电性能，往往要求天线的反射面精度达到其工作波长的1/50，这一要求非常苛刻。例如，工作频率为3GHz (S波段)的天线，衡量天线反射面精度的均方根误差通常应小于2mm。
[0003]索网反射面天线是大口径天线发展的主要趋势之一，也是星载大型可展开天线的一种重要形式，具有结构简单、重量轻、易于实现大口径、收拢体积小等优点。然而，索网反射面天线的设计是非常困难的。首先，由于索网反射面的表面由索网的三角形小平面拼接而成，存在原理误差。这就要求网面节点的形面精度要更高，一般要低于期望均方根误差的2/3。其次，由于索网是柔性结构，所有索段必须处于张紧状态且索网的张力状态要尽可能均匀，这样才能获得更好的力学性能。
[0004]由于索网结构的力学模型复杂，建模误差大且索网位移与张力状态之间的耦合性强。因此，既要达到很高的形面精度，又要同时实现均匀的张力状态是索网反射面天线设计中的关键问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，以便在保证天线形面精度的情况下，使得索网的张力状态均匀。
[0006]本发明的目的是这样实现的，一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:至少包括如下步骤:
[0007]I)首先确定一个最初的平衡参考构型，即为k = O时的构型，对应的索网节点位置记为x(°)，索段的放样长度记为L(00、；
[0008]2)确定第k次迭代时索网需要产生的节点位移i/f ;
[0009]3)在第k次平衡状态的基础上，确定第k次迭代时索段张力关于索长的敏度矩阵
rjj
，节点位置关于索长的敏度矩阵& ;
[0010]4)采用如下的优化模型来求解第k次的索长修正量
[0011]find ALq ] = [AL01, AL02,".]τ[0012]
【权利要求】
1.一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:至少包括如下步骤: 1)首先确定一个最初的平衡参考构型，即为k= O时的构型，对应的索网节点位置记为Xft0，索段的放样长度记为if; 2)确定第k次迭代时索网需要产生的节点位移； 3)在第k次平衡状态的基础上，确定第k次迭代时索段张力关于索长的敏度矩阵
2.根据权利要求1所述的一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:所述的步骤I)中最初平衡参考构型的确定包括: a)纯索网结构的初步设计； b)天线结构最初平衡参考构型的确定。
3.根据权利要求2所述的一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:所述的a)纯索网结构的初步设计包括: 对纯索网结构，设索单元总数为n，自由节点总数为m，初步设计时使索网节点均位于其标称位置上，则网面节点的平衡方程为AT = O (I)其中，T为各索段张力组成的nXl向量，矩阵Ae R3mxn为索网的平衡矩阵；每个索网节点q和索段j对应矩阵A中的一个3 X I分块Atu.;当索段j与节点q相连时，Aqj为从该节点出发，沿索段j方向的单位列向量；当索段j不与节点q相连时，Aqj为3X1零向量。对于索网反射面，式(I)是欠定，存在多组张力模态，这样就可以确定出一组满足给定设计要求且张力状态最均匀的初始张力；所用方法如下: 由矩阵论可知，满足式(I)的张力T可以表示为 T = null ⑷ Xa(2) 式中null (A)为矩阵A的零空间，a为相应的系数向量；可使用如下优化模型来确定一尽量均匀的索网张力状态:find a = [ a 1； a 2,...]τ
4.根据权利要求2或3所述的一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:所述的b)天线结构最初平衡参考构型的确定包括: 利用步骤a)中确定的索段张力作为初始张力来求解天线整体结构的平衡状态，该状态即为天线的最初平衡参考构型。
5.根据权利要求1所述的一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:所述的步骤3)确定第k次迭代时索段张力关于索长的敏度矩阵
6.根据权利要求1所述的一种索网反射面天线形面精度与张力状态的同时设计方法，其特征是:所述的步骤2)确定第k次迭代时索网需要产生的节点位移CZf1的步骤包括: I)在设计要求的理想抛物面的顶点处建立直角坐标系Oxyz，z轴沿抛物面焦轴方向，则对应的抛物面方程可表示为: x2+y2 = 4fz(7) 为保证良好的张力状态，将理想抛物面方程修正为: x2+y2 = 4f (z+h)(8) 其中，h为抛物面顶点沿z轴的偏移量； 2)为确定每个节点的调整量，对于索网上的第i(i = l，2，…，c，其中c为有形状要求的节点数目)个节点A，设其在当前位置的坐标为[X，y, ζ]τ,由点A沿可调整索方向向修正后的抛物面作交线，交于点C，将点A处沿可调整索方向的单位向量记为: P = [Px Py pJT (9) 令AC=d，当节点A位于修正抛物面上方时为正，位于下方时为负，这样点C的坐标可以表示为
【文档编号】G06F17/50GK103761368SQ201410001034
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】杜敬利, 段宝岩, 马亚静, 杨东武, 张逸群, 杨癸庚, 丁波 申请人:西安电子科技大学