一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法。该方法将索网结构初始形态的设计分为前索网设计和后索网设计两部分，设计前索网时，前索网节点坐标和索力共同作为设计变量，在满足所有边界节点固定、所有内部节点都在理想抛物面上、所有内部节点都处于力平衡状态、内部节点能够完全覆盖有效光学口径的条件下，实现前索网所有内部索段的张力都相等，而且边界索与内部索段的最大张力比取得最小值的目标；设计后索网时，在调整索一直保持竖直，而且满足天线总高度、前索网高度和调整索最小索长的条件下，实现后索网与前索网张力水平之比的最小化；最终得到前后索网的节点坐标和索力，完成初始形态设计。
【专利说明】—种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达天线【技术领域】，具体涉及一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，应用于偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计。
【背景技术】
[0002]周边桁架式可展开网状天线由于其轻质量、收拢体积小、周期短的特点，成为了近年来备受各国宇航界关注的空间可展开天线形式，其结构组成主要包括可展开的周边桁架、金属反射网、前索网、后索网以及纵向调整索结构。前索网主要用于支撑所铺设的金属反射网，后索网主要起平衡作用，纵向调整索用于调节前索网，使得金属反射面形成所需要的形面。金属反射面是铺设在前索网上的，所以反射面的形面几乎完全依赖于索网结构的几何构型；又由于天线在轨运行时，受到太空变化的温度环境的影响，所以反射面的形面和性能还依赖于索网的受力平衡状态，希望设计的索网结构既满足形面的要求，又具有尽可能均匀的张力分布。
[0003]周边桁架式可展开网状天线有正馈和偏馈两种形式，正馈天线的反射面是旋转对称的抛物面，会导致天线的馈源和馈源支撑结构对电磁波产生遮挡作用，影响天线的电性能，所以工程实际中，往往采用偏馈形式。而对于偏馈的可展开网状天线，根据偏置抛物面的切割方式及索网的形成特点，抛物面沿偏置方向上是不对称的，所以在进行索网的初始形态设计时，如何在满足形面精度要求的条件下实现尽可能均匀的张力分布，存在一定的困难。
[0004]杨东武在2009年的论文《非对称索网抛物面天线力平衡特性及预拉力设计》中基于由“形”找“力”的思想对索网结构进行初始预张力设计，该方法首先根据几何误差的要求对反射面进行索网网格划分，然后在保证索网几何构型不变的条件下由“形”找“力”，设计出索网在该构型下的一组平衡力系。该方法用于设计正馈的索网结构时效果不错，但是用于偏馈的索网结构时，得到的张力分布均匀性较差。
[0005]LiuWang 在 2Ol3 年的论文《SimpleTechniqueforForm-Finding andTensionDeterminingof Cable-NetworkAntennaRef lectors》中基于“找形和找力相结合”的思想对索网结构进行初始形态设计，该方法基于力密度迭代的思想，在保持所有索段的力密度都相等的条件下，对于前后网面对称的旋转抛物面索网结构的初始形态进行了设计。该方法的不足之处是:不能进行前后网面不对称的索网结构的初始形态设计，而且由于一直保持所有索段的力密度都相等，所以得到的张力的均匀性仍然较差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，以便得到前后网面的节点坐标和索力，后索网与前索网张力水平之比最小化；后索网与前索网张力均匀。
[0007]本发明的技术方案是，一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，其特征是:至少包括如下步骤:
[0008]步骤101:根据天线前索网的基本几何参数，确定天线的物理口径D、天线的光学口径Da、天线的有效光学口径De、前索网焦距f、前索网偏置距离p，并确定出前索网的高度
H.lj^front ，
[0009]步骤102:根据偏置抛物面的切割方式、圆形的物理口径、等高的索网周边支撑结构，得到前索网的初始形状；
[0010]步骤103:对前索网进行初始网格划分，划分为辐射状网格、三向网格或者准测地线网格形式，将其作为前索网形态设计的初始构型，并将对应的节点坐标信息和索段连接关系信息整理成固定格式的数据文件；
[0011]步骤104:根据步骤102中前索网生成方式，步骤102所得到的前索网在天线的局部坐标系中边界节点是不等高的，将所有的边界节点沿天线局部坐标系的ζ向都平移至边界节点最高的位置，使得边界索都挂在对应的周边桁架接头上，并更新步骤103中所整理的数据文件；
[0012]步骤105:采用优化的策略，将前索网节点的坐标
【权利要求】
1.一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，其特征是:至少包括如下步骤: 步骤101:根据天线前索网的基本几何参数，确定天线的物理口径D、天线的光学口径Da、天线的有效光学口径De、前索网焦距f、前索网偏置距离p，并确定出前索网的高度H.lj^front ， 步骤102:根据偏置抛物面的切割方式、圆形的物理口径、等高的索网周边支撑结构，得到前索网的初始形状； 步骤103:对前索网进行初始网格划分，划分为辐射状网格、三向网格或者准测地线网格形式，将其作为前索网形态设计的初始构型，并将对应的节点坐标信息和索段连接关系信息整理成固定格式的数据文件； 步骤104:根据步骤102中前索网生成方式，步骤102所得到的前索网在天线的局部坐标系中边界节点是不等高的，将所有的边界节点沿天线局部坐标系的z向都平移至边界节点最高的位置，使得边界索都挂在对应的周边桁架接头上，并更新步骤103中所整理的数据文件； 步骤105:采用优化的策略，将前索网节点的坐标,
2.根据权利要求1所述的一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，其特征是: 所述的步骤104，包括如下步骤: 步骤601:根据步骤102得到的初始状态下的前索网节点坐标和索段连接关系信息，将节点分为内部节点和边界节点两类，用N0Din、NODb分别表示内部节点和边界节点的节点号组成的集合；将索段分为内部索段ELEin和边界索段ELEb两类，ELEin^ELEb分别表示内部索段和边界索的单元号组成的集合；再确定出内部节点中的最外圈节点，其节点号组成的集合用NODef表不； 步骤602:根据步骤102得到的初始构型下的前索网边界节点的节点坐标，确定前索网边界节点ζ坐标的最大值Zmax和最小值Zmin ；步骤603:将所有边界节点的ζ坐标值都取zmax，即所有边界节点都沿ζ向平移到同一高度；步骤604:更新前索网节点坐标数据文件的数据，索段连接关系保持不变，不需更新。
3.根据权利要求1所述的一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，其特征是:所述的步骤105，包括如下步骤:步骤701:确定设计变量；前索网节点坐标和索力都最为设计变量，节点坐标变量为，其中，N表示前索网的节点数目；将索力变量归并为
4.根据权利要求1所述的一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，所述的步骤107，包括如下步骤: 步骤901:设计后索网时，要求调整索是保持竖直的，后索网的节点的χ、y坐标必须与前索网完全相同，即满足如下关系
5.根据权利要求1所述的一种可展开偏置抛物面天线索网结构的初始形态设计方法，其特征是:所述的步骤108，包括如下步骤: 步骤1001:给定α的一个初始值； 步骤1002:根据调整索保持竖直的特点，得到后索网张力应满足如下关系
【文档编号】G06F17/50GK103761369SQ201410001125
【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】杨癸庚, 段宝岩, 杨东武, 张逸群, 杜敬利, 张树新, 宗亚雳, 许万业, 连培园 申请人:西安电子科技大学