，其特征在于，该方法包 括下述步骤： (1) 根据大型赋形双反射面天线的结构参数、工作频率及材料属性，在ANSYS软件中建 立未变形赋形双反射面天线结构有限元模型，提取天线有限元模型中未变形赋形主反射面 的节点坐标、单元信息和副反射面的节点坐标和单元信息； (2) 用分段抛物面去拟合未变形赋形双反射面天线主反射面，通过计算得到未变形赋 形双反射面天线主反射面的分段拟合面； (3) 根据大型赋形双反射面天线所处环境的溫度分布，在ANSYS软件中对未变形赋形 双反射面天线有限元模型加载溫度载荷，然后计算在该溫度分布下的变形赋形双反射面天 线有限元模型中的各个节点坐标； (4) 将大型赋形双反射面天线主反射面的分段拟合面整体平移、旋转，同时将每段拟合 面进行焦距变化和轴向移动去吻合变形后的天线主反射面，利用遗传算法，优化计算得到 大型赋形双反射面天线主反射面的最佳分段吻合面； (5) 根据计算得到的变形后天线主反射面的最佳吻合面，假设在副反射面和焦点位置 都不发变化的情况下，基于反射面天线的机电禪合模型，计算天线主反射面因热变形导致 的天线指向所在的局部坐标系的XOZ平面和yoz平面的偏差； (6) 根据ANSYS软件计算得到的天线副反射面顶点在局部坐标系中的XOZ平面和yoz 平面内的位移量或转动量，计算天线的副反射面在运两个平面内的横向移动，假设天线主 反射面处于理想情况下，并且天线副反射面只有移动而无转动或者只有转动而无移动，根 据运些条件，基于反射面天线的机电禪合模型，计算出天线因副反射面移动或转动引起的 在XOZ平面和yoz平面的指向偏差； (7) 将天线赋形主反射面和副反射面因热变形分别引起的局部坐标系中XOZ平面和 yoz平面内的指向偏移量进行求和，计算局部坐标系中天线因热变形引起的总指向偏差； (8) 利用天线主反射面所处的局部坐标系和天线整体所处的大地坐标系之间的关系， 通过坐标转换，将局部坐标系下天线的总指向偏差转换为大地坐标系下天线的指向偏差， 计算出天线因热变形引起的大地坐标系中的指向调整量； (9) 根据天线的指向调整量，调整天线的俯仰方位角，计算调整后的天线电性能；如果 电性能提高满足要求，则该调整量为最佳指向调整量，如果不满足要求，则调整天线结构有 限元模型中的材料属性参数，重复步骤（3)~巧），直至满足要求。2. 根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述大型赋形双反射面天线的结构参数包括主、副反射面口径；所述大型赋形 双反射面天线的材料属性包括大型赋形双反射面天线背架材料和大型赋形双反射面天线 主、副反射面面板的密度、热传导率、比热、泊松比、弹性模量和热膨胀系数。3. 根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述大型赋形双反射面天线的电性能为大型赋形双反射面天线的波束指向。4. 根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，步骤（2)中，大型赋形双反射面天线的主反射面利用分段拟合抛物面进行拟 合，其拟合过程如下： (2a)根据天线实际的口径、频率来确定实际选取的段数； (2b)计算得到未变形天线主反射面分段拟合面每段抛物面的焦点和顶点的坐标，进而 确定分段拟合抛物面。5. 根据权利要求4所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述步骤（2b)中，得到每段拟合抛物面的焦点和顶点的坐标，通过下述方法 实现： 2b-l)设第n段拟合抛物线的方程为： =4.(,(2,, +AW") 式中，r。为第n段拟合抛物面上某一点绕Z轴旋转形成的圆的半径，Z。为该点的轴向 坐标，n= 1, 2，......N; 则建立赋形天线主反射面母线与分段抛物线之间的轴向均方根误差5 :其中，fi，f2, ...，fw为各分.段抛.物线的焦距，M表示节点总数，AH1，A&，...，A& 为抛物线顶点的轴向坐标，E。表示第n段的拟合点数，Z'。为变形主反射面对应点的Z轴坐 标； 通过将5对f。和AH。求取偏导数，求取各分段抛物面的焦距f。和顶点坐标AH。； 2b-2)使目标.函数对f。和AH。偏导数等于零，构成其法方程组，即将其展开，得到：对上面的式子进行求解，得到每段抛物线的焦距f(n)和顶点与坐标原点的距离 AH(n)。6. 根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述步骤（4)中，得到最佳分段吻合面是通过下述方法实现的： (4a)将分段拟合抛物面整体平移、旋转，同时将每段拟合面进行变焦和轴向移动去吻 合变形后的天线主反射面； (4b)利用遗传算法，优化计算得到大型赋形双反射面天线主反射面的最佳分段吻合 面，具体步骤如下： (4b-l)抛物环面的一环吻合所对应的变形赋形面 设抛物环面上一点P(Vy。，Zp)，在吻合面上对应点P(j(Xp，y。，Z。），在变形赋形主反射面 上对应点Pi(Xp,Yp,Zi); 在抛物环面上某一环的母线方程为：进而得到P。点Z轴的轴向坐标近似值Z。为：其中，[稱〇:巧灯祝]=[媒S從.細斬無乾松地犯.鋭S斬];;AX、Ay、AZ为吻合抛物面顶 点在原坐标系0-xyz中的位移，<l)x、4y分别为吻合抛物面的焦轴绕原坐?标轴0-xyz中X、y轴的转角，f，为焦距，Af,为焦距变化量，t,为沿公共轴线的轴向偏移量，AH,为抛物线 顶点的轴向坐标；x，i为第j段分段拟合抛物面上的第i个节点的X轴坐标，y,1为第j段分 段拟合抛物面上的第i个节点的y轴坐标； (4b-2)建立吻合后焦点同轴线约束 设由抛物环面的第j个环面由于旋转、平移、焦距改变及沿轴线的平移导致的焦点的 改变量为及z\j，其中：式中，f，为第j段拟合抛物面的初始焦距； (4b-3)建立抛物环面吻合的优化模型 建立优化模型，采取遗传算法，对所建立的优化模型进行优化计算，即得到拟合面整 体移动参量Ax、Ay、Az和整体旋转量巧'每段拟合抛物面焦点沿焦线的平移量 ti，ti，. . .，tw，W及每段拟合抛物面各自的焦距变化量Af1，Af2, . . .Afw和轴向位移量，进 而确定最佳吻合面。7. 根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述步骤巧）、化）中，分别计算天线主反射面变形、副反射面顶点横向移动和 副反射面转动运=个因素导致的天线指向偏差时，均假设只有其中一个因素导致天线的波 束指向发生偏差，其他两个因素均处于理想情况，不会影响天线的波束指向，且计算的指向 偏差发生在天线所在的局部坐标系中两个相互垂直的平面内。8. 根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述步骤（8)中，将（7)计算得到的天线因热变形造成的总指向偏差进行坐标 转换，计算出天线因热变形导致的方位俯仰角的偏差量，坐标转换过程如下： 设局部坐标系下Z轴上一点P，i，局部坐标为（Xji，Yii,Zji),即表示天线在未发生变形 情况时的波束指向，设天线当前俯仰方位角为0。和物，某一时刻天线因热变性导致天线 指向在局部坐标系中XOZ平面和yoz平面内的偏差分别为J餐y和 在局部坐标系中，经过计算，得到点Z轴上点P，1在指向发生偏差后的坐标位置，记为 P，2,其坐标为（Xj2,y.j2,Zj2)，P，2和P，1的坐标关系为：其中分别将点P，1和点P，2经过坐标转换，得到运两个点在整体坐标系下对应的坐标，分别 记为点P，3 (Xq3，YqS,Zq3)和P，4 (Xq4，y。"Zq4)，P，1与P，3、P，2与P，4的转换关系如下：其中（Xji，y.ji，z.ji) = (0,0,1); 得到整体坐标系下的点P，3和P，4的坐标后，利用直角坐标系转换为极坐标系的转换关 系，将两个点对应的角度從3、歡巧日從4、嫂4转换为极坐标系下的角度0 3、銜和0 4、 最终的方位角和俯仰角偏差分别为9.根据权利要求1所述的一种基于机电禪合的大型赋形双反射面天线指向调整方法， 其特征在于，所述步骤巧）中，将步骤（8)计算得到的天线指向偏差量A0谭用于指导 天线调整其伺服系统的方位俯仰角，进行指向调整。
【专利摘要】本发明公开了一种基于机电耦合的大型赋形双反射面天线指向调整方法，包括：(1)建立天线结构有限元模型；(2)确定天线赋形主反射面的分段拟合面；(3)计算主反射面热变形后的有限元节点坐标，副反射面转动角及顶点位移量；(4)确定变形后的天线赋形主反射面的最佳吻合面；(5)计算天线主反射面温度分布造成的天线指向偏差；(6)计算天线热变形引起的副反射面指向偏差；(7)计算天线因结构热变形造成的总指向偏差；(8)将局部坐标系下天线的总指向偏差转换为大地坐标系下天线的指向调整量；(9)计算调整后的天线指向与波束指向。本发明通过调整天线伺服系统的方位俯仰角来改善天线的电性能，其分析与计算过程更加简洁和高效。
【IPC分类】H01Q15/14, H01Q19/12
【公开号】CN105206941
【申请号】CN201510548132
【发明人】王从思, 杨崇金, 王艳, 陈光达, 朱敏波, 庞毅, 连培园, 黄进, 李鹏, 李娜, 周金柱, 邓昌炽
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月31日