面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法_2

文档序号:9813041阅读:来源:国知局
变形抛物面的法向均方根误差为:
[0034]所述步骤(5)确定最优工作性能下的目标曲面,包括如下过程:
[003引(5a)根据天线指向,利用天线最佳吻合抛物面参数0中的两个转角(K和反转 吻合抛物面,因为两个转角都是微小量,天线结构属于微转动,此时抛物面重力分布基本不 变,从而可W使得旋转后的天线抛物面,即目标曲面的增益和指向最优;
[0036] 师)得到的目标曲面,其方程如下:
[0038] 步骤(6)确定变形抛物面与目标曲面的对应节点,计算促动器调整量,包括如下过 程:
[0039] (6a)由理想设计面上促动器支撑面板的节点F (<,乂,的法线方向余弦,得到 天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(?,机,Z,/)的法线方向余弦(Ui,Vi,Wi):
[0041] (6b)提取促动器支撑面板节点,由理想设计面上促动器支撑面板的节点 乂,非;)的法线方向余弦,得到经过天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点 巧(?,九,2J的法线方程:
[0043] (6c)求解上述法线方程,得到过天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点的法线 方向直线与目标曲面交点的Z坐标,W及天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点 巧(?,把,苗)对应目标曲面的法线方向的交点与(V,乂,',?')坐标;
[0044] (6d)确定调整系数'即当目标曲面的法线方向的交点巧(V,扔位于沿 天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(?,?,?)法线方向指向反射面内侧时,贝U 取1,当节点巧位于沿巧法线方向指向反射面外侧时,则取-1;
[004引(6e)计算变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点的法向偏差,式子如下:
[0047] (6f)根据确定的调整系数和变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点 的法向偏差,计算促动器调整量A,6,公式如下:
[004引 A:='s'g"i,.<。
[0049] 所述步骤(7)中,沿促动器轴向调整面板至新的位置,重新组成抛物面,此时天线 背架结构不变,改变天线面板位置参数,更新天线结构有限元模型。
[0050] 所述步骤(8)中,利用天线机电禪合模型,求得变形抛物面天线的远区电场方向 图,从方向图中可得到天线的增益、波束指向电性能参数。
[0051] 机电禪合模型如下:
[005引式中,(0,4)为远区观察方向,f0U,4)为馈源方向图刮>^为反射面表面变 形对口径场相位的影响项,S(P)为天线结构位移,0为天线结构设计变量,包括结构尺寸、形 状、拓扑和类型参数,ro为馈源到反射面一点的距离,k为波常数,A表示天线口径面, 为XOY平面内的极坐标。
[0054] 本发明具有W下特点:
[0055] (1)本发明是基于大型天线的主动反射面结构设计,可直接计算出面向增益与指 向的促动器调整量,具有促动器总行程短、明显改善天线反射面精度、提高天线增益和保证 天线工作指向的优点;可应用于主动反射面控制系统中,计算方法简单,显著提高天线工作 性能。
[0056] (2)本发明提出的方法是对大型变形抛物面天线面板通过吻合旋转进行主动调 整,直接改变天线反射面的空间位置与几何形状,从而解决大型抛物面天线因自重变形引 起的电性能恶化问题,明显改善天线反射面精度,同时保证了天线高增益和天线工作指向。
【附图说明】
[0057] 图1为本发明的流程图;
[0058] 图2为大型抛物面天线ANSYS结构模型图;
[0059] 图3为天线抛物面变形位移云图;
[0060] 图4为天线曲面调整几何关系示意图;
[0061 ]图5为机电禪合模型中反射面误差示意图;
[0062] 图6为调整前后的天线电性能对比图;
[0063] 图7为调整前后的天线电性能对比局部放大图。
【具体实施方式】
[0064] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0065] 如图1所示,一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法,具 体步骤如下;
[0066] 步骤1,确定抛物面天线结构方案及促动器初始位置,建立天线结构有限元模型, 并确定促动器支撑面板节点
[0067] 根据大型抛物面天线的结构参数、工作频率及材料属性,确定天线结构方案及促 动器初始位置,在有限元力学分析软件中建立理想情况下的天线结构有限元模型,并确定 促动器支撑面板节点;其中大型抛物面天线的结构参数包括反射面口径、焦距,大型抛物面 天线的材料属性包括天线背架材料和反射面面板材料的密度、弹性模量。
[0068] 步骤2,计算天线结构自重变形,并提取变形抛物面的节点信息
[0069] 对步骤1中所建立理想情况下的天线结构有限元模型,在有限元力学分析软件中 对未变形抛物面天线结构有限元模型加载重力载荷,计算天线结构自重变形,并提取天线 变形抛物面上各个节点的坐标。
[0070] 步骤3,计算天线的最佳吻合抛物面
[0071] 3.1基于步骤1中建立的理想情况下天线结构有限元模型,提取理想设计面上N个 采样节点的理论坐标P(xi,yi,zi),根据天线变形抛物面的节点信息,提取天线变形抛物面 上的N个采样点Pi(xo,y日,Z日),假设P日(x日',y日',z日')是天线最佳吻合抛物面上的N个采样节点 之一,利用变形抛物面对最佳吻合抛物面的坐标误差A r = r(Pi)-r(P〇),根据最小二乘原 理,构造方程组A ? P = H,
[0075] 其中A为系数,0为最佳吻合抛物面的参数,N为采样点个数,f为理想设计面的焦 距;
[0076] 3.2求解上述方程组,得至防线最佳吻合抛物面的参数0,即Ax、Ay、A Z、(K、4 y 和A f,其中A X、A y、A Z为天线最佳吻合抛物面顶点在坐标系中相对于理想设计面顶点的 位移,(K、(K分别为天线最佳吻合抛物面的焦轴绕坐标轴x、y的转角(逆时针为正,为微小 量),A f为焦距变化量;
[OOW] 3.3将天线最佳吻合抛物面的参数代入反射面公式中,得到最佳吻合抛物面的方 程为:
[0079] 步骤4,计算变形抛物面的均方根误差,判断天线增益是否满足要求
[0080] 4.1基于步骤3中得到的最佳吻合抛物面的方程,根据变形后节点对最佳吻合抛物 面的法线方向余弦等于理想设计面上相应节点的法线方向余弦,由理想设计面上节点P (Xi,yi,Zi)的法线方向余弦,得到变形抛物面上的节点PiUo,yo,ZO)的法线方向余弦(Ii,mi, m):
[008引得到经过采样节点PiUo, yo,zo)的法线方程:
[0084] 4.2求解法线方程,得到过天线变形抛物面上节点的法线方向直线与最佳吻合抛 物面交点的Z坐标,W及天线变形抛物面上采样节点PiUo,yo,zo)对应天线最佳吻合抛物面 的法线方向的交点P日(x日',y日',z日')坐标,即天线最佳吻合抛物面上采样节点,并利用如下 式子,计算天线变形抛物面
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