专利名称：基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达天线领域中的基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法。本发明可以有效地实现索网反射面天线的型面赋形设计，为索网反射面天线在轨重构提供有力保障。
背景技术：
在未来先进的卫星通信、无线广播系统、地球观测、陆地遥感、深空探测和深空通信等领域，可展开天线是必不可少的关键设备之一。由金属反射丝网和柔性索构成的索网反射面天线是可展开天线的重要结构形式。由于卫星通信系统通常要求星载天线能够产生与信号覆盖区域形状相匹配的辐射方向图，因此需要对索网反射面天线进行赋形设计。T. L. Zhang 等人在文献“Design of dual offset shaped reflector antennabased onDEGL algorithm，， (Journal of Electromagnetic Waves and Applications,Vol. 25, No. 5/6，pp. 723-732，2011年)中，公开了一种采用基于局部和全局邻居模型的差分进化方法对双偏置反射面天线进行型面赋形设计的方法。该方法采用空间正交多项式来描述天线反射面，将多项式系数作为优化变量，结合局部和全局邻居模型的差分进化方法进行反射面赋形设计。但该方法存在的不足是，由于索网反射面天线采用金属反射丝网和柔性索构成天线反射面，空间正交多项式不能有效地描述索网反射面天线，进而无法进行索网反射面天线赋形设计，并且局部和全局邻居模型的差分进化方法计算量较大，不能实现索网反射面天线高效、实时赋形设计。发明的内容本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种适用于索网反射面天线的型面赋形方法。该方法通过计算天线远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值，采用敏度信息优化迭代方法实现了索网反射面天线的高效、实时型面赋形设计应用。实现本发明的基本思路是，首先输入用户提供的包含天线口径、焦距、偏置距离、工作波长、馈源参数和赋形要求的天线结构参数和电参数，采用面片划分方法获得索网天线结构信息，然后以节点轴向位移量为优化变量，赋形要求为目标函数，建立天线型面赋形设计模型，接着判断目标函数值是否满足赋形要求，满足赋形要求则输出索网节点信息，若不满足则计算天线远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值，采用敏度信息优化迭代方法得到下次迭代的节点轴向位移量，计算目标函数值并进行下次判断。本发明的具体步骤如下(1)输入天线结构参数和电参数输入用户提供的包含天线口径、焦距、偏置距离、工作波长、馈源参数和赋形要求的天线结构参数和电参数信息。(2)获取索网天线结构信息以索网反射面天线的投影口径中心作为面片划分的起点，采用面片划分方法获得包含有投影正三角形边长的索网反射面天线结构信息。
(3)建立优化模型从索网反射面天线结构信息中提取节点轴向位移量，将节点轴向位移量作为优化模型中的设计变量，赋形要求作为目标函数，依此建立天线型面赋形设计模型FindAz= { Δ Z1, Δ z2,…，Δ zM}τMin f ( Δ ζ)S. t. G(Az) ≤ O其中,Find表示迭代运算，Δ ζ表示索网节点轴向位移列向量，Δ ζ。Δ ζ2、…、ΔζΜ依此表示节点编号为1、2、…、M的轴向位移量,M表示节点总数,上标T表示向量转置运算；Min表示最小化运算，f(Az)表示赋形要求的目标函数；S.t.表示约束运算，G(Az)表示包含节点轴向位移量上下限的约束函数。(4)获得目标函数值采用物理光学法获得优化模型中的目标函数值。(5)判断是否满足赋形要求判断目标函数值是否满足用户在步骤(I)中指定的赋形要求，如果满足要求，则转至步骤(6);否则转至步骤(7)。(6)输出索网节点信息到指定文件。(7)计算敏度信息值7a)从索网天线结构信息中提取节点轴向位移量，从馈源参数中提取馈源的总辐射功率；7b)通过下式计算面片法向矢量对节点轴向位移的敏度信息值
权利要求
1.基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，包括如下步骤(1)输入天线结构参数和电参数输入用户提供的包含天线口径、焦距、偏置距离、工作波长、馈源参数和赋形要求的天线结构参数和电参数信息；(2)获取索网天线结构信息以索网反射面天线的投影口径中心作为面片划分的起点，采用面片划分方法获得包含有投影正三角形边长的索网反射面天线结构信息；(3)建立优化模型从索网反射面天线结构信息中提取节点轴向位移量，将节点轴向位移量作为优化模型中的设计变量，赋形要求作为目标函数，依此建立天线型面赋形设计模型Find Δ z = { Δ Z1, Δ ζ2,…，Δ zM}τ Min f ( Δ ζ)S. t. G(Az)=<O其中，Find表示迭代运算，Δ ζ表示索网节点轴向位移列向量，Az1' Δζ2、…、Δ ζΜ依此表示节点编号为1、2、…、M的轴向位移量，M表示节点总数,上标T表示向量转置运算； Min表示最小化运算，f(Az)表示赋形要求的目标函数；S.t.表示约束运算，G(Az)表示包含节点轴向位移量上下限的约束函数；(4)获得目标函数值采用物理光学法获得优化模型中的目标函数值；(5)判断是否满足赋形要求判断目标函数值是否满足用户在步骤(I)中指定的赋形要求，如果满足要求，则转至步骤(6);否则转至步骤(7)；(6)输出索网节点信息到指定文件；(7)计算敏度信息值7a)从索网天线结构信息中提取节点轴向位移量，从馈源参数中提取馈源的总辐射功率；7b)通过下式计算面片法向矢量对节点轴向位移的敏度信息值
2.根据权利要求1所述的基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，其特征在于，步骤(2)所述的面片划分方法是采用投影为正三角形的空间三角形平面对索网反射面天线进行面片拼合，其中索网节点均位于理想反射面上，投影正三角形的边长满足下式L =批呢F3其中，L表示投影正三角形边长，F表示索网天线的焦距，δ表示索网天线的型面均方根误差，S = λ/50，λ表示天线的工作波长。
3.根据权利要求1所述的基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，其特征在于，步骤(4)所述的物理光学法是一种基于面电流分布的高频近似方法，计算公式如下
4.根据权利要求1所述的基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，其特征在于，步骤(8)所述的敏度信息优化迭代方法是指，将本次迭代的远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值代入下式，得到下次迭代的节点轴向位移量Δζ( +1) = Δζω+α (t)g(t)其中，Az(t+1)表示第t+1次迭代的节点轴向位移量，t表示迭代次数，Λζω表示第 t次迭代的节点轴向位移量，a (t)表示第t次迭代步长，g(t)表示第t次迭代搜索方向，表示远区方■向系数对^点、轴向位移白勺敏度信肩、值，D表示远区方·向系数，
全文摘要
本发明公开了一种基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，具体步骤包括(1)输入天线结构参数和电参数；(2)获取索网天线结构信息；(3)建立优化模型；(4)获得目标函数值；(5)判断是否满足赋形要求；(6)输出索网节点信息到指定文件；(7)计算敏度信息值；(8)更新索网节点信息。本发明通过计算天线远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值，结合敏度信息优化迭代方法，对索网反射面天线进行型面赋形设计，克服了空间正交多项式在索网反射面天线赋形设计中无法应用、差分进化方法计算量大的不足，具有运算量较少、效率较高的优点。
文档编号H04W16/28GK103037389SQ201210510289
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者张树新, 段宝岩, 保宏, 张逸群, 宗亚雳, 杨癸庚, 连培园 申请人:西安电子科技大学