一种基于Catia点云技术的频选天线罩建模方法与流程

本发明涉及一种基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，属于天线罩领域。

背景技术：

1、随着隐身作战需求的不断提升，飞行器除了前端的雷达天线需要配套的频选天线罩外，机翼前缘、翼尖、垂尾等位置同样需要安装满足不同功能需求的天线罩，可以保护罩体内通信模块免受风、雨、高温、湿热、沙尘暴等恶劣环境的影响，又不影响正常的通信功能，因此频选天线罩是决定隐身飞行器作战性能的关键部件。由于位置型面的特殊性，通常局部外形比较复杂，一般为曲率变化较大且为非线性不可展开异形面，给该位置天线罩的建模工作带来极大困难。传统的频选天线罩建模方法大多适用于可展开曲面结构天线罩，建模速度慢、效率低，对天线罩顶部区域和边缘区域容易产生频选结构重叠等错误。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供了一种基于catia的点云技术的频选天线罩建模方法，具体包括如下步骤：

2、s1、使用计算机软件catia建立stl格式的天线罩三维模型，将天线罩三维模型划分为m个曲面，第i个曲面表示为fi，i的范围为1到m；

3、s2、使用计算机软件cloud compare读取stl格式的天线罩的m个曲面，并分别转换为m个初始点云数据集，其中第i个曲面fi的初始点云数据集为di，di中包含密集的点；

4、s3、根据频选单元的周期尺寸和阵列分布，对m个初始点云数据集分别进行下采样和优化，删除其中非必要的点云和平滑密度不规则的点云，得到m个过滤点云数据集，其中第i个初始点云数据集di优化后得到过滤点云数据集di'，di'中包含若干个稀疏的点；

5、s4、对m个过滤点云数据集分别计算数据集中每个点的法向量，组成对应的法向量数据集，其中对第i个过滤点云数据集di'，获取di'中每个点的法向量，记为di'的法向量数据集vi。

6、s5、对所有m个法向量数据集执行下述操作：绘制第i个法向量数据集vi中每一个法向量的切平面，并在每一个切平面上绘制频选单元拓扑结构；s6、将天线罩三维模型导入catia，并将绘制的频选单元投影到天线罩三维模型的表面上，完成频选天线罩共形建模。

7、较佳的，所述的s1中catia软件建立的天线罩三维模型为旋转对称结构，或为非旋转对称结构；为可展开曲面，或为非可展开曲面；三维模型划分成多个曲面，各曲面的曲率半径均小于相邻频选单元几何中心的空间直线距离q。

8、较佳的，所述s3中的频选阵列分布方式可以为三角形分布、正方形分布、菱形分布。

9、具体的，所述s3对第i个初始点云数据集di过滤的操作包括：

10、s3.1:在曲面fi的初始点云数据集di中随机选取一个点pi0(x0,y0,z0)作为初始顶点；将pi0计入过滤后的点云数据集di'；删除初始点云数据集di中与pi0距离小于q-δd的所有点；其中δd为间距误差；

11、s3.2:在初始点云数据集di中随机选择一个与初始点pi0间距大于q-δd且小于q+δd的点pi1(x1,y1,z1)，作为第二个顶点，将pi1计入过滤后的点云数据集di'，删除初始点云数据集di中与pi1距离小于q-δd的所有点；

12、s3.3:以pi1为顶点，做半径长度分别为q-δd和q+δd的球体，根据频选阵列分布方式，对初始点云数据集di做n等分分割，n可以为4、6、8中任意数值；随机选取等分割线与半径为q-δd到q+δd圆环相交区域的某一个点作为第三个顶点pi2(x2,y2,z2)，pi2计入过滤后的点云数据集di'；删除初始点云数据集di中与pi2距离小于q-δd的所有点；

13、s3.4:以pi2(x2,y2,z2)为顶点，再次执行s3.3获得第四个顶点pi3(x3,y3,z3)，将pi3(x3,y3,z3)添加至过滤点云数据集di'，删除初始点云数据集di中与pi3距离小于q-δd的所有点。以此类推获得滤点云数据集di'的后续点，直至初始点云数据集di中仅剩最后一点。

14、进一步的，所述的s3.3、s3.4中，第j+2个顶点pij+2(xj+2,yj+2,zj+2)，j为大于等于0的整数，需要满足：①pij+1、pij+2的距离大于q-δd且小于q+δd；②pij+1、pij两点连线和pij+1、pi+2两点连线间的夹角满足大于360°/n-δφ且小于360°/n+δφ；其中，δφ为角度误差。

15、较佳的，所述的s3.3中，若频选阵列分布为正三角形分布则对初始点云数据集做6等分分割；若频选阵列分布为正方形分布则对初始点云数据集做4等分分割；若频选阵列分布为菱形分布则对初始点云数据集做8等分分割。

16、具体的，所述s4对第i个过滤点云数据集di'的操作包括：

17、将过滤后的点云数据集di'导入catia软件中，求得其中每个点pij所在位置的切平面sij和对应的外法线lij，sij和lij相互垂直，其中点pij(xj,yj,zj)对应的法向量vij可以通过下式计算：

18、

19、其中f(xj,yj,zj)是点pij(xj,yj,zj)局部曲面方程,过滤点云数据集di'对应的法向量数据集vi由点pij处的法向量vij组成；点pij对应的的外法线lij(x,y,z)上任意一点(x,y,z)满足下式:

20、

21、其中点pij对应的切平面sij(x,y,z)上任意一点(x,y,z)满足下式：

22、

23、具体的，所述的s5对第i个过滤点云数据集di'中第j个点的操作为：以过滤点云数据集di'中的点pij为坐标原点，以lij为法线，在切平面sij上建立局部坐标系；使用catia软件对频选单元进行坐标变换，使频选单元从初始坐标系复制到所有的局部坐标系，并保证所有局部坐标系上的频选单元空间朝向一致。

24、具体的，所述的s6对第i个过滤点云数据集di'中第j个点的操作为：在catia软件中将第j个频选单元拓扑结构沿对应的法向量vij平行投影到天线罩三维模型的表面，得到频选共形天线罩三维模型。

25、综上所述，与现有技术相比，本发明提供一种解决可展开/不可展开曲面的频选天线罩快速、精确、高效率建模方法。

技术特征：

1.一种基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s1中建立的天线罩三维模型为旋转对称结构，或为非旋转对称结构；为可展开曲面，或为非可展开曲面；该天线罩三维模型划分成m个曲面，各曲面的曲率半径均小于相邻频选单元几何中心的空间直线距离q。

3.如权利要求1所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s3中的频选单元阵列分布方式为三角形分布、或正方形分布、或菱形分布。

4.如权利要求3所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s3对第i个初始点云数据集di过滤的具体操作为：

5.如权利要求4所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s3.3、s3.4中，第j+2个顶点pij+2(xj+2,yj+2,zj+2)，j为大于等于0的整数，需要满足：①pij+1、pij+2的距离大于q-δd且小于q+δd；②pij+1、pij两点连线和pij+1、pij+2两点连线间的夹角满足大于360°/n-δφ且小于360°/n+δφ；其中，δφ为角度误差。

6.如权利要求3和4所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s3.3中，若频选阵列分布为正三角形分布则对初始点云数据集做6等分分割；若频选阵列分布为正方形分布则对初始点云数据集做4等分分割；若频选阵列分布为菱形分布则对初始点云数据集做8等分分割。

7.如权利要求1所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s4对第i个过滤点云数据集di'的具体操作为：将过滤后的点云数据集di'导入catia软件中，求得其中每个点pij所在位置的切平面sij和对应的外法线lij，其中点pij(xj,yj,zj)对应的法向量vij可以通过下式计算：

8.如权利要求7所述，所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s5对第i个过滤点云数据集di'中第j个点的操作具体为：以过滤点云数据集di'中的点pij为坐标原点，以lij为法线，在切平面sij上建立局部坐标系；使用catia软件对频选单元进行坐标变换，使频选单元从初始坐标系复制到所有的局部坐标系，并保证所有局部坐标系上的频选单元空间朝向一致。

9.如权利要求8所述，所述的基于catia点云技术的频选天线罩建模方法，其特征在于，所述的s6对第i个过滤点云数据集di'中第j个点的操作具体为：在catia软件中将第j个频选单元拓扑结构沿对应的法向量vij平行投影到天线罩三维模型的表面，得到频选共形天线罩三维模型。

技术总结
本发明涉及一种基于Catia点云技术的频选天线罩建模方法，包括如下步骤：S1、导入天线罩三维模型，并划分成多个曲面；S2、将天线罩多个曲面转换为初始点云数据集；S3、根据频选单元的周期尺寸和阵列分布，对初始点云数据集进行下采样和优化，获得过滤点云数据集；S4、获取过滤点云数据集的法向量；S5、在各过滤点云法向量数据集中每一个法向量的切平面上绘制频选单元结构；S6、将绘制的频选单元结构投影或贴覆到天线罩表面上，完成频选天线罩共形建模设计。本发明可用于旋转对称结构频选天线罩、非旋转对称结构天线罩快速建模，极大的提高了频选天线罩建模的准确性和建模速度。

技术研发人员：张福恒,顾昊,余欢,刘兵,樊康,余兴
受保护的技术使用者：上海无线电设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4