一种轴对称反射面天线热变形实时预估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天线技术领域，具体是一种轴对称反射面天线热变形实时预估方法。 应用于对工程中轴对称反射面天线温度场和热变形的实时预估。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，反射面天线向着高频率、高增益、大口径的方向发展，任何 微小结构变形都将引起电性能的显著下降，温度作为天线载荷之一，越来越受到重视。西班 牙IRAM-30米射电望远镜工作频率高达230GHz，天线整体配有温控设备，上海余山65米、德 国Effelsberg-100米等射电望远镜，因其结构鹿大，难W配置温控设备，热变形严重制约 着电性能。
[0003] 为了保证天线的电性能，最有效的方法是通过温控措施来降低反射面天线温度场 的梯度，从而减小反射面天线的热变形。然而，在大型反射面天线上配置温控设备的代价较 大，通常没有温控设备。目前，改善变形反射面天线电性能的方法主要是通过主动反射面技 术减小反射面的变形，或者通过移动副面（双反射面天线）或者馈源（单反射面天线），根 据最佳吻合的概念，减小天线主反射面的系统变形。可见，上述方法的共同前提是主反射面 的变形信息是已知的，因此，为了实时减小温度对天线的电性能的影响，热变形的实时预估 是关键的一步，而温度场的实时获取则是热变形实时预估的前提。
[0004] 实际上，地基反射面天线时刻受到太阳福射、天空散射及地面反射等复杂因素的 影响，且反射面天线多工况及太阳位置时变而导致温度场无规律分布。目前获取天线温度 场主要方法有两种；有限元仿真和温度传感器测量。有限元方法基于传热学理论，可反映结 构内在传热规律，但由于复杂时变的环境难W精确度量，边界条件的设置主观因素过多，计 算误差较大，每次只能计算一种工况下的温度场且计算时间较长，不具有实时性。布置温度 传感器则可实时获取实际天线的温度场，但成本较高，且大量传感器所测数据的可靠性下 降，采用插值方法也存在一定的插值误差。总之，实时准确获取天线温度场比较困难，无法 实现反射面天线热变形的实时预估，进而无法根据现有技术实时减小反射面天线热变形对 其电性能的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，结合测量温度数据和仿真温度数 据，提出一种轴对称反射面天线热变形实时预估方法，实时准确获取天线温度场，实现反射 面天线热变形的实时预估，进而实时减小反射面天线热变形对其电性能的影响。
[0006] 实现本发明目的的技术方案是：一种轴对称反射面天线热变形实时预估方法，包 括如下步骤：
[0007] (1)依据反射面天线的结构参数W及结构分析相关的材料属性，通过结构分析软 件ANSYS建立有限元模型；
[0008] (2)依据反射面天线的有限元模型W及热分析相关的材料属性，通过热分析软件 I-DEAS建立热分析模型；
[0009] (3)依据天线热分析模型，通过I-DEAS热分析软件计算太阳光线与天线口径面不 同夹角时对应的温度场，建立温度数据表；
[0010] (4)依据实际天线的当前工况，从步骤（3)所建立的温度数据表中查表获取一个 温度场；
[0011] (5)在天线背架和主反射面上各分散布置若干温度传感器，依据实测温度数据，修 正步骤（4)查表所得的温度场；
[0012] (6)依据修正后的温度场，通过ANSYS结构分析软件，计算天线当前工况对应的热 变形。
[0013] 所述步骤（1)中反射面天线的结构参数包括天线背架、中也体、主反射面、副反射 面等结构的几何参数信息；结构分析相关的材料属性包括密度、泊松比、弹性模量、热膨胀 系数。
[0014] 所述步骤（2)中反射面天线热分析相关的材料属性包括热传导率、比热、吸收率 和发射率；所述步骤（2)中通过热分析软件I-DEAS建立热分析模型，按如下过程进行：
[0015] (2a)将热分析相关的材料属性和天线相关的单元类型按照I-DEAS可识别的命令 写成命令流文件；
[001引 姊）依据ANSYS有限元模型，提取节点坐标和单元连接关系，并将其写成I-DEAS 可识别的命令流文件；
[0017] (2c)在I-DEAS软件中依次读入步骤（2a)和（2b)中的命令流文件，生成反射面天 线的热分析模型。
[0018] 所述步骤（3)中依据天线热分析模型，通过I-DEAS热分析软件计算太阳光线与天 线口径面不同夹角时对应的温度场，建立温度数据表，按如下过程进行：
[0019] (3a)打开I-DEAS软件，导入天线热分析模型；
[0020] (3b)设置热分析模型的地理缔度为0度，天线俯仰角为0度，即天线指平，设置口 径面朝东或者朝西，设置仿真日期为春分或者秋分；
[002。 （3c)根据天线所在地区和季节常见的天气状况，设置太阳常数，环境温度，远空温 度，大气清洁因子，大地反射因子，天空散射因子，自然对流系数；
[002引 （3d)设置仿真时间间隔为At,单位为砂，则一天共有24X3600今At种工况，进 而确定相邻两个工况的角度间隔为A 0心1= 360今（24X3600今At),单位为度，则从太阳 升起到太阳降落共有180/A 0 +1种工况；
[002引 （3e)进行瞬态温度场分析，得到180/ A 0 +1种工况对应的温度场；
[0024] 做）根据各工况太阳光线与天线口径面的夹角0ikt，建立温度数据表，其中太阳 光线在口径面上方时夹角为正，在口径面下方时夹角为负。
[00巧]所述步骤（4)中依据实际天线的当前工况，从步骤（3)所建立的温度数据表中查 表获取一个温度场，按如下过程进行：
[0026] (4a)计算当前时刻的太阳高度角目和太阳方位角a (规定东南方向为负，西南方 向为正），按下面的公式进行计算：
[0027] sin 目=sin〇Ns * sin 5+cos〇Ns * cos 5 ? cos W， . cosd.sirud
[0028] sin a =---， cos />
[0029] cos a 二 sec〇NsSec P (sin〇NsSin P-sin 5 )，
[0030] 其中，表示天线地理缔度（规定赤道W北为正，赤道W南为负），w表 示实际天线所处地理位置的当前地方时间对应的太阳时角，5表示太阳赤缔角， S =巧.45.sin(360 式中d按1月1日取1，1月2日取2,依此类推； 365
[0031] (4b)计算太阳光线和实际天线口径面的相对位置关系，包括太阳光线与实际天线 口径面的夹角0和太阳光线在口径面投影与口径面局部坐标系0-XiyiZi的Xi轴的夹角口：
[0032]
[0033]
【主权项】
1. 一种轴对称反射面天线热变形实时预估方法，其特征是：包括如下步骤： (1) 依据反射面天线的结构参数以及结构分析相关的材料属性，通过结构分析软件 ANSYS建立有限元模型； (2) 依据反射面天线的有限元模型以及热分析相关的材料属性，通过热分析软件 I-DEAS建立热分析模型； (3) 依据天线热分析模型，通过I-D