一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是：至少包括如下步驟：1）首先確定一個最初的平衡參考構(gòu)型，即為k=0時的構(gòu)型，對應(yīng)的索網(wǎng)節(jié)點位置記為X(0)，索段的放樣長度記為2）確定第k次迭代時索網(wǎng)需要產(chǎn)生的節(jié)點位移3）在第k次平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定第k次迭代時索段張力關(guān)于索長的敏度矩陣節(jié)點位置關(guān)于索長的敏度矩陣4）采用優(yōu)化模型來求解第k次的索長修正量；5）第k次迭代后的索段放樣長度修正為6）重復(fù)該過程，直到滿足給定的收斂條件。本發(fā)明的方法可以在保證天線形面精度的情況下，使得索網(wǎng)的張力狀態(tài)均勻。
【專利說明】一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種索網(wǎng)反射面天線結(jié)構(gòu)，特別是一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天線結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、定位、雷達、射電天文等國防和國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域。為探測微弱信號或增大發(fā)射功率，不僅要求天線的口徑很大，而且要求反射面的精度很高。通常天線的口徑需要達到十幾米，甚至更大。而為獲得所需的電性能，往往要求天線的反射面精度達到其工作波長的1/50，這一要求非?？量獭＠?，工作頻率為3GHz (S波段)的天線，衡量天線反射面精度的均方根誤差通常應(yīng)小于2mm。
[0003]索網(wǎng)反射面天線是大口徑天線發(fā)展的主要趨勢之一，也是星載大型可展開天線的一種重要形式，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、易于實現(xiàn)大口徑、收攏體積小等優(yōu)點。然而，索網(wǎng)反射面天線的設(shè)計是非常困難的。首先，由于索網(wǎng)反射面的表面由索網(wǎng)的三角形小平面拼接而成，存在原理誤差。這就要求網(wǎng)面節(jié)點的形面精度要更高，一般要低于期望均方根誤差的2/3。其次，由于索網(wǎng)是柔性結(jié)構(gòu)，所有索段必須處于張緊狀態(tài)且索網(wǎng)的張力狀態(tài)要盡可能均勻，這樣才能獲得更好的力學(xué)性能。
[0004]由于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型復(fù)雜，建模誤差大且索網(wǎng)位移與張力狀態(tài)之間的耦合性強。因此，既要達到很高的形面精度，又要同時實現(xiàn)均勻的張力狀態(tài)是索網(wǎng)反射面天線設(shè)計中的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，以便在保證天線形面精度的情況下，使得索網(wǎng)的張力狀態(tài)均勻。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:至少包括如下步驟:
[0007]I)首先確定一個最初的平衡參考構(gòu)型，即為k = O時的構(gòu)型，對應(yīng)的索網(wǎng)節(jié)點位置記為x(°)，索段的放樣長度記為L(00、；
[0008]2)確定第k次迭代時索網(wǎng)需要產(chǎn)生的節(jié)點位移i/f ;
[0009]3)在第k次平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定第k次迭代時索段張力關(guān)于索長的敏度矩陣
rjj
，節(jié)點位置關(guān)于索長的敏度矩陣& ;
[0010]4)采用如下的優(yōu)化模型來求解第k次的索長修正量
[0011]find ALq ] = [AL01, AL02,".]τ[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:至少包括如下步驟: 1)首先確定一個最初的平衡參考構(gòu)型，即為k= O時的構(gòu)型，對應(yīng)的索網(wǎng)節(jié)點位置記為Xft0，索段的放樣長度記為if; 2)確定第k次迭代時索網(wǎng)需要產(chǎn)生的節(jié)點位移； 3)在第k次平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定第k次迭代時索段張力關(guān)于索長的敏度矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:所述的步驟I)中最初平衡參考構(gòu)型的確定包括: a)純索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計； b)天線結(jié)構(gòu)最初平衡參考構(gòu)型的確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:所述的a)純索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計包括: 對純索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，設(shè)索單元總數(shù)為n，自由節(jié)點總數(shù)為m，初步設(shè)計時使索網(wǎng)節(jié)點均位于其標(biāo)稱位置上，則網(wǎng)面節(jié)點的平衡方程為AT = O (I)其中，T為各索段張力組成的nXl向量，矩陣Ae R3mxn為索網(wǎng)的平衡矩陣；每個索網(wǎng)節(jié)點q和索段j對應(yīng)矩陣A中的一個3 X I分塊Atu.;當(dāng)索段j與節(jié)點q相連時，Aqj為從該節(jié)點出發(fā)，沿索段j方向的單位列向量；當(dāng)索段j不與節(jié)點q相連時，Aqj為3X1零向量。對于索網(wǎng)反射面，式(I)是欠定，存在多組張力模態(tài)，這樣就可以確定出一組滿足給定設(shè)計要求且張力狀態(tài)最均勻的初始張力；所用方法如下: 由矩陣論可知，滿足式(I)的張力T可以表示為 T = null ⑷ Xa(2) 式中null (A)為矩陣A的零空間，a為相應(yīng)的系數(shù)向量；可使用如下優(yōu)化模型來確定一盡量均勻的索網(wǎng)張力狀態(tài):find a = [ a 1； a 2,...]τ
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:所述的b)天線結(jié)構(gòu)最初平衡參考構(gòu)型的確定包括: 利用步驟a)中確定的索段張力作為初始張力來求解天線整體結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)，該狀態(tài)即為天線的最初平衡參考構(gòu)型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:所述的步驟3)確定第k次迭代時索段張力關(guān)于索長的敏度矩陣
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種索網(wǎng)反射面天線形面精度與張力狀態(tài)的同時設(shè)計方法，其特征是:所述的步驟2)確定第k次迭代時索網(wǎng)需要產(chǎn)生的節(jié)點位移CZf1的步驟包括: I)在設(shè)計要求的理想拋物面的頂點處建立直角坐標(biāo)系Oxyz，z軸沿拋物面焦軸方向，則對應(yīng)的拋物面方程可表示為: x2+y2 = 4fz(7) 為保證良好的張力狀態(tài)，將理想拋物面方程修正為: x2+y2 = 4f (z+h)(8) 其中，h為拋物面頂點沿z軸的偏移量； 2)為確定每個節(jié)點的調(diào)整量，對于索網(wǎng)上的第i(i = l，2，…，c，其中c為有形狀要求的節(jié)點數(shù)目)個節(jié)點A，設(shè)其在當(dāng)前位置的坐標(biāo)為[X，y, ζ]τ,由點A沿可調(diào)整索方向向修正后的拋物面作交線，交于點C，將點A處沿可調(diào)整索方向的單位向量記為: P = [Px Py pJT (9) 令A(yù)C=d，當(dāng)節(jié)點A位于修正拋物面上方時為正，位于下方時為負，這樣點C的坐標(biāo)可以表示為
【文檔編號】G06F17/50GK103761368SQ201410001034
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】杜敬利, 段寶巖, 馬亞靜, 楊東武, 張逸群, 楊癸庚, 丁波 申請人:西安電子科技大學(xué)