[發(fā)明專利]一種基于應(yīng)變傳感器的天線結(jié)構(gòu)變形的間接測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410012927.7
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103776416A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜敬利;保宏;魏傳達(dá);趙澤;段學(xué)超;韓生弟
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 西安西交通盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 61217
• 代理人: 王萌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體是一種基于應(yīng)變傳感器的天線結(jié)構(gòu)變形的間接測量方法。

背景技術(shù)

面天線廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、空間科學(xué)等領(lǐng)域中。反射面精度是衡量天線性能的重要指標(biāo)之一，而且隨著天線口徑的增大，工作頻率的提高，對反射面精度要求也越來越高。然而，天線工作過程中要受到各種載荷的作用，除自身重力外，天線還會(huì)受到溫度載荷、風(fēng)荷、冰雪載荷等作用，這些都會(huì)引起反射面的變形。這種變形將直接影響到天線電氣工作性能，嚴(yán)重的還會(huì)使得天線失去作用。因此，需要對天線的變形情況進(jìn)行測量，為進(jìn)行反射面的形面調(diào)整和變形補(bǔ)償提供依據(jù)。

天線制造完成后需要首先測量反射面精度，一般用經(jīng)緯儀或微波全息攝影技術(shù)。通常使用經(jīng)緯儀進(jìn)行初裝后的面板調(diào)整，使用微波全息攝影用于反射面精確測量與調(diào)整。常用的測量方法有經(jīng)緯儀測量法、照相攝影法、微波全息法和激光測距法等，但這些方法要么操作復(fù)雜，耗時(shí)長，要么精度不夠、更不能滿足實(shí)時(shí)測量的需求。

考慮到結(jié)構(gòu)變形與其應(yīng)變之間的關(guān)系，可以通過測量結(jié)構(gòu)應(yīng)變的方法來間接地測量結(jié)構(gòu)的變形。應(yīng)變傳感器應(yīng)用范圍廣，結(jié)構(gòu)輕小，對天線影響小，對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。但大中型桁架天線一般是由數(shù)量龐大的構(gòu)件組成的，出于經(jīng)濟(jì)上和實(shí)際結(jié)構(gòu)限制方面的原因，不可能在每個(gè)構(gòu)件上都布置傳感器。要布置盡量少的傳感器而測量足夠多的動(dòng)態(tài)參數(shù)，就必須對傳感器進(jìn)行優(yōu)化布置。

對于簡單結(jié)構(gòu)，有經(jīng)驗(yàn)的工程試驗(yàn)人員可以較容易地確定傳感器的位置，而對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，傳感器的數(shù)目和位置的選擇就相當(dāng)困難。因此需要尋找一種方法，能指導(dǎo)傳感器數(shù)目與位置的確定，并能判斷所選擇的傳感器數(shù)目與位置是否恰當(dāng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明給出了一種基于應(yīng)變傳感器的天線結(jié)構(gòu)變形的間接測量方法，該方法可解決數(shù)目一定時(shí)的傳感器布置問題，并通過算例來說明這種方法的可行性。

該方法是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種基于應(yīng)變傳感器的天線結(jié)構(gòu)變形的間接測量方法，該方法包括下述步驟：

1）確定包含各工況下天線結(jié)構(gòu)變形的最小完備模態(tài)集

基于模態(tài)坐標(biāo)評價(jià)向量按照參與變形程度對備選模態(tài)進(jìn)行排序，根據(jù)模態(tài)刪除前后變形向量的線性相關(guān)性來得到可描述各工況下天線結(jié)構(gòu)變形的最小完備模態(tài)集；

2）確定觀測最小完備模態(tài)集時(shí)應(yīng)變傳感器的布置位置

采用有效獨(dú)立法進(jìn)行傳感器布置，刪除對目標(biāo)模態(tài)的獨(dú)立性貢獻(xiàn)最小的自由度，直到剩余自由度數(shù)目與傳感器數(shù)目相同；

3）確定從應(yīng)變到位移的映射矩陣

根據(jù)小變形情況下天線結(jié)構(gòu)的位移與應(yīng)變之間為線性關(guān)系，利用數(shù)值仿真或?qū)崪y數(shù)據(jù)計(jì)算出映射矩陣；

4）利用應(yīng)變測量值觀測天線結(jié)構(gòu)的變形

根據(jù)應(yīng)變和位移之間的對應(yīng)關(guān)系，利用布置在指定位置的傳感器測量出天線結(jié)構(gòu)的應(yīng)變后通過映射矩陣得到天線結(jié)構(gòu)的位移。

進(jìn)一步地，所述步驟1）中，基于模態(tài)坐標(biāo)評價(jià)向量按照參與變形程度對備選模態(tài)進(jìn)行排序，根據(jù)模態(tài)刪除前后變形向量的線性相關(guān)性來得到能夠描述各工況下天線結(jié)構(gòu)變形的最小完備模態(tài)集，通過下述方法來實(shí)現(xiàn)：

1a）設(shè)天線結(jié)構(gòu)需要在M個(gè)載荷工況下工作，第j（j=1,2,...,M）個(gè)工況下天線結(jié)構(gòu)對應(yīng)的變形位移為U_j；

1b）確定包含天線結(jié)構(gòu)所有工況變形的備選模態(tài)集，將其前N階模態(tài)作為備選模態(tài)集，其中N應(yīng)不小于應(yīng)變傳感器的數(shù)目；利用所選的N階模態(tài)向量構(gòu)造出天線結(jié)構(gòu)的模態(tài)矩陣

其中，為天線結(jié)構(gòu)的第i階模態(tài)向量；

1c）對于第j個(gè)變形工況，設(shè)天線結(jié)構(gòu)對應(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)為

q_j=[q_1j,q_2j,...,q_Nj]^T??????（2）

其中，q_ij為第j個(gè)變形工況下的第i階模態(tài)對應(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)；為使模態(tài)坐標(biāo)q_ij描述結(jié)構(gòu)變形時(shí)的誤差最小，模態(tài)坐標(biāo)應(yīng)使得如下的誤差函數(shù)最小化

e_j=(U_j-Φq_j)^T(U_j-Φq_j)??????（3）這樣可得第j個(gè)變形工況下的模態(tài)坐標(biāo)為

q_j=(Φ^TΦ)^-1Φ^TU_j??????（4）