[發明專利]索網反射面天線靜力確定性網面拓撲構型生成方法

有效

• 申請號: 201410377295.4
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104143697B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 王作為;李團結;白昀初;鄧漢卿
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/16
• 分類號: H01Q15/16;H01Q15/14
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 田文英,王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及雷達天線技術領域中的一種索網反射面天線靜力確定性網面拓撲構型生成方法。本發明可為索網反射面天線靜力確定性的網面拓撲構型提供生成方法。

背景技術

索網反射面天線是衛星通信、電子偵察、地球觀測、陸地遙感和深空探測等航天及國防領域必不可少的關鍵設備之一。評價索網反射面天線性能的兩個關鍵指標是反射面的口徑尺寸和形面誤差的RMS(均方根值)。對于空間索網反射面天線，大口徑和高精度意味著高射頻頻率和高分辨力，在軌道選擇上具有較大的靈活性。

高頻段與高分辨力對索網反射面天線的結構性能提出了高穩定性、高形面精度等要求，天線展開后的形面精度與穩定性將直接決定任務目標的實現質量，乃至整個任務的成功與否。為延伸可展開索網反射面天線的應用領域，即讓該可展開索網反射面天線能工作于Ku頻段和Ka頻段，必須設法提高索網反射面天線的形面精度和穩定性。空間索網反射面天線為一類復雜的可展開索網-框架組合柔性結構，其網面拓撲類型從根本上決定了天線在軌的機械性能和電性能，類似于機械產品的概念設計。因此，在索網反射面天線設計過程中，網面拓撲類型非常關鍵，需要建立索網反射面天線靜力確定性網面拓撲構型的生成方法，以保證索網反射面形面在外荷載作用下長期的尺度穩定性。

A.G.Tibert在文獻“Optimal?design?of?tension?truss?antennas”(44th?AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC?Structures,Structural?Dynamics，and?Material?Conference,2003年)中，利用力密度法結合麥克斯韋準則，通過將靜力不確定性索網反射面耦合到運動不確定支撐結構中，建立在給定支撐邊界下具有靜力確定性、極小長度的索網反射面網面拓撲構型的生成方法，并給出了周邊桁架天線與傘狀天線4種靜力確定性拓撲構型。但該方法的不足之處在于未采用優化迭代技術，不能考慮多樣的可展開框架結構為靜力不確定性索網結構提供的迥異邊界約束，且不具有通用性。

西安電子科技大學申請的專利“雙反射面天線系統的機電綜合網格劃分方法”(專利申請號：200810017924.7，授權公告號：CN101257149B)，公開了一種基于結構電磁耦合的天線反射面網格劃分方法。該方法由反射面天線結構分析模型提取反射面網格；依據天線工作頻率的要求，將反射面網格模型變換為規則的幾何圖像，并對所選標準網格進行細化；將細化后的網格變換為與幾何圖像相適應的映射網格,由映射網格在對應的幾何圖像上采樣，劃分出天線反射面的三維網格。該方法的不足之處在于,未采用麥克斯韋準則進行穩定性判別，不能保證生成的網面拓撲構型是靜力確定性的，進而無法保證天線系統長期的尺寸穩定性。

Liu?Wang,Li?Dongxu,和Jiang?Jianping在文獻“General?Mesh?Configuration?Design?Approach?for?Large?Cable-Network?Antenna?Reflectors”(Journal?of?Structural?Engineering,Vol.140,No.2，2014年)中公開了一種綜合考慮找形設計、邊界連接條件以及面片劃分方式的網面拓撲構型生成方法。該方法基于力密度法，建立網面找形設計準則，結合迥異的邊界連接條件，同時采用多邊形面片劃分拋物形面，生成索網反射面天線的網面拓撲構型。但該方法不足之處在于未采用麥克斯韋準則進行穩定性判別，不能保證生成的網面拓撲構型是靜力確定性的，進而無法保證天線系統長期的尺寸穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種索網反射面天線靜力確定性網面拓撲構型生成方法。本發明采用麥克斯韋準則進行穩定性判別，結合最優約束匹配方法進行優化運算，得到索網反射面天線靜力確定性的網面拓撲構型。

實現本發明的基本思路是，首先輸入索網反射面天線的參數信息，采用面片劃分方法獲得索網反射面天線中索網的幾何分段數，然后將索網反射面天線中索網的變曲率拋物形面用等曲率的球面近似，獲得多環工作形面的拓撲連接集合，將多環工作形面的拓撲連接集合映射到整個索網反射面天線中索網的拋物形面上，建立初步形面的拓撲構型，接著判斷索網反射面初步形面的拓撲構型是否滿足靜力確定性條件，滿足靜力確定性條件則輸出索網反射面天線的靜力確定性拓撲構型，若不滿足則建立最優約束匹配模型，采用最優約束匹配優化迭代方法，得到下次迭代的索網反射面天線中索網的節點數、構件數和運動約束數，計算目標函數值并進行下次判斷。

本發明的具體步驟如下：