[發(fā)明專利]一種快速補(bǔ)償大型輕薄有源相控陣天線陣面變形的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810269530.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN108614916A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周金柱;劉雙榮;段寶巖;唐寶富;徐文華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11368
• 代理人: 劉玲玲

本發(fā)明公開了一種快速補(bǔ)償大型輕薄有源相控陣天線陣面變形的方法，包括以下步驟：建立有限元模型，得到陣面節(jié)點(diǎn)的位移系數(shù)矩陣，得到受環(huán)境載荷作用的陣面變形位移場(chǎng)，建立陣面作動(dòng)器布局的優(yōu)化模型，建立陣面精度與作動(dòng)器調(diào)整量之間的關(guān)系，計(jì)算補(bǔ)償陣面變形的最佳作動(dòng)器調(diào)整量，根據(jù)最佳作動(dòng)器調(diào)整量調(diào)整作動(dòng)器。本發(fā)明的有益之處在于：(1)能夠快速、有效的找到作動(dòng)器的布置位置和布置數(shù)量，計(jì)算量減少；(2)可以快速、有效的計(jì)算出保障陣面精度最佳的作動(dòng)器調(diào)整量，并且調(diào)整精度提高；(3)在保證不增加天線重量的前提下，同時(shí)兼顧了輕薄有源相控陣天線陣面的保型與調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，具有很高的工程使用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種補(bǔ)償天線陣面變形的方法，具體涉及一種快速補(bǔ)償大型輕薄有源相控陣天線陣面變形的方法，屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著軍事需求的不斷發(fā)展和變化，有源相控陣天線主要朝著超寬帶、多功能、高性能和高集成等方向發(fā)展。同時(shí)，隨著戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜化和應(yīng)用平臺(tái)的多元化，現(xiàn)代有源相控陣天線對(duì)天線陣面的應(yīng)用技術(shù)也提出了更大挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)發(fā)展需求，有源相控陣天線向著超寬帶、智能自適應(yīng)、大型、輕薄、高集成等方向發(fā)展。

伴隨電子元器件和微組裝技術(shù)的不斷發(fā)展，天線的集成度越來越高，并逐步實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能的一體化設(shè)計(jì)，使得有源相控陣天線具有結(jié)構(gòu)輕薄、大口徑等特點(diǎn)。與此同時(shí)，輕薄的天線陣面通常工作在太陽(yáng)照射、風(fēng)、冰雪、振動(dòng)、沖擊、鹽霧、濕度等服役環(huán)境中。隨機(jī)、時(shí)變的動(dòng)態(tài)環(huán)境載荷會(huì)引起陣面的結(jié)構(gòu)變形，進(jìn)而影響陣面性能；太陽(yáng)照射、鹽霧、濕度等環(huán)境因素影響陣面的材料物性參數(shù)，使得物性參數(shù)隨服役時(shí)間呈現(xiàn)一定的退化和時(shí)變性，進(jìn)而導(dǎo)致服役期間陣面性能演變；溫差環(huán)境會(huì)影響陣面的精度，引起陣面電性能的變化。

因此，傳統(tǒng)的依靠天線陣面結(jié)構(gòu)剛度冗余來保障電性能精度要求的方法將難以滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)智能調(diào)整天線陣面結(jié)構(gòu)是解決大型天線陣面輕薄化所帶來的剛度分布控制問題的可行方法。

陳庚超在2003年的論文《柔性天線反射面調(diào)整技術(shù)》中利用各調(diào)整點(diǎn)之間的耦合關(guān)系，通過建立反射面的有限元模型，提取各調(diào)整點(diǎn)之間的位移耦合矩陣，根據(jù)變形疊加原理給出了各調(diào)整量之間的關(guān)系。但其不足之處是：未考慮實(shí)際應(yīng)用中反射面所受環(huán)境載荷的變化，并且計(jì)算量大、調(diào)整精度有限。

曹玉巖等在2015年的論文《壓電智能反射面靜態(tài)形狀控制與作動(dòng)器位置優(yōu)化》中研究了將蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的壓電智能反射面等效為多層復(fù)合板，根據(jù)虛功原理推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)的有限元方程，然后根據(jù)建立的有限元方程，推導(dǎo)了反射面變形的均方根誤差與作動(dòng)器控制電壓的關(guān)系式，以均方根誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立了形狀控制優(yōu)化模型，并將作動(dòng)器控制電壓的優(yōu)化轉(zhuǎn)化為約束優(yōu)化問題的求解，利用模擬退火算法給出了重力作用下發(fā)射鏡面的最佳壓電作動(dòng)器配置。但其不足之處是：優(yōu)化作動(dòng)器位置的方式僅適用于小型反射面，當(dāng)陣面尺寸較大且柔性很高時(shí)，很難給出最優(yōu)解。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于：在考慮實(shí)際應(yīng)用中反射面受環(huán)境載荷影響的前提下，提供一種快速補(bǔ)償大型輕薄有源相控陣天線陣面變形的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種快速補(bǔ)償大型輕薄有源相控陣天線陣面變形的方法，其特征在于，包括以下步驟：

Step1：根據(jù)輕薄有源相控陣天線陣面的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料屬性，建立輕薄有源相控陣天線陣面的有限元模型；

Step2：對(duì)上述有限元模型做相應(yīng)約束處理，并劃分有限元網(wǎng)格，然后分別對(duì)上述有限元模型的所有單元節(jié)點(diǎn)施加單位作用力，得到陣面節(jié)點(diǎn)的位移系數(shù)矩陣m表示陣面有限元模型節(jié)點(diǎn)數(shù)，α_j＝{β₁…β_m}^T表示在第j節(jié)點(diǎn)處施加單位作用力時(shí)各節(jié)點(diǎn)位移向量，j＝1,2,…,m；