[發明專利]基于基準點的主動主反射面天線理想形面實時保持方法

有效

• 申請號: 201810620308.4
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108872942B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 連培園;王從思;王娜;楊西惠;杜淑幸;許謙;項斌斌;許萬業;王偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01B11/00
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 吳倩倩

1.基于基準點的主動主反射面天線理想形面實時保持方法，其特征是：至少包括如下步驟：

步驟一，安裝激光測量設備及存儲副反射面相關數據；

步驟二，建立基準坐標系及存儲主反射面相關數據；

步驟三，粘貼靶標點及存儲靶標點相關數據；

步驟四，計算基準坐標系下副反射面相關數據；

步驟五，計算副反射面坐標系下主反射面促動器靶標點的球坐標；

步驟六，計算天線服役過程中促動器靶標點在副面坐標系下的坐標值；

步驟七，計算天線服役過程中基準點靶標點在副面坐標系下的坐標值；

步驟八，計算天線服役過程中副面坐標系原點在基準坐標系下的坐標值；

步驟九，計算天線服役過程中副面坐標系到基準坐標系的旋轉矩陣；

步驟十，計算天線服役過程中主面促動器的法向調整量；

步驟十一，計算天線服役過程中副面位姿調整量；

步驟十二，天線服役過程中不斷重復步驟五到步驟十一，實現形面實時保持；

所述的步驟一安裝激光測量設備及存儲副反射面相關數據是在副反射面背面安裝激光測距測角儀系統，副反射面頂點位置預留適當尺寸的孔洞，將激光探頭移動至副反射面頂點孔洞位置，假定測量坐標系與副面坐標系重合，記為O_s-x_sy_sz_s，其中O_s為坐標原點，位于副反射面頂點位置；在副反射面上標定兩個副反射面位姿定位點：O_s點和O_s-z_s軸上一點D，點D在O_s-x_sy_sz_s坐標系下的坐標為其中，上標s表示O_s-x_sy_sz_s坐標系下的坐標值；

所述的步驟二建立基準坐標系及存儲主反射面相關數據是在主反射面頂點位置建立基準坐標系，記為O_r-x_ry_rz_r，其中O_r為坐標原點，位于主反射面頂點位置，基準坐標系的坐標軸分別與副反射面坐標系的坐標軸平行且同向；在基準坐標系下選擇三個基準點A、B和C，其在O_r-x_ry_rz_r坐標系下的坐標分別記為和且在垂直于O_r-z_r軸的平面上不共面，其中，上標r表示O_r-x_ry_rz_r坐標系下的坐標值，該基準點可獨立于反射體以避免其發生變形位移，或者該基準點位于反射體中心變形位移較小位置；

所述的步驟三粘貼靶標點及存儲靶標點相關數據是在主反射面促動器與面板連接位置粘貼靶標點，在O_r-x_ry_rz_r坐標系下記靶標點坐標為確定促動器靶標點法向單位向量其中，下標a表示第a個靶標點；在步驟二所述三個基準點位置粘貼靶標點，忽略靶標點厚度，其坐標同基準點A、B和C的坐標；

所述的步驟四計算基準坐標系下副反射面相關數據是根據理想天線設計參數，在基準坐標系O_r-x_ry_rz_r坐標系下，確定副反射面頂點O_s點的坐標確定步驟一中副反射面O_s-z_s軸上一點D點的坐標其中

所述的步驟五計算副反射面坐標系下主反射面促動器靶標點的球坐標包括：

(5a)在副反射面坐標系O_s-x_sy_sz_s坐標系下，確定主反射面促動器靶標點的坐標值其中

(5b)在副反射面坐標系O_s-x_sy_sz_s坐標系下，將主反射面促動器靶標點的坐標值轉換為球坐標其中其中cart2sph為MATLAB數值分析軟件中的笛卡爾坐標到球坐標的轉換函數；

所述的步驟六計算天線服役過程中促動器靶標點在副面坐標系下的坐標值包括：

(6a)利用激光測距測角儀測量促動器靶標點到副反射面坐標系坐標原點的距離及仰角其分別為天線變形后促動器靶標點在副反射面坐標系發生剛體位移后的球坐標的第一分量和第二分量，其中上標“′”表示天線變形后的數據；

(6b)因影響反射面天線電性能的主要因素是反射面的軸向變形，故忽略反射面節點繞軸向的旋轉位移，近似認為天線變形后促動器靶標點在副反射面坐標系發生剛體位移后的球坐標的第三分量

(6c)計算變形后的促動器靶標點在副反射面坐標系發生剛體位移后的坐標值其中sph2cart為MATLAB數值分析軟件中的球坐標到笛卡爾坐標的轉換函數；

所述的步驟七計算天線服役過程中基準點靶標點在副面坐標系下的坐標值包括：

(7a)利用激光測距測角儀測量基準點靶標點到副反射面坐標系坐標原點的距離及仰角其分別為變形后基準點靶標點在副反射面坐標系發生剛體位移后的球坐標的第一分量和第二分量，其中，下標“b”表示基準點A或者B或者C；

(7b)近似認為基準點靶標點在副反射面坐標系發生剛體位移后的球坐標的第三分量其中，符號表示取向量的第三分量，當“b”表示基準點A時，當“b”表示基準點B時，當“b”表示基準點C時，

(7c)計算基準點靶標點在副反射面坐標系發生剛體位移后的坐標值

所述的步驟八計算天線服役過程中副面坐標系原點在基準坐標系下的坐標值包括：

(8a)在步驟七中令“b”依次表示基準點A、B和C，則依次得到距離和仰角

(8b)求解下述方程組并求解得到天線服役過程中副面坐標系原點在基準坐標系下的坐標值

所述的步驟九計算天線服役過程中副面坐標系到基準坐標系的旋轉矩陣包括：

(9a)在步驟七中令“b”依次表示基準點A、B和C，則依次得到坐標值和

(9b)建立如下方程組：

其中，T′_s2r表示天線服役過程中副面坐標系到基準坐標系的旋轉矩陣；

(9c)將步驟(9b)方程組寫成如下矩陣形式：

(9d)求解步驟(9c)方程組得到旋轉矩陣T′_s2r：

其中[]^-1表示矩陣的逆；

所述的步驟十計算天線服役過程中主面促動器的法向調整量包括如下步驟：

(10a)按如下公式計算促動器靶標點在基準坐標系下的坐標

(10b)按如下公式計算促動器靶標點法向量與反射面軸向夾角的余弦值：

(10c)按如下公式計算促動器法向調整量Δn_a：

其中Δn_a＞0表示促動器伸長，Δn_a＜0表示促動器收縮；

所述的步驟十一計算天線服役過程中副面位姿調整量包括：

(11a)按如下公式確定O_s點的調整量

(11b)計算副反射面發生剛體位移后D點在基準坐標系下的坐標值

(11c)按如下公式確定D點的調整量(Δx_D,Δy_D,Δz_D)

所述的步驟十二具體包括：

根據步驟(10c)調整量計算結果依次調整主反射面各個促動器，使主反射面保持理想形狀，根據步驟(11a)和(11c)調整量計算結果調整副反射面位姿，使副反射面保持理想位置，并在服役過程中不斷重復上述過程，實現主動主反射面天線理想形面的實時保持。