[發(fā)明專利]一種雷達天線陣面變形測量系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811278134.4
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109443224A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 高會軍;彭高亮;許世龍;劉世偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京君恒知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11466
• 代理人: 張強

1.一種雷達天線陣面變形測量系統(tǒng)，其特征在于：所述雷達天線陣面變形測量系統(tǒng)由分布在雷達天線陣面(11)表面的傳感器陣列(12)、數(shù)據(jù)處理模塊(13)和上位機(14)組成；

所述傳感器陣列(12)采集雷達天線陣面(11)表面各點的應變信號，所述傳感器陣列(12)的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊(13)的輸入端相連，所述數(shù)據(jù)處理模塊(13)的輸出端與所述上位機(14)的輸入端相連；

所述數(shù)據(jù)處理模塊(13)對所述傳感器陣列(12)采集的應變信號進行解調(diào)、將模擬信號轉換為數(shù)字信號并去噪聲；

所述上位機(14)對所述數(shù)據(jù)處理模塊(13)處理后的應變信號進行雷達天線陣面(11)變形量的計算。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種雷達天線陣面變形測量系統(tǒng)，其特征在于：所述傳感器陣列(12)由多個測量單元組成，每個測量單元為呈0°、45°和90°排列的三段光纖Bragg光柵。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種雷達天線陣面變形測量系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理模塊(13)包括光纖光柵解調(diào)儀和單片機，所述光纖光柵解調(diào)儀將所述傳感器陣列(12)采集的應變信號進行解調(diào)、將模擬信號轉換為數(shù)字信號后傳給所述單片機進行去噪聲處理。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種雷達天線陣面變形測量系統(tǒng)，其特征在于：所述上位機(14)為計算機，所述數(shù)據(jù)處理模塊(13)和上位機(14)之間通過串口通訊方式通信。

5.一種雷達天線陣面變形測量方法，其特征在于：所述雷達天線陣面變形測量方法包括如下步驟：

步驟一：采集雷達天線陣面表面各點的表面應變，得到應變信號；

步驟二：將步驟一中采集到的應變信號解調(diào)、轉換為數(shù)字信號并去噪聲；

步驟三：采用逆有限單元法求解出步驟二中處理后的雷達天線陣面表面各點變形量。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種雷達天線陣面變形測量方法，其特征在于：步驟一中采用多個三段呈0°、45°和90°分布的光纖Bragg光柵采集雷達天線陣面表面各點三個方向的表面應變，設雷達天線陣面表面上某點X、Y方向的線應變分別為ε_x和ε_y，角應變?yōu)棣?Sub>xy，則：

其中，ε_0°為平面直角坐標系內(nèi)沿水平方向的線應變，ε_45°為平面直角坐標系沿與水平方向呈45°夾角方向的線應變，ε_90°為平面直角坐標系內(nèi)沿豎直方向的線應變。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種雷達天線陣面變形測量方法，其特征在于：采用逆有限單元法求解出步驟二中處理后的雷達天線陣面表面各點變形量的具體方法為：

采用矩形板單元對雷達天線陣面結構進行離散化，對于任意一個矩形板單元而言，引入自然坐標系Ouv，并以1點為原點；

令其中m為矩形板單元的長度，n為矩形板單元的寬度，該矩形板單元共有4個節(jié)點，12個自由度，故設：

w＝b^T·a

其中w為矩形板單元內(nèi)部任意一節(jié)點的變形量，b為插值基向量，b^T為b的轉置向量，a＝[a₁ a₂ ... a₁₂]^T為待定系數(shù)向量；

則對于矩形板單元內(nèi)部任意節(jié)點i，其位移向量q_i為：

其中，w_i為節(jié)點i在雷達天線陣面法線方向的變形，θ_xi為節(jié)點i繞X軸的轉角，θ_yi為節(jié)點i繞Y軸的轉角，B^q_i為根據(jù)插值基向量b構造的插值矩陣，a＝[a₁ a₂ ... a₁₂]^T為待定系數(shù)向量；

于是矩形板單元的位移模式q^e為：

其中，q₁為節(jié)點1的位移向量，q₂為節(jié)點2的位移向量，q₃為節(jié)點3的位移向量，q₄為節(jié)點4的位移向量，B^q₁為與節(jié)點1對應的插值矩陣，B^q₂為與節(jié)點2對應的插值矩陣，B^q₃為與節(jié)點3對應的插值矩陣，B^q₄為與節(jié)點4對應的插值矩陣，a＝[a₁ a₂ ... a₁₂]^T為待定系數(shù)向量，B為矩形板單元4個節(jié)點的插值矩陣拼合而成的單元插值矩陣；

用節(jié)點自由度表示待定系數(shù)向量a,于是矩形板單元內(nèi)任一節(jié)點的位移w為：

w＝b^T·a＝b^T·(B^-1q^e)≡N(u,v)q^e

其中，b為插值基向量，b^T為b的轉置向量，B^-1為單元插值矩陣的逆矩陣，q^e為矩形板單元的位移模式；N為形函數(shù)矩陣，是自然坐標(u，v)的函數(shù)；

則矩形板單元內(nèi)部任意節(jié)點i的應變向量e_i為：

其中，ε_xi為該點沿X方向的線應變,ε_yi為該點沿Y方向的線應變,ε_xyi為該點的角應變，w為該點沿雷達天線陣面法線方向的變形量，z為雷達天線陣面厚度的0.5倍，M_i(u,v)為應變-位移矩陣,q^e為矩形板單元的位移模式；

在矩形板單元內(nèi)部取4節(jié)點，分別測出4節(jié)點的應變向量后將矩陣拼合，得到：

其中，e^e為矩形板單元的應變向量,由四處節(jié)點的應變向量組成；e_i(i＝1,2,3,4)為節(jié)點i的應變向量，M_i(i＝1,2,3,4)為節(jié)點i的應變-位移矩陣,q^e為矩形板單元的位移模式,M為矩形板單元4個節(jié)點的應變-位移矩陣拼合而成的單元應變-位移矩陣；

從而求解出矩形板單元的位移模式q^e，即雷達天線陣面表面各點的變形量：

q^e＝M^-1·e^e

其中，e^e為矩形板單元的應變向量,M^-1為矩形板單元應變-位移矩陣的逆矩陣。