[發(fā)明專利]一種天線反射器形面控制系統(tǒng)與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910839983.0
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110534914A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚述君;宋祥帥;吳志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14
• 代理公司: 21235 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 蓋小靜<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發(fā)明公開了一種天線反射器形面控制系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)包括天線反射器、高精度動態(tài)攝影測量系統(tǒng)、壓電作動器、PC機、控制器。高精度動態(tài)攝影測量系統(tǒng)實時檢測天線反射器的形面精度，當(dāng)形面精度不滿足設(shè)計要求時，PC機根據(jù)測量的數(shù)據(jù)結(jié)合控制方法解算最優(yōu)的控制電壓，隨后電壓信號由控制器功率放大加載到壓電作動器上，進而實現(xiàn)反射器形面精度調(diào)整。本發(fā)明實現(xiàn)了天線反射器形面的閉環(huán)控制，解決了現(xiàn)有技術(shù)僅依靠開環(huán)控制難以保證控制系統(tǒng)的魯棒性、穩(wěn)定性和控制精度問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于星載天線技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種天線反射器形面控制系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，對地觀測和深空探測航天器對天線工作頻率、增益和信號接收能力要求越來越高，高精度、大口徑星載天線成為主要的發(fā)展方向。為了實現(xiàn)天線電性能的高增益和低旁瓣，反射器的形面精度(root-mean-square,RMS)應(yīng)不超過工作頻率波長的五十分之一。以對地觀測領(lǐng)域中的氣象衛(wèi)星為例，為了全天候觀測大氣溫度、濕度、水汽、云雨、降雨含量等主要氣象信息，其核心載荷為口徑2m的同步軌道微波輻射計天線，最高工作頻率為183GHz，這就要求其反射面的RMS應(yīng)小于32μm。此外，我國新一代微波氣象衛(wèi)星對3m口徑425GHz天線也提出了明確的應(yīng)用需求，這將需要反射面的形面精度更高。然而，受制造工藝的限制，隨著天線工作頻率的增加，反射器的制造成本和周期迅速增加；此外，由于空間熱載荷、材料蠕變和結(jié)構(gòu)節(jié)點松動等原因，反射器的形面精度會在軌發(fā)生變化以至不能滿足設(shè)計要求。因此需要一種主動控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)反射器形面以滿足形面精度的設(shè)計要求。

在反射器形面控制系統(tǒng)中，形面測量大多數(shù)采用V-STARS攝影測量系統(tǒng)。V-STARS攝影測量系統(tǒng)需要人為從多個角度拍攝反射器圖像，再傳輸?shù)较鄳?yīng)的測量軟件中得到傳感點的坐標(biāo)信息，進而計算作動器最優(yōu)的控制輸入。該系統(tǒng)操作繁瑣，無法實現(xiàn)反射器的閉環(huán)控制。在目前的形面控制方法中，大多數(shù)采用基于線性模型的開環(huán)控制。然而，由于一些非線性因素的影響，僅采用開環(huán)控制反射器的形面精度很難達到設(shè)計要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中其系統(tǒng)操作繁瑣，無法實現(xiàn)反射器的閉環(huán)控制，且形面精度達不到設(shè)計要求等問題，本申請?zhí)岢隽艘环N天線反射器形面控制系統(tǒng)與方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種天線反射器形面控制系統(tǒng)，包括天線反射器、形面測量系統(tǒng)、壓電作動器、PC機、控制器，所述壓電作動器安裝在天線反射器上，通過壓電作動器的伸長或縮短控制天線反射器的形面；所述形面測量系統(tǒng)實時測量反射面?zhèn)鞲悬c的坐標(biāo)信息，并將坐標(biāo)信息通過串口傳輸?shù)絇C機；所述PC機根據(jù)坐標(biāo)信息解算最優(yōu)控制電壓并通過串口至控制器；所述控制器與壓電作動器相連，將電壓信號加載到壓電作動器上，從而實現(xiàn)天線反射器形面精度的在線測量和調(diào)整。

進一步的，所述壓電作動器為PZT壓電作動器。

進一步的，所述形面測量系統(tǒng)為數(shù)字相關(guān)DIC高精度動態(tài)攝影測量系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)反射器的高精度形面控制，高精度形面測量是非常重要的。采用多次測量反射面?zhèn)鞲悬c的坐標(biāo)，再將坐標(biāo)值求和平均作為傳感點坐標(biāo)的方法以提高所述DIC攝影測量系統(tǒng)的測量精度。在天線反射器形面測量中均采用所述的多次測量再平均的方法。

所述天線反射器形面控制系統(tǒng)操作步驟包括：

1)DIC攝影測量系統(tǒng)實時測量反射面?zhèn)鞲悬c的坐標(biāo)信息，并將測量的反射面?zhèn)鞲悬c的信息傳輸?shù)剿龅腜C機；

2)所述的PC上運行有控制方法程序，判斷形面精度是否滿足精度要求，如果滿足精度要求，繼續(xù)執(zhí)行第1步；如果不滿足精度要求，啟動控制方法程序；

3)所述的控制方法根據(jù)傳感點的坐標(biāo)信息解算所述作動器的最優(yōu)控制電壓；

4)所述的壓電作動器電壓信號通過控制器功率放大加載到壓電作動器上；