[發明專利]分布式大型相控陣天線的平面度控制方法、裝置及應用

有效

• 申請號: 202110140586.1
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112909576B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 原大鵬;段學超;許子琪;米建偉;王榮;趙新;東志超;生柯;鄧文堯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q3/02;H01Q1/28;G01S7/02
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于天線的平面度控制技術領域，公開了一種分布式大型相控陣天線的平面度控制方法、裝置及應用，將大型相控陣天線分為多個可主動調整的子陣面；通過激光雷達確定當前天線陣面的位姿和平面度，通過蒙特卡洛法尋找最優的目標位姿，以調整量最小為優化目標，在工作空間內確定各個子陣面的目標位姿；進行運動軌跡規劃，驅動調整機構達到目標位姿，并設計分布式陣面協同控制虛擬樣機模型驗證。相對于傳統的在設計階段將總體指標直接分解到各局部結構的方法，本發明克服了實際工況中由于天線熱變形、陣面制造誤差、展開機構驅動電機運動誤差、運行過程中受到的振動等因素的影響等因素的不利影響，因此在實際應用中有效保證了天線陣面的平面度。

技術領域

本發明屬于天線的平面度控制技術領域，尤其涉及一種分布式大型相控陣天線的平面度控制方法、裝置及應用。

背景技術

目前：有源相控陣雷達具有波束靈活可控及可靠性高的優點，在地面固定式雷達和星載雷達上的應用已日趨廣泛。隨著對探測距離和探測精度要求的不斷提高，雷達天線正朝著大口徑方向發展，尤其對于高頻段的有源相控陣雷達天線，陣面結構安裝精度不斷提高，往往為亞毫米級。天線陣面作為相控陣雷達的核心部分，其平面度與雷達系統綜合性能之間存在著緊密聯系，由天線結構設計理論可知：天線陣面的平面度對天線性能有著決定性的影響，平面度誤差會使天線口面上的電磁波產生相位誤差，進而導致天線的增益降低，副瓣電平升高，最終使雷達系統工作性能無法滿足設計要求。相同條件下，更高的天線陣面平面度往往意味著更遠的探測距離、更高的探測精度。

與陸基相控陣天線相比，大尺寸的星載雷達天線，受航天運載工具有效載荷容積的限制，在發射升空前需要將天線陣面分為若干個子陣面并折疊在一起，衛星升空后通過折疊展開機構將天線子陣面展開組合成完整的天線陣面。天線在太空環境中要長期經受太陽和行星的紅外輻射及空間低溫熱沉作用，溫度環境極為惡劣。同時，天線陣面平面度還會受到陣面制造誤差、展開機構驅動電機運動誤差、運行過程中受到的振動等因素的影響。因此，展開后天線陣面的平面度控制成為大尺寸型面天線設計的難點。我國雖然已經擁有搭載了有源相控陣天線的衛星，但是數量較少，技術積累也相對薄弱。國內公開發表的星載有源相控陣天線文獻和專利有限，難以對業內技術人員提供有效參考。

為此，針對上述問題，迫切需要在分布式大型相控陣天線的平面度控制技術上進行創新性設計，以解決大型相控陣天線的平面度難以保證，進而造成天線主瓣變寬、副瓣電平升高等電性能惡化的問題，以保證雷達系統的工作性能。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有大型相控陣天線的平面度難以保證。

解決以上問題及缺陷的難度為：首先因為大尺寸星載雷達天線往往分為多個可主動調整的子陣面，子陣面經過調整后“拼接”起來保證整體陣面的平面度，所以需綜合考慮各個子陣面工作空間、最終平面度和調整所耗能量等因素，控制難度較大。此外，大型相控陣天線調整機構具有運動支鏈多，控制精度要求高，信號處理實時性要求高，調整機構的運動學逆解和協同控制運算量大等特點，運動控制的難度也較大，目前市場上存在的運動控制產品無法滿足其工作需求。

解決以上問題及缺陷的意義為：大型陣面分布式協同控制的思想，避免了傳統的在設計階段將總體指標直接分解到各局部結構的“化整為零”技術缺陷，克服了實際工況中由于柔性鉸鏈寄生運動、模型攝動等非線性因素的不利影響。為大型、超大型相控陣天線陣面的平面度實現提供了強有力的保障，以期滿足雷達對高頻、高分辨率、高功率天線的需求。而設計專用控制器，避免了目前市場上的運動控制產品存在著靈活性和擴展性差、可移植性差、自主可控性差等缺點。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種分布式大型相控陣天線的平面度控制方法、裝置及應用。

本發明是這樣實現的，一種平面度控制方法，所述平面度控制方法包括：

將大型相控陣天線分為多個可主動調整的子陣面；