[發明專利]基于搜索算法的大型射電望遠鏡主動反射面板調節方法

在審

• 申請號: 202210135254.9
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114528658A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 郝真樂;宋磊;楊景洋;于博旭;劉航帥;步同;雷柯凡;劉夢橋
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;H01Q15/16;G06F111/10;G06F111/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種基于搜索算法的大型射電望遠鏡主動反射面板調節方法，主動反射面在基準態時為基準球面，徑向調節主索節點從而在工作態時形成工作拋物面，通過如下步驟使工作拋物面盡可能接近理想拋物面：

步驟1，以min(maxλ_η)_γ為目標函數，以以下條件為約束條件建立單目標優化模型：

min(maxλ_η)_γ

目標函數意為：調節過程中，在所有的頂點、焦點組合情況下，求出每種組合情況的相鄰兩主索節點之間距離的最大變化幅度dete，在所有的最大變化幅度dete中取最小；

參數定義如下：

η：在所有的頂點、焦點組合情況下，以相鄰兩主索節點之間距離的最大變化幅度dete為目標，遍歷所有對應的工作拋物面的次數；

γ：對求得的最大變化幅度dete遍歷的次數；

Δr_i：基準球面上的主索節點沿徑向調節到工作拋物面的距離；

r_1i：球坐標系中，基準球面上主索節點的極徑；

(x_1i，y_1i，z_1i)：直角坐標系中，基準球面上主索節點的坐標；

r_2i：球坐標系中，頂點變動后的工作拋物面上主索節點的極徑；

(x_2i，y_2i，z_2i)：直角坐標系中，頂點變動后的工作拋物面上主索節點的坐標；

Q：主索節點徑向伸縮量的極限；

Ψ：焦點可變極限位置下，反射光線與鉛垂方向的最大夾角；

δ：焦點的可調節范圍；

r：球坐標系中，頂點變動前的工作拋物面上主索節點的極徑；

F₀：頂點變動前的工作拋物面的焦距；

R：基準球面的半徑；

θ：頂點變動前的工作拋物面上，主索節點與原點的連線與z軸正方向之間的天頂角；

F：頂點變動后的工作拋物面的焦距；

θ_i：頂點變動后的工作拋物面上，主索節點與原點的連線與z軸正方向之間的天頂角

ξ：工作拋物面的頂點沿徑向移動的距離；

θ_1i：球面上主索節點與z軸正方向的夾角；

球面上主索節點的極徑在xoy平面上的投影與x正方向的夾角；

|G_iG_i+1|：徑向調節主索節點之前相鄰主索節點之間的距離；

|G′_iG′_i+1|：徑向調節主索節點之后相鄰主索節點之間的距離；

λ_i：徑向調節主索節點前后，相鄰主索節點之間距離的變化幅度；

步驟2，采用基于變步長策略的搜索算法對所述單目標優化模型進行求解，步驟如下：

Step1：利用搜索算法遍歷求解

設置R，設置焦點的z坐標變化量ddF和工作拋物面頂點的z坐標變化量dF，對ddF和dF進行遍歷尋優，設置工作拋物面頂點到焦點的距離f＝0.466×R+ddF+dF；

Step2：尋找設定口徑范圍內的點

判斷主索節點是否處于設定口徑范圍內，將處于設定口徑范圍內的主索節點由三維坐標系x，y，z轉化為球坐標系r、θ、計算主索節點對應工作拋物面上點的極徑，為并由此計算出主索節點的徑向調節量和調節后的三維坐標，主索節點的最大徑向調節量為W，a＝(sin(θ))²，b＝-4×f×cos(θ)，c＝-4×f×(R+dF)；

Step3：計算調節前后相鄰主索節點距離的變化幅度

判斷反射面板對應的每一主索節點是否在設定口徑范圍內，若在，返回此時判斷的數字形式的主索節點編號；若不在范圍內，返回0，記錄至矩陣A，矩陣A是一個多行三列的矩陣，其每行的三個元素表示一個三角形反射面板的三個頂點所對應主索節點在設定口徑范圍內的情況，由其主索節點調節前的極徑減去調節后的極徑獲取，若元素大于0，表示該頂點所對應的主索節點在設定的口徑范圍內；若矩陣A中每行的三個元素均大于零，則表示此三個元素對應的三角形整體位于設定口徑范圍內，計算主索節點由基礎位點改變至理想位點后相鄰主索節點間變化幅度，最大變化幅度為dete；

Step4：變化幅度和最大徑向調節量作為約束條件

對最大變化幅度dete尋優，當最大變化幅度dete滿足小于設定值m時，判斷最大徑向調節量W是否滿足小于設定值n，記錄符合條件的工作拋物面頂點位置、焦點位置、主索節點的最大徑向調節量W和所述最大變化幅度dete；

Step5：返回step1變步長遍歷尋優

將Step4中得到符合條件的工作拋物面頂點位置、焦點位置帶入step1，并減小步長，以得到更精確的主索節點的最大徑向調節量W和最大變化幅度dete。