一种基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法，包括：1）基于模态坐标评价向量按照参与变形程度对备选模态进行排序，根据模态删除前后变形向量线性相关性得到能够描述天线结构变形的最小完备模态集；2）采用有效独立法进行传感器布置，删除对目标模态的独立性贡献最小的自由度，直到剩余自由度数目与传感器数目相同；3）根据小变形情况下天线结构位移与应变之间为线性关系，利用数值仿真或实测数据计算映射矩阵；4）根据应变和位移之间的对应关系，利用布置在指定位置传感器测量出天线结构应变后通过映射矩阵得到天线结构的位移。本发明专利技术的方法可以使用应变传感器间接地测量出天线的变形，且计算量小，求解速度快、实时性高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括：1）基于模态坐标评价向量按照参与变形程度对备选模态进行排序，根据模态删除前后变形向量线性相关性得到能够描述天线结构变形的最小完备模态集；2）采用有效独立法进行传感器布置，删除对目标模态的独立性贡献最小的自由度，直到剩余自由度数目与传感器数目相同；3）根据小变形情况下天线结构位移与应变之间为线性关系，利用数值仿真或实测数据计算映射矩阵；4）根据应变和位移之间的对应关系，利用布置在指定位置传感器测量出天线结构应变后通过映射矩阵得到天线结构的位移。本专利技术的方法可以使用应变传感器间接地测量出天线的变形，且计算量小，求解速度快、实时性高。【专利说明】
本专利技术涉及天线结构领域，具体是一种基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法。
技术介绍
面天线广泛应用于现代卫星通讯系统、空间科学等领域中。反射面精度是衡量天线性能的重要指标之一，而且随着天线口径的增大，工作频率的提高，对反射面精度要求也越来越高。然而，天线工作过程中要受到各种载荷的作用，除自身重力外，天线还会受到温度载荷、风荷、冰雪载荷等作用，这些都会引起反射面的变形。这种变形将直接影响到天线电气工作性能，严重的还会使得天线失去作用。因此，需要对天线的变形情况进行测量，为进行反射面的形面调整和变形补偿提供依据。天线制造完成后需要首先测量反射面精度，一般用经纬仪或微波全息摄影技术。通常使用经纬仪进行初装后的面板调整，使用微波全息摄影用于反射面精确测量与调整。常用的测量方法有经纬仪测量法、照相摄影法、微波全息法和激光测距法等，但这些方法要么操作复杂，耗时长，要么精度不够、更不能满足实时测量的需求。考虑到结构变形与其应变之间的关系，可以通过测量结构应变的方法来间接地测量结构的变形。应变传感器应用范围广，结构轻小，对天线影响小，对复杂环境的适应性强。但大中型桁架天线一般是由数量庞大的构件组成的，出于经济上和实际结构限制方面的原因，不可能在每个构件上都布置传感器。要布置尽量少的传感器而测量足够多的动态参数，就必须对传感器进行优化布置。对于简单结构，有经验的工程试验人员可以较容易地确定传感器的位置，而对于复杂结构，传感器的数目和位置的选择就相当困难。因此需要寻找一种方法，能指导传感器数目与位置的确定，并能判断所选择的传感器数目与位置是否恰当。
技术实现思路
本专利技术给出了，该方法可解决数目一定时的传感器布置问题，并通过算例来说明这种方法的可行性。该方法是通过以下方案来实现的。，该方法包括下述步骤:I)确定包含各工况下天线结构变形的最小完备模态集基于模态坐标评价向量按照参与变形程度对备选模态进行排序，根据模态删除前后变形向量的线性相关性来得到可描述各工况下天线结构变形的最小完备模态集；2)确定观测最小完备模态集时应变传感器的布置位置采用有效独立法进行传感器布置，删除对目标模态的独立性贡献最小的自由度，直到剩余自由度数目与传感器数目相同；3)确定从应变到位移的映射矩阵根据小变形情况下天线结构的位移与应变之间为线性关系，利用数值仿真或实测数据计算出映射矩阵；4)利用应变测量值观测天线结构的变形根据应变和位移之间的对应关系，利用布置在指定位置的传感器测量出天线结构的应变后通过映射矩阵得到天线结构的位移。进一步地，所述步骤I)中，基于模态坐标评价向量按照参与变形程度对备选模态进行排序，根据模态删除前后变形向量的线性相关性来得到能够描述各工况下天线结构变形的最小完备模态集，通过下述方法来实现:Ia)设天线结构需要在M个载荷工况下工作，第j (j=l, 2，...，Μ)个工况下天线结构对应的变形位移为Uj ；Ib)确定包含天线结构所有工况变形的备选模态集，将其前N阶模态作为备选模态集，其中N应不小于应变传感器的数目；利用所选的N阶模态向量构造出天线结构的模态矩阵【权利要求】1.，其特征在于，该方法至少包括下述步骤: 1)确定包含各工况下天线结构变形的最小完备模态集 基于模态坐标评价向量按照参与变形程度对备选模态进行排序，根据模态删除前后变形向量的线性相关性来得到能够描述各工况下天线结构变形的最小完备模态集； 2)确定观测最小完备模态集时应变传感器的布置位置 采用有效独立法进行传感器布置，删除对目标模态的独立性贡献最小的自由度，直到剩余自由度数目与传感器数目相同； 3)确定从应变到位移的映射矩阵 根据小变形情况下天线结构的位移与应变之间为线性关系，利用数值仿真或实测数据计算出映射矩阵； 4)利用应变测量值观测天线结构的变形 根据应变和位移之间的对应关系，利用布置在指定位置的传感器测量出天线结构的应变后通过映射矩阵得到天线结构的位移。2.根据权利要求1所述的基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法，其特征在于，所述步骤1)中，基于模态坐标评价向量按照参与变形程度对备选模态进行排序，根据模态删除前后变形向量的线性相关性来得到能够描述各工况下天线结构变形的最小完备模态集，通过下述方法来实现: 1a)设天线结构需要在M个载荷工况下工作，第j个工况下天线结构对应的变形位移为Uj, j=l,2,...,M； lb)确定包含天线结构所有工况变形的备选模态集，将其前N阶模态作为备选模态集，其中N应不小于应变传感器的数目；利用所选的N阶模态向量构造出天线结构的模态矩阵 3.根据权利要求1所述的基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用有效独立法进行传感器布置，删除对目标模态的独立性贡献最小的自由度，直到剩余自由度数目与传感器数目相同，通过下述方式来实现: 2a)设定天线结构的自由度数目为n，描述其变形的最小完备模态集中的模态数目为K，由模态叠加原理，天线结构的位移Us则表示为: 4.根据权利要求1所述的基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法，其特征在于，所述步骤3)中，根据小变形情况下天线结构的位移与应变之间为线性关系，利用数值仿真或实测数据计算出映射矩阵，通过下述方法实现: 3a)小变形情况下天线结构的位移与应变之间是线性关系，存在矩阵B可将应变映射成位移，其关系式为: U=BXE (20)其中，U e Rnxi为天线结构的位移向量，η为天线结构的自由度数目，E e Rsxi为天线结构的应变向量，S为应变传感器的数目； 3b)从式(20)可知矩阵B为nX S矩阵，而对于一组给定载荷下的应变与位移关系，得到η个方程；由此，求解B必须加载不同的测试载荷，上式变形为: UnXM-B X Esxm (21) 其中M为载荷工况数； 用矩阵的伪逆来解上式中的B，得到的解具有最小平方误差。5.根据权利要求1所述的基于应变传感器的天线结构变形的间接测量方法，其特征在于，所述步骤4)中，根据应变和位移之间的对应关系，利用布置在指定位置的传感器测量出天线结构的应变后通过映射矩阵B，将测量到的应变值E代入式(20)即得到天线结构的变形位移U。【文档编号】G01B21/32GK103776416SQ201410012927【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日 【专利技术者】杜敬利, 保宏, 魏传达, 赵泽, 段学超, 韩生弟 申请人:西本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜敬利，保宏，魏传达，赵泽，段学超，韩生弟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：