面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法技术

本发明专利技术公开了一种面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法，包括确定天线模型和促动器支撑节点；确定赋形面拟合方程和目标抛物面的标准方程；提取赋形反射面所有主动面板的节点信息；提取出第e块面板的节点信息；计算该主动面板的最佳拟合抛物面；确定第e块面板的促动器支撑节点；确定赋形面天线面板与目标抛物面的对应节点，计算促动器调整量和调整后整体反射面所有节点的均方根误差；判断天线增益是否满足要求，输出促动器最佳调整量。本发明专利技术能直接准确的计算出面向抛物面的大型赋形面天线主动面促动器最佳调整量，明显提高天线电性能，确保天线在两种不同工作模式下面型的精确转换功能，具有重要的学术意义和工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，具体是面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法，用于主动调整大型赋形面天线的反射面面板位置，实现天线面板在两种工作模式下面型精确转换功能，具有重要的学术意义和工程应用价值。
技术介绍
大型反射面天线主要用于通讯雷达﹑天文观测以及战略远程预警等重大工程中，近年来随着反射面天线工作环境的复杂化和工作模式的多样化，不同功能对大型天线提出了不同的型面要求，而这也推动了大型反射面天线的发展，赋形面天线应运而生。赋形反射面天线是对天线反射面进行赋形，通过优化反射面的形状来提高一定区域的有效辐射，并减少对区域外的辐射干扰，达到辐射覆盖区域的高增益、高隔离度、低副瓣等设计要求。大型反射面天线具有高增益、窄波束的特点，而目前国内外对于大型反射面天线的筹建或者已经建成的大型反射面天线中，天线设计者也逐渐开始采用赋形表面设计，使之满足于更多的使用功能。大型天线反射面的赋形与主动面调整在近年来也逐渐成为研究热点，相关的研究焦点主要集中在赋形反射面的重构和优化设计，以及主动面面板调整、馈源或副反射面调整来实现对电性能的优化补偿方法。在已有的成果中，冷国俊的《大型天线反射面保型与机电综合优化设计》和李辉的《基于副面的赋形双反射面天线结构变形实时补偿方法》中，对变形赋形天线主反射面进行分段拟合，而在此基础上的根据主副面之间的匹配关系所得到的副面是不准确的，不能得到最佳的天线电性能，且计算速率慢；闫丰等的《一种赋形卡式天线主面精度和主副面调整的精确计算方法》是基于赋形面面板的最佳拟合抛物面，来考虑对于天线主副面进行调节，而这种方法不能真正的达到对于天线面板的精确调节，而调整之后的天线电性能也不能保障最佳。因此有必要结合机电耦合理论，通过确定与赋形面拟合均方根误差最小的最佳拟合抛物面，给出直接计算面向抛物面的大型赋形面天线主动面板促动器的最佳调整量的方法，使赋形面面板在通过主动调整之后形成的天线整体反射面更加逼近目标抛物面，从而提高天线电性能，用于指导实际工程中大型赋形面天线在两种工作模式下的面型精准转换，这一过程即为面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法。
技术实现思路
针对于由赋形面调整到抛物面调整方法的确定，本文专利技术了一种面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法，该方法针对大型赋形面天线，通过促动器调整来确定面板调整量。为了实现上述目的，本专利技术提供的面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速计算方法，包括如下步骤：(1)根据大型反射面天线的结构方案及促动器位置，在力学分析软件中建立理想情况下的天线结构有限元模型，确定促动器支撑节点；(2)由于天线反射面为赋形面，采用Zernike多项式确定赋形面拟合方程；(3)利用天线结构有限元模型和促动器支撑节点，提取出赋形反射面所有主动面板的节点信息；(4)对于天线面板上的第e块面板，提取出该主动面板的节点信息；(5)基于该主动面板上的节点信息和目标抛物面的焦距，利用最小二乘法，计算该主动面板的最佳拟合抛物面；(6)确定第e块面板的促动器支撑节点；(7)根据促动器支撑节点位置确定该点促动器的伸缩方向(促动器所在点的法线方向)及促动器所在直线方程，通过直线与最佳拟合抛物面以及目标抛物面的交点距离，计算该面板促动器调整量；(8)判断是否为最后一块面板，若是，计算调整后整体反射面的均方根误差，转到步骤(9)；若否，则转到步骤(4)，开始下一块面板的调整量计算；(9)根据调整后赋形面的所有节点信息，计算赋形面和目标抛物面之间的均方根误差；(10)基于天线机电耦合模型，计算调整后的赋形反射面天线增益；(11)判断天线增益是否满足指标要求，若不满足要求，则改变促动器位置，更新天线结构模型，并转至步骤(3)；若满足要求，则输出促动器调整量，从而得到面向抛物面的赋形天线主动面板最佳调整量。步骤(1)中，所述反射面天线的结构有限元模型包括确定面板节点信息、背架节点信息，以及确定促动器支撑节点信息，以用于天线计算。所述步骤(2)确定赋形面的拟合方程，包括如下过程：(2a)设定口径面参数为t和ψ，则赋形面上任一点Ps(xs,ys,zs)可表示为：xs＝xs(t,ψ),ys＝ys(t,ψ),zs＝zs(t,ψ)故有：xs(t,ψ)=atcosψys(t,ψ)=btsinψ⇒t=(xs-x0)2a2+(ys-y0)2b2ψ=a(ys-y0)b(xs-x0)]]>其中：0≤t≤1，0≤ψ≤2π，a、b分别为投影口径A上沿x，y方向的半轴长，(x0,y0)为投影口径A的圆心坐标；(2b)对于天线反射面为赋形面的方程式，运用Zernike多项式表示如下：zs=x02+y024f-f+λz1(x,y,j,i)x=(xs-H+a)/ay=ys/b]]>其中(xs,ys,zs)表示的点表示赋形面上的点，z1(x,y,j,i)为Zernike多项式表示的函数，j、i为表示Zernike多项式的阶数，f为工作频率，λ为波长，H馈源到椭圆口径面中心的距离；zs(t,ψ)=Σj=0nΣi=0m(Cijcosiψ+Dijsiniψ)Rji(t)]]>其中，为径向多项式，Cij、Dij为赋形面的拟合系数，用如下公式可求得：CijDij=j+1πϵi∫02π∫01zs(t,ψ)...

【技术保护点】
面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据大型反射面天线的结构方案及促动器位置，在力学分析软件中建立理想情况下的天线结构有限元模型，确定促动器支撑节点；(2)由于天线反射面为赋形面，采用Zernike多项式确定赋形面拟合方程；(3)利用天线结构有限元模型和促动器支撑节点，提取出赋形反射面所有主动面板的节点信息；(4)对于天线面板上的第e块面板，提取出该主动面板的节点信息；(5)基于该主动面板上的节点信息和目标抛物面的焦距f1，利用最小二乘法，计算该主动面板的最佳拟合抛物面；(6)确定第e块面板的促动器支撑节点；(7)根据促动器支撑节点位置确定该点促动器所在点的法线方向及促动器所在直线方程，通过直线与最佳拟合抛物面以及目标抛物面的交点距离，计算该面板促动器调整量；(8)判断是否为最后一块面板，若是，计算调整后整体反射面的均方根误差，转到步骤(9)；若否，则转到步骤(4)，开始下一块面板的调整量计算；(9)根据调整后赋形面的所有节点信息，计算赋形面和目标抛物面之间的均方根误差；(10)基于天线机电耦合模型，计算调整后的赋形反射面天线增益；(11)判断天线增益是否满足指标要求，若不满足要求，则改变促动器位置，更新天线结构模型，并转至步骤(3)；若满足要求，则输出促动器调整量，从而得到面向抛物面的赋形天线主动面板最佳调整量。...

【技术特征摘要】
1.面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据大型反射面天线的结构方案及促动器位置，在力学分析软件中建立理想情况下的天线结构有限元模型，确定促动器支撑节点；(2)由于天线反射面为赋形面，采用Zernike多项式确定赋形面拟合方程；(3)利用天线结构有限元模型和促动器支撑节点，提取出赋形反射面所有主动面板的节点信息；(4)对于天线面板上的第e块面板，提取出该主动面板的节点信息；(5)基于该主动面板上的节点信息和目标抛物面的焦距f1，利用最小二乘法，计算该主动面板的最佳拟合抛物面；(6)确定第e块面板的促动器支撑节点；(7)根据促动器支撑节点位置确定该点促动器所在点的法线方向及促动器所在直线方程，通过直线与最佳拟合抛物面以及目标抛物面的交点距离，计算该面板促动器调整量；(8)判断是否为最后一块面板，若是，计算调整后整体反射面的均方根误差，转到步骤(9)；若否，则转到步骤(4)，开始下一块面板的调整量计算；(9)根据调整后赋形面的所有节点信息，计算赋形面和目标抛物面之间的均方根误差；(10)基于天线机电耦合模型，计算调整后的赋形反射面天线增益；(11)判断天线增益是否满足指标要求，若不满足要求，则改变促动器位置，更新天线结构模型，并转至步骤(3)；若满足要求，则输出促动器调整量，从而得到面向抛物面的赋形天线主动面板最佳调整量。2.根据权利要求1所述的面向抛物面的大型赋形面天线主动面板调整量的快速确定方法，其特征在于，步骤(1)中，所述赋形面天线的结构有限元模型包括面板节点信息、背架节点信息，以及促动器支撑节点信息。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王从思，王浩，胡核算，许谦，王伟，杜敬利，蒋力，陈卯蒸，钟剑锋，黄进，肖岚，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61