一种构架式天线索网机电集成制作方法技术

本发明专利技术公开了一种构架式天线索网机电集成制作方法，所述构架式天线索网机电集成制作方法基于粒子群算法，用索网结构的张立平衡条件及索段张力的上下限构成适应度函数；利用优化算法对具有几何非线性特征的索网结构力学模型进行求解，寻找模块索网边界处的垂跨结构。本发明专利技术通过构造合适的适应度函数将约束问题转化成了无约束问题，从而可以选择PSO算法进行求解。本发明专利技术能够设计天线的索网力学结构，保证索网的力学性能在许可范围内，能极大程度降低反射面缝隙对天线电性能的影响。

Mechanical and electrical integration method for frame type antenna wire cable network

The invention discloses a frame type antenna cable net electromechanical integrated production method, the frame type antenna cable net of electromechanical integrated manufacturing method based on particle swarm algorithm, a fitness function with upper and lower vertical balance conditions and cable tension of cable net structure; using optimization algorithm to solve the mechanical model of cable net structure with the nonlinear characteristics of the cable net search module at the boundary of the sag span structure. In the invention, the constraint problem is converted into an unconstrained problem by constructing an appropriate fitness function, so that the PSO algorithm can be chosen to solve the problem. The invention can design the mechanical structure of the cable net of the antenna, and ensure the mechanical property of the cable net, and can greatly reduce the influence of the aperture of the reflector on the electric performance of the antenna in the permitted range.

【技术实现步骤摘要】
一种构架式天线索网机电集成制作方法
本专利技术属于构架式天线
，尤其涉及一种构架式天线索网机电集成制作方法。
技术介绍
构架式可展开天线由多个空间单元组成，是一种网状反射面天线；其独特的模块化设计理念既能有效实现天线结构的大口径和高精度要求。构架式可展天线由上部的金属索网和下部的背架构成。在天线整体组装前期，分别对模块进行设计和调试，而模块索网边界上的节点在索张力平衡条件下，须向里缩进从而形成垂跨结构形式。垂跨比的存在使得边界处的索网三角形面片面积有所缺损，导致反射面上模块间出现缝隙。缝隙的存在对天线电性能会产生影响，那么，如何解决缝隙带来的问题，即设计各模块的索网垂跨比，就成了构架式天线索网设计的关键。若垂跨比小，则会导致边界索网单元的张力增加，反之，垂跨比大，反射面就会损失，进而影响天线的增益。综上所述，现有的构架式天线索网存在反射面上模块间缝隙带来的天线电性能较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种构架式天线索网机电集成制作方法，旨在解决现有的构架式天线索网存在反射面上模块间缝隙带来的天线电性能较低的问题。本专利技术是这样实现的，一种构架式天线索网机电集成制作方法，所述构架式天线索网机电集成制作方法基于粒子群算法，用索网结构的张立平衡条件及索段张力的上下限构成适应度函数；利用优化算法对具有几何非线性特征的索网结构力学模型进行求解，寻找模块索网边界处的垂跨结构。进一步，所述构架式天线索网机电集成制作方法包括以下步骤：首先分析构架式天线的电性能，对天线增益进行数学描述；其次进行索网结构的力学分析，设计索网中各索段的平衡张力；然后通过分析建立构架式天线索网机电集成设计的优化数学模型；最后基于张力平衡条件及索段张力上下限的适应度函数，提出基于粒子群优化算法的构架式天线索网机电集成设计方法。进一步，通过构建索网结构的力平衡方程可求得索网部分的张力值TNUME×1。进一步，优化数学模型为：Findρ＝[ρ1，ρ2，…，ρNUMM]Tρj∈[ρjl,ρju],j＝1,…,NUMM进一步，适应度函数为，其中，fmax是群体中最差可行个体的适应度值；进一步，反射面天线的方向系数为：其中，表示馈源的辐射功率；对反射面上每个面片进行积分计算得到各个单元的远区辐射电场后，在远场对所有面片进行叠加，得到整个天线的远区辐射电场。将D1代入天线的增益公式：G＝D1η。进一步，空间索网结构平衡构型上的某个节点i在x,y,z方向上的力平衡方程为：其中，tij为索力，lij为索段单元ij的长度，xi,yi,zi,xj,yj,zj为节点坐标值，fix,fiy,fiz为节点i在x,y,z方向所受的外力。进一步，将索网中的每一个非约束节点方程集成为矩阵形式，得索网平衡方程如下，A3(NUMC-NUMU)×NUMETNUME×1＝03(NUMC-NUMU)×1；式中，A3(NUMC-NUMU)×NUME为索网的平衡矩阵，TNUME×1为索段的预拉力列向量，NUMC为索网节点总数，NUMU为索网约束节点总数，NUME为索段总数。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述构架式天线索网机电集成制作方法制作的构架式天线。本专利技术提供的构架式天线索网机电集成制作方法，解决了构架式天线反射面上模块间的缝隙问题。本专利技术的优化方法基于粒子群算法，用索网结构的张立平衡条件及索段张力的上下限构成适应度函数，同时考虑天线电性能和索网力学性能的好坏，利用优化算法对具有几何非线性特征的索网结构力学模型进行求解，寻找模块索网边界处的垂跨结构形式，以使在索网的力学性能的许可范围内，实现极大程度降低反射面缝隙对天线电性能的影响。本专利技术的考虑缝隙影响的构架式天线索网机电集成设计方法，满足索网结构的张立平衡条件及限制索段张力的上下限，将索网的电性能及力学性能作为目标函数，这样既能够满足天线设计时的硬性要求，又能对设计效果进行优化；优化模型的目标函数是节点坐标变量的函数，而索网节点坐标与垂跨比有关，因而目标函数是垂跨比的隐式函数。对于这一高度非线性多目标问题，通过对目标进行加权解决了多目标问题，通过构造合适的适应度函数将约束问题转化成了无约束问题，从而可以选择PSO算法进行求解。本专利技术能够设计天线的索网力学结构，保证索网的力学性能在许可范围内，能极大程度降低反射面缝隙对天线电性能的影响。附图说明图1是本专利技术实施例提供的构架式天线索网机电集成制作方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的索网结构节点受力平衡示意图。图3是本专利技术实施例提供的构架式天线的有限元模型图。图4是本专利技术实施例提供的目标函数迭代过程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的构架式天线索网机电集成制作方法包括以下步骤：S101：分析构架式天线的电性能特点，对天线增益进行数学描述；S102：进行索网结构的力学分析，设计索网中各索段的平衡张力；S103：通过分析建立构架式天线索网机电集成设计的优化数学模型；S104：基于张力平衡条件及索段张力上下限的适应度函数，提出基于粒子群优化(PSO)算法的考虑缝隙影响的构架式天线索网机电集成设计方法。下面结合具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步的描述。本专利技术实施例提供的构架式天线索网机电集成制作方法包括以下步骤：1)索网机电集成设计是在分析天线电性能的基础上进行的，首先确定构架式天线的电性能特点；构架式可展开天线的每个模块均并行制造及组装，每个模块上均铺有采用导电性能良好的金属丝网，它将入射于面上的电磁波几乎全部反射。对于每个模块的边界索网部分，由于垂跨比的存在，使得边界处的三角形面片面积有所缺损，从而导致模块间出现缝隙。缝隙会影响天线的电性能，主要表现为降低增益，可以从缝隙的面积损失来考虑缝隙对反射面增益的影响。2)索网机电集成设计的另外一点是索网结构的力学分析。索网上的自有节点均需满足张立平衡条件方可保证索网结构的力学平衡，通过构建索网结构的力平衡方程可求得索网部分的张力值TNUME×1。随着垂跨比的减小，边界索段的受力将变大，索网的张力分布越不均匀。3)反射面上的缝隙大小主要由各模块索网的垂跨比决定，而由于构架式天线各模块的并行性，各模块的垂跨比应当相互独立，因此将每个模块索网垂跨比作为设计变量，记为：Findρ＝[ρ1，ρ2，…，ρNUMM]T(1)其中ρ1表示第1个模块的垂跨比值，NUMM表示模块总数。索网的设计，需综合考虑到电性能及力学性能的好坏，电性能的主要评价指标是天线增益，而力学性能的好坏取决于索网最大最小张力比的大小，由于星载索网可展开天线在太空中会受到复杂的太空环境影响，主要表现为空间不断变化的热载荷作用，索网的张力分布均匀情况将直接影响天线索网的稳定性。在模型中，将增益最大化目标可等效为损失增益最小，另一优化目标是索网最大最小张力比最小，则优化目标为：其中，f1为理想反射面与实际反射面的增益损失，f2为上索网、下索网及竖向索的最大张力与最小张力的比值算术平均。由于两个目标值的量纲与量级均不相同，考虑对目标函数分别进行归一化处理，并通过采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构架式天线索网机电集成制作方法，其特征在于，所述构架式天线索网机电集成制作方法基于粒子群算法，用索网结构的张立平衡条件及索段张力的上下限构成适应度函数；利用优化算法对具有几何非线性特征的索网结构力学模型进行求解，寻找模块索网边界处的垂跨结构。

【技术特征摘要】
1.一种构架式天线索网机电集成制作方法，其特征在于，所述构架式天线索网机电集成制作方法基于粒子群算法，用索网结构的张立平衡条件及索段张力的上下限构成适应度函数；利用优化算法对具有几何非线性特征的索网结构力学模型进行求解，寻找模块索网边界处的垂跨结构。2.如权利要求1所述的构架式天线索网机电集成制作方法，其特征在于，所述构架式天线索网机电集成制作方法包括以下步骤：首先分析构架式天线的电性能，对天线增益进行数学描述；其次进行索网结构的力学分析，设计索网中各索段的平衡张力；然后通过分析建立构架式天线索网机电集成设计的优化数学模型；最后基于张力平衡条件及索段张力上下限的适应度函数，提出基于粒子群优化算法的构架式天线索网机电集成设计方法。3.如权利要求2所述的构架式天线索网机电集成制作方法，其特征在于，通过构建索网结构的力平衡方程可求得索网部分的张力值TNUME×1。4.如权利要求2所述的构架式天线索网机电集成制作方法，其特征在于，优化数学模型为：Findρ＝[ρ1，ρ2，…，ρNUMM]Tρj∈[ρjl,ρju],j＝1,…,NUMM。5.如权利要求2所述的构架式天线索网机电集成制作方法，其特征在于，适应度函数为，其中，fmax是群体中最...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢靓，张树新，方栋，杨东武，杨癸庚，
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