索网天线反射面索网生成的简易方法技术

本发明专利技术公开了一种索网天线反射面索网生成的简易方法，具有如下步骤：生成参考球面，将参考球面划分为六个完全一样的子曲面，取其中一个子曲面，将其两侧的两条主索等角度平分，生成一组索网节点的初始坐标C0＝[x0y0z0]，根据各索单元与标准索单元长度ls间的差距生成自由节点坐标修正的位移矩阵，进而生成修正后的自由节点的节点坐标，得到修正后的子曲面索网和子曲面索网总索长，判断两次子曲面索网总索长的差值，通过多次迭代修正使得前后两次网格总索长的差值小于收敛阈值，将得到的子曲面索网绕旋转抛物面中心轴旋转π/3角度，生成整个反射面索网。相比于常见的投影法和测地线法，本发明专利技术生成的反射面索网单元长度更为均匀，尤其是在焦距‑口径比较小的情况下。

【技术实现步骤摘要】
索网天线反射面索网生成的简易方法
本专利技术涉及索网天线设计
，尤其涉及一种结合等边三角形特性，通过节点坐标迭代生成索网天线反射面索网几何构型的简易方法。
技术介绍
近年来，对地观测卫星、通讯卫星、深空探测航天器等对天线的增益和信号接收能力提出越来越高的要求，大口径、高精度成为星载天线的主要发展方向之一。由于运载火箭的运载能力和装载空间限制，传统的固面天线已无法满足设计需求。可展开天线成为目前火箭运载能力下实现大口径天线的有效形式，主要类型包括固面可展开天线、充气天线和索网天线，其中索网天线因其折叠收纳比高、质量轻等特点得到工程研究人员的广泛关注，并成为众多空间任务的首选天线形式。索网天线主要包含支撑结构、反射面索网、背部索网、纵向拉索等，其中，反射面索网上附着有用于反射电磁波的金属网。在太空微重力环境中，索单元在预紧力的作用下处于张紧状态，所以天线反射面是由大量以索网节点为顶点的小平面拼接而成。然而，由大量小平面拼接而成的旋转抛物面与理想反射面之间不可避免的存在一定的误差。这种误差被称为反射面索网的原理误差，主要由索网构型(节点拓扑关系)、网格大小以及索网节点位置决定。因此，反射面索网的设计直接决定了索网天线的电磁性能，是索网天线设计的重要一步。在反射面索网网格生成方面，投影映射法是一种常用的方法。该方法一般分为两步：首先，根据选择的索网构型和网格大小，在口径平面内生成静力平衡状态下的平面索网结构；然后将平面索网沿旋转抛物面轴线方向竖直映射到理想旋转抛物面上，从而得到最终的反射面索网结构。投影映射法生成网格过程简单，但当反射面焦距-口径比值较小时(如f/D<0.5)，投影映射法得到的单元长度均匀性较差。另一种常用的网格生成方法为测地线法。测地线为空间曲面上两点间的最短路径，基于测地线的这一性质，测地线网格希望利用最短的总索长构建反射面索网。但是现有的基于测地线的网格生成方法都比较繁琐，而且生成的也都是准测地线网格。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种索网天线反射面索网生成的简易方法。所述方法结合等边三角形特性，通过节点坐标迭代生成索网天线反射面索网。在三角形小平面中，等边三角形拥有两个显著的优势：(1)相同的周长，等边三角形围成的面积最大，(2)相同的周长，等边三角形的最大边最短。而索单元的最大边长决定了反射面的精度，因此对于给定的网格拓扑形式，等边三角形网格可以利用最短的总索长实现最高的曲面精度。为简化测地线法网格生成过程，得到性能更好的反射面索网，本专利技术从等边三角形的特性出发，给出一种通过节点坐标迭代生成反射面索网几何构型的简易方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种索网天线反射面索网生成的简易方法，具有如下步骤：S1：根据旋转抛物面的口径D和焦距f生成参考球面，参考球面的顶点和口径圆与旋转抛物面的顶点和口径圆重合；S2：通过六条过参考球面的顶点的主索(测地线)，将参考球面划分为六个完全一样的子曲面，取其中一个子曲面，将其两侧的两条主索等角度平分，得到子曲面主索节点，其中，等角度平分的平分角度θs及其对应弦长ls由反射面索网的型面精度(均方根误差)δrms决定，其中，令ls为标准索单元长度；S3：基于所得到的子曲面主索节点，采用三向网格式节点拓扑关系在子曲面的投影面内划分网格，然后利用投影法向旋转抛物面投影，生成一组索网节点的初始坐标C0＝[x0y0z0]，索网节点包括子曲面主索节点、子曲面内部节点和子曲面边缘节点，子曲面的边缘节点即两个主索之间圆弧上的节点，初始的子曲面的边缘节点可根据子曲面的边缘节点的个数(由节点间的拓扑关系得到)按一定的规则(如等角度平分)得到，除相邻子曲面主索节点外，其他索网节点间根据拓扑关系通过索单元连接，得到子曲面索网及子曲面索网总索长L0，子曲面索网总索长为两条主索和全部索单元长度之和；S4：将子曲面主索节点视为固定节点，将子曲面的边缘节点和子曲面内部节点视为可移动的自由节点，根据各索单元与标准索单元长度ls间的差距生成自由节点坐标修正的位移矩阵，进而生成修正后的自由节点的节点坐标，得到修正后的子曲面索网及子曲面索网总索长L1；S5：判断步骤S3得到的子曲面索网总索长L0和步骤S4得到的子曲面索网总索长L1的差值，若大于设定的阈值Ltol，则以步骤S4得到的修正后的自由节点的节点坐标为初始坐标，迭代执行步骤S4修正自由节点的节点坐标，直至差值小于收敛阈值；若满足，则执行步骤S6；S6：将步骤S5得到的子曲面索网绕旋转抛物面中心轴旋转π/3角度，生成整个反射面索网。所述步骤S1中，参考球面半径由下式给出：所述步骤S2中，主索对应的圆心角为θ＝arcsin(D/2R)，平分角度θs＝2arcsin(ls/2R)，其中，其中，R为参考球面半径；ls与δrms的关系为：为保证索网天线反射面的精度满足设计要求，主索等角度平分的分段数nr应满足式：将在参考球面上得到的子曲面主索节点投射到旋转抛物面上，从而生成子曲面主索节点。所述步骤S4中，对于某一自由节点i，在其每一次节点坐标修正中，根据各索单元与标准索单元长度ls间的差距修正节点i的节点坐标，以减小各索单元间的长度差，节点i沿x轴方向的位置修正量可表示为：其中，xi,xj为节点i以及与其相连的节点j的x轴坐标，lij为连接节点i和节点j的索单元长度，将所有自由节点沿x轴方向的位置修正量组成向量矩阵Δx，则修正后的自由节点的x轴坐标为同理可以得到修正后的自由节点的y轴坐标为对于子曲面的边缘节点，它们只能在口径圆上移动，因此还需满足以下约束关系：修正后的自由节点的z轴坐标满足以下公式：以上可得到修正后的自由节点的节点坐标为与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.相比于常见的投影法和测地线法，本专利技术生成的反射面索网单元长度更为均匀，尤其是在焦距-口径比(f/D)较小的情况下。2.基于等边三角形的特性，本专利技术可以得到网格总索长更短，型面精度更高的反射面索网结构。3.本专利技术无需复杂的几何关系推导，避免了一些经验参数的设定，生成过程简单可靠，易于编程实现。基于上述理由本专利技术可在索网天线反射面索网设计领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的具体实施方式中参考球面等分示意图。图2是本专利技术的具体实施方式中主索等角度平分示意图。图3是本专利技术的具体实施方式中索网节点拓扑关系示意图。图4是本专利技术的具体实施方式中某一子曲面内部节点i与其相连的节点j的拓扑关系示意图。图5是本专利技术的具体实施方式中节点坐标迭代流程图。图6是本专利技术的实施例中准测地线法的索网生成结果正视图。图7是本专利技术的实施例中索网天线反射面索网生成的简易方法的索网生成结果正视图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种索网天线反射面索网生成的简易方法，其特征在于具有如下步骤：S1：根据旋转抛物面的口径D和焦距f生成参考球面，参考球面的顶点和口径圆与旋转抛物面的顶点和口径圆重合；S2：通过六条过参考球面的顶点的主索，将参考球面划分为六个完全一样的子曲面，取其中一个子曲面，将其两侧的两条主索等角度平分，得到子曲面主索节点，其中，等角度平分的平分角度θs及其对应弦长ls由反射面索网的型面精度δrms决定，其中，令ls为标准索单元长度；S3：基于所得到的子曲面主索节点，采用三向网格式节点拓扑关系在子曲面的投影面内划分网格，然后利用投影法向旋转抛物面投影，生成一组索网节点的初始坐标C0＝[x0 y0 z0]，索网节点包括子曲面主索节点、子曲面内部节点和子曲面边缘节点，除相邻子曲面主索节点外，其他索网节点间根据拓扑关系通过索单元连接，得到子曲面索网及子曲面索网总索长L0，子曲面索网总索长为两条主索和全部索单元长度之和；S4：将子曲面主索节点视为固定节点，将子曲面的边缘节点和子曲面内部节点视为可移动的自由节点，根据各索单元与标准索单元长度ls间的差距生成自由节点坐标修正的位移矩阵，进而生成修正后的自由节点的节点坐标，得到修正后的子曲面索网及子曲面索网总索长L1；S5：判断步骤S3得到的子曲面索网总索长L0和步骤S4得到的子曲面索网总索长L1的差值，若大于设定的阈值Ltol，则以步骤S4得到的修正后的自由节点的节点坐标为初始坐标，迭代执行步骤S4修正自由节点的节点坐标，直至差值小于收敛阈值；若满足，则执行步骤S6；S6：将步骤S5得到的子曲面索网绕旋转抛物面中心轴旋转π/3角度，生成整个反射面索网。...

【技术特征摘要】
1.一种索网天线反射面索网生成的简易方法，其特征在于具有如下步骤：S1：根据旋转抛物面的口径D和焦距f生成参考球面，参考球面的顶点和口径圆与旋转抛物面的顶点和口径圆重合；S2：通过六条过参考球面的顶点的主索，将参考球面划分为六个完全一样的子曲面，取其中一个子曲面，将其两侧的两条主索等角度平分，得到子曲面主索节点，其中，等角度平分的平分角度θs及其对应弦长ls由反射面索网的型面精度δrms决定，其中，令ls为标准索单元长度；S3：基于所得到的子曲面主索节点，采用三向网格式节点拓扑关系在子曲面的投影面内划分网格，然后利用投影法向旋转抛物面投影，生成一组索网节点的初始坐标C0＝[x0y0z0]，索网节点包括子曲面主索节点、子曲面内部节点和子曲面边缘节点，除相邻子曲面主索节点外，其他索网节点间根据拓扑关系通过索单元连接，得到子曲面索网及子曲面索网总索长L0，子曲面索网总索长为两条主索和全部索单元长度之和；S4：将子曲面主索节点视为固定节点，将子曲面的边缘节点和子曲面内部节点视为可移动的自由节点，根据各索单元与标准索单元长度ls间的差距生成自由节点坐标修正的位移矩阵，进而生成修正后的自由节点的节点坐标，得到修正后的子曲面索网及子曲面索网总索长L1；S5：判断步骤S3得到的子曲面索网总索长L0和步骤S4得到的子曲面索网总索长L1的差值，若大于设定的阈值Ltol，则以步骤S4得到的修正后的自由节点的节点坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：寻广彬，谭述君，李依龙，吴志刚，兰澜，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21