一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法技术

本发明专利技术属于星载天线技术领域，涉及一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法。本发明专利技术通过对索网结构进行形态设计、对索单元材料类型选取进行编译、建立索网结构的有限元模型、计算温度影响下的节点位移、计算反射面的形面误差、判断当前温度是否满足终止条件、更新当前温度、计算温度区间内最大形面误差值、判断进化代数是否满足终止准则、进化种群个体、解译最大形面误差最小的个体和制作网状天线的索网结构十二个步骤，完成了网状天线的在轨热设计。本发明专利技术利用不同材料之间的互补特性，合理地选择索网结构中索单元的材料类型，降低了索网结构中反射面节点位移关于温度变化量的敏度，提高了索网结构的热稳定性，改善了温度区间内的形面精度。区间内的形面精度。区间内的形面精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法


[0001]本专利技术属于星载天线
，具体地涉及一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法。

技术介绍

[0002]对于星载天线这样的精密结构来说，在完成高精度的设计之后，维持形面的稳定性是最重要的。一般来说，对于外界温度的变化，要求天线的形面不可以随着温度的变化出现较大的改变。然而，星载天线随着卫星的运动，将周期性地接受太阳和地球等物体的热辐射，往往要经历较大范围的高低温变化，并在结构中产生热应力和热变形。过大的热变形将直接影响到天线的电性能。有关资料表明，10m反射面天线最大热变形可达到12mm，反射面均方根误差值达到3.8mm，天线增益将因此减少1.5dB。
[0003]因此，为了保证网状反射面天线具有较高的热稳定性，对其进行空间环境下的热分析，以及以此而开展的热控制是十分必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法，目的在于提供一种能够解决网状天线在空间热环境下形面精度下降问题的方法。
[0005]为了实现上述目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一：对索网结构进行形态设计通过找形法得到索网结构形态，并得到在参考温度T0下的索网结构的节点坐标、索单元的连接关系以及索单元的张力与长度；索网结构中任意相邻的两个节点之间为一根索单元；步骤二：对索单元材料类型选取进行编译选取不同的材料作为索单元的原材料，选取原材料的规则如下：采用两种材料用于制作网状天线的索网结构，第一种材料的弹性模量、横截面积、热胀系数分别为E
(1)
、A
(1)
、α
(1)
，第二种材料的弹性模量、横截面积、热胀系数分别为E
(2)
、A
(2)
、α
(2)
；当随机选用一种材料对索单元进行制作时，对任意一根索单元k，其材料属性表示为其中，假设星载天线的工作温度区间为T∈[T
min
,T
max
]，以步长ΔT将区间分为t个工况，即[T1,T2,
…
,T
t
]；为了降低环境温度对网状天线形面精度的影响，以索单元材料类型为设计变量，以索单元张力为约束条件，以所有温度工况下对应的形面误差的最大值为优化目标，建立材料拓扑优化模型如下其中，m为索单元的总数目，RMS(T)为在环境温度T下的形面误差，F
k
为第k根索单元的张力；对索网结构的索单元的材料类型进行选择时，当第k根索单元选择第一种材料时，β
k
＝1，当第k根索单元选择第二种材料时，β
k
＝0，因此，采用二进制字符集{0,1}产生的0,1字符串，来表示材料拓扑优化模型的候选解；之后，采用遗传算法对材料拓扑优化模型进行求解；求解时首先建立种群，种群中的每个个体代表一种索网结构的索单元材料选择方式，个体中的每个基因代表索单元选择的材料类型，当第k根索单元选择第一种材料时，第k个基因位上的数值为1，当第k根索单元选择第二种材料时，第k个基因位上的数值为0；在遗传算法中，采用个体数量为NP、每个个体维数为m的二进制值参数向量作为一个种群，其中的每个个体表示为h
i,g
(i＝1,2,
…
,NP)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，i表示个体在对应种群中的序号，g表示遗传代数；种群的个体要进行初始编码，以建立优化的搜索初始点；假定对所有初始化的种群个体均符合随机均匀分布，则第i个个体的初始值可由下式求得
h
i,0
＝randint(1,m)(i＝1,2,
…
,NP)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，randint(1,m)表示在{0,1}之间随机选择整数组成长度为m的行向量；步骤三：建立索网结构的有限元模型；步骤四：计算温度影响下的节点位移；步骤五：计算反射面的形面误差；步骤六：判断当前温度是否满足终止条件以当前温度值T达到温度区间的上限T
max
作为内层循环的终止条件，若满足终止条件，则循环结束，输出温度区间内的形面误差变化范围，并转到步骤八进行下一步操作；否则，进入步骤七，并继续计算下一个温度工况下的形面误差；步骤七：更新当前温度更新当前环境温度，并转到步骤四继续运算，温度更新公式为T＝T+ΔT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，环境温度T的初始值设置为T＝T
min
，ΔT为温度增量；步骤八：计算温度区间内最大形面误差值对种群中的所有个体按照步骤三至步骤七中的操作，计算温度区间内的形面误差变化范围，并得到种群中的所有个体对应的最大形面误差值为RMS
max
＝[RMS
max,1 RMS
max,2
…
RMS
max,NP
]
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，RMS
max,i
表示第i个个体对应的温度区间内的最大形面误差值为RMS
max,i
＝max{RMS(T1) RMS(T2)
…
RMS(T
t
)}
ꢀꢀ
(8)步骤九：判断进化代数是否满足终止准则以当前进化代数达到遗传算法的最大代数作为外层循环的终止准则；如果满足终止准则，则转到步骤十一，输出当前最大形面误差最小的个体；否则，转到步骤十对种群进行遗传操作，并进行下一代的计算；步骤十：进化种群个体；步骤十一：解译最大形面误差最小的个体对最大形面误差最小的个体进行解译，确定应选取的制作原材料；步骤十二：制作网状天线的索网结构根据步骤十一解译结果，制作网状天线的索网结构。2.如权利要求1所述的一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法，其特征在于：所述的步骤三建立索网结构的有限元模型是通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙梓涵，张逸群，段宝岩，杨东武，张顺吉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：