【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及星载天线领域，特别是一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法。
技术介绍
1、随着人类对宇宙空间奥秘的深入探索，对超大型、高精度的卫星、空间站的发展越发迫切和需要。而星载天线作为接收信号的载体，在无线通信、深空探测、卫星遥感和射电天文等领域起着至关重要的作用。
2、受限于运载工具的空间限制，大口径空间天线通常采用地面收拢发射入轨后展开的工作模式，因此空间天线通常设计为可展开结构。相比于网状反射面天线和薄膜反射面天线，固体反射面天线具有更高的型面精度，可以更好地满足空间探测、微波遥感等领域对天线高精度和宽频带的性能要求。如图2所示，固面可展开天线主要由馈源系统、反射器面板、驱动及传动组件、支撑及连接组件等部分组成。天线通过支撑及连接组件安装于星体上，并以收拢态形式储藏于运载火箭中，卫星发射入轨后，反射器面板在驱动及传动组件的作动下展开至服役姿态，与馈源系统配合实现预定服役效能。然而，大口径固面可展开天线的相关研究较少，特别是制约其应用的收纳问题亟需开展研究，为固面可展开天线提供技术储备。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，实现固面可展开天线的结构参数设计和极限收纳性能评估，解决固面可展开天线收纳比提升问题。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，包括如下步骤：
3、s1、将涉及天
4、s2、建立优化模型约束条件，包括展开态几何型面约束、收拢态包络型面约束、刚体约束、单自由度折展约束、无干涉约束和结构参数边界约束；
5、s3、根据天线设计要求，确定优化模型中待求解的结构参数；
6、s4、对结构参数进行初始化，根据结构参数的数量确定粒子群的维度和规模，对每个粒子群的参数进行初始化；
7、s5、根据全局优化目标，计算各粒子群在初始参数下的适应度，对粒子速度及空间位置进行更新；更新过程中，惯性系数为非固定值；
8、s6、对超出边界条件的粒子的速度及空间位置进行校正；
9、s7、根据粒子当前位置所对应的结构参数，构建天线折展过程运动学模型，通过运动学分析判断是否满足建立的约束条件，当满足约束条件时执行s8；
10、s8、更新粒子群最优解和全局最优解；
11、s9、重复s5～s8，直到达到设定的迭代条件，最终获得的全局最优解，即为满足固面可展开天线极限包络所对应的结构参数。
12、进一步，步骤s1中，所述指标为收纳直径dmax、收纳高度hmax和收纳体积vmax，构建单目标优化模型为：
13、min:ζ(u)＝α1dmax+α2hmax+α3vmax
14、式中，参数[α1，α2，α3]为利用层次分析法确定的收纳直径dmax、收纳高度hmax和收纳体积vmax的权重向量，具体数据需要根据实际任务指标要求进行选取；u为待求解的结构参数，ζ()代表天线收拢率。
15、进一步，步骤s2中，约束条件的具体形式为：
16、s.t.:gd(xd yd zd)＝0
17、gf(xf yf zf)≤0
18、δ＝0
19、dof＝1
20、dmin≥d0
21、umin≤u≤umax
22、式中，gd为展开态天线型面函数，xd、yd、zd为展开态面板坐标，通过设置gd＝0表示展开态型面满足展开态几何型面约束；
23、gf为收拢态包络型面函数，xf、yf、zf为收拢态面板坐标，通过设置gf≤0表示收拢态型面满足收拢态包络型面约束；
24、δ表示天线面板变形，通过设置δ＝0表示天线面板无变形，满足刚体约束；
25、dof表示天线折展自由度，通过设置dof＝1表示天线折展过程仅有一个自由度，满足单自由度约束；
26、dmin表示天线运动过程中天线相邻面板间的最小距离，d0为设置距离阈值，通过设置dmin≥d0表示天线折展过程中相邻面板间距离始终大于距离阈值，满足无干涉约束；
27、umax和umin表示带求解结构参数的上限和下限，通过设置umin≤u≤umax表示天线结构参数始终处于设计区间，满足结构参数边界约束。
28、进一步，步骤s3中，结构参数u包括展开态直径da，中心面板直径di，焦距f，花瓣数量n，驱动传动杆件结构参数l，反射器面板及背架构件结构参数b，馈源组件结构参数f。
29、进一步，步骤s4中，每个粒子群的参数进行初始化时，各粒子群初始位置及初始速度在约束范围内以随机形式赋值。
30、进一步，步骤s5中，对粒子速度及空间位置进行更新，具体方式为：
31、vi(k+1)＝wvi(k)+c1r1(pbest,i(k)-si(k))+c2r2(gbest(k)-si(k))
32、si(k+1)＝si(k)+vi(k+1)
33、式中，v为粒子移动速度；s为粒子的空间位置；k为迭代次数；w为惯性系数；c1,c2为加速系数；r1,r2为随机数；pbest,i为粒子群最优解；gbest为全局最优解；
34、其中，惯性系数为非固定值，按如下公式参与迭代计算：
35、
36、式中，wmax为最大惯性系数；wmin为最小惯性系数；n为最大迭代次数。
37、进一步，步骤s8中，更新粒子群最优解和全局最优解，具体方式为：
38、pbest,i(k+1)＝min(pbest,i(k),si(k+1))
39、gbest(k+1)＝min(pbest,i(k+1))i＝1.2....
40、式中，i为粒子群数量，具体数值综合考虑计算精度及平台算力选取。
41、本专利技术还提供一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计系统，包括：
42、主控模块，用于执行s1：将涉及天线收纳包络性能的多个指标，利用层次分析法根据任务需求进行权重规划，构建单目标优化模型，得到固面可展开天线极限包络的全局优化目标；s2：建立优化模型约束条件，包括展开态几何型面约束、收拢态包络型面约束、刚体约束、单自由度折展约束、无干涉约束和结构参数边界约束；s3：根据天线设计要求，确定优化模型中待求解的结构参数；步骤s3执行结束后，调用粒子群优化模块；根据粒子群优化模块的反馈，执行s9：重复s5～s8，直到达到设定的迭代条件，最终获得的全局最优解，即为满足固面可展开天线极限包络所对应的结构参数，直到结束；
43、粒子群优化模块，用于执行s4：对结构参数进行初始化，根据结构参数的数量确定粒子群的维度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤S1中，所述指标为收纳直径Dmax、收纳高度Hmax和收纳体积Vmax，构建单目标优化模型为：
3.根据权利要求2所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤S2中，约束条件的具体形式为：
4.根据权利要求2所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤S3中，结构参数u包括展开态直径Da，中心面板直径Di，焦距f，花瓣数量n，驱动传动杆件结构参数L，反射器面板及背架构件结构参数B，馈源组件结构参数F。
5.根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤S4中，每个粒子群的参数进行初始化时，各粒子群初始位置及初始速度在约束范围内以随机形式赋值。
6.根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤S5中，对
7.根据权利要求6所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤S8中，更新粒子群最优解和全局最优解，具体方式为：
8.一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的设计系统，其特征在于：主控模块和粒子群优化模块，基于Python平台实现，采用多线程并行计算，实现多组粒子的并行运动；运动学模块，基于ADAMS平台实现，完成运动学分析。
10.一种计算机程序产品，其特征在于：所述计算机程序产品被处理器执行时实现如权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤s1中，所述指标为收纳直径dmax、收纳高度hmax和收纳体积vmax，构建单目标优化模型为：
3.根据权利要求2所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤s2中，约束条件的具体形式为：
4.根据权利要求2所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤s3中，结构参数u包括展开态直径da，中心面板直径di，焦距f，花瓣数量n，驱动传动杆件结构参数l，反射器面板及背架构件结构参数b，馈源组件结构参数f。
5.根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的固面可展开天线极限包络设计方法，其特征在于：步骤s4中，每个粒子群的参...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，马小飞，张大羽，苏冠龙，火统龙，鱼则行，宋少航，张智，姚培，黄龙，刘婷婷，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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