[发明专利]面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模方法

说明书

本发明公开了一种面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模方法，包括：输入天线几何参数、材料参数、电参数与控制矩阵、控制向量；确定系统状态变量与系统输出量；计算理想天线远区电场；建立天线结构有限元模型；进行天线结构模态分析；输出固有频率矩阵、模态质量阵、模态振型阵；计算模态刚度阵、模态阻尼阵、模态输入矩阵；生成系统状态矩阵、系统控制矩阵；提取节点、单元与形函数信息；计算电性能对节点位移一阶、二阶系数矩阵；计算电性能对模态坐标一阶、二阶系数矩阵；生成系统一阶、二阶输出矩阵；建立系统状态空间模型。本发明克服了传统建模方法的不足，实现了同时面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及雷达天线领域中的一种面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模方法。

背景技术

网状天线由于其质量轻、收拢体积小等优点被逐渐应用于空间天线设计中。网状天线在轨运行过程中，周期性地受到太空辐射热、冲击等载荷的影响。在载荷影响下，天线形面发生柔性变形，导致电性能恶化。为了降低外部载荷对天线电性能的影响，一方面需要针对天线结构所受载荷进行分析并提出相应的设计策略，另一方面就是天线柔性结构进行精密主被动控制。对天线结构进行控制需要建立较为精确的天线状态空间模型；更进一步，为了实现电性能指标要求，其状态空间模型需要同时面向电性能与控制，也就是建立面向电性能与控制的天线结构状态空间模型，以此进行面向电性能的天线精密控制。

Gawaronski在文献“Advanced structural dynamics and active control ofstructures”(NewYork,Springer,2004年出版)中，公开了一种面向结构性能的天线结构状态空间模型，该方法虽然可以面向结构响应，但其对电性能的影响没有考虑在内，若要计算天线电性能，需要更进一步进行电性能分析。张洁、黄进、宋瑞雪、邱丽丽在中国专利“一种面向控制的大型天线建模方法”(授权号：ZL201310496650.5)中提出了一种面向指向精度与控制的大型天线动力学建模方法，该方法同样没有直接以天线电性能为系统输出，也无法在控制中考虑天线电性能。因此，针对空间网状天线的控制问题，需要一种面向电性能与控制的状态空间建模方法，能够克服传统建模方法无法直接建立与电性能联系的不足，实现同时面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模方法，该方法从机械-电磁与控制集成的角度出发，以天线电性能为系统输出变量，进行空间网状天线面向电性能与控制的状态空间建模。

本发明的技术方案是：面向电性能与控制的空间网状天线状态空间建模方法，包括如下步骤：

(1)输入天线几何参数、材料参数、电参数与控制矩阵、控制向量

输入用户提供的空间网状天线的几何参数、材料参数、电参数与与控制矩阵、控制向量；其中几何参数包括口径、焦距、偏置距离、前后网面最小距离；材料参数包括索结构、桁架结构以及金属丝网结构的材料密度、横截面积、杨氏弹性模量、泊松比和瑞利阻尼系数；电参数包括工作波长、馈源参数、馈源初级方向图以及包括天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求；

(2)确定系统状态变量与系统输出量

2a)按照下式确定以模态坐标系下的模态坐标与模态坐标的导数为系统状态变量：

其中，x为系统状态变量，q表示模态坐标系下的模态坐标列向量，表示模态坐标导数列向量，上标·表示求导数运算；

2b)按照下式确定以天线远区电场为系统输出量：

y＝E

其中，y表示系统输出量，E表示天线远区电场；

(3)计算理想天线远区电场