[发明专利]一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法

说明书

本发明公开了一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法，包括以下步骤：建立有限元模型，得到阵面节点的位移系数矩阵，得到受环境载荷作用的阵面变形位移场，建立阵面作动器布局的优化模型，建立阵面精度与作动器调整量之间的关系，计算补偿阵面变形的最佳作动器调整量，根据最佳作动器调整量调整作动器。本发明的有益之处在于：(1)能够快速、有效的找到作动器的布置位置和布置数量，计算量减少；(2)可以快速、有效的计算出保障阵面精度最佳的作动器调整量，并且调整精度提高；(3)在保证不增加天线重量的前提下，同时兼顾了轻薄有源相控阵天线阵面的保型与调整，可以实现一体化设计，具有很高的工程使用价值。

技术领域

本发明涉及一种补偿天线阵面变形的方法，具体涉及一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法，属于雷达天线技术领域。

背景技术

随着军事需求的不断发展和变化，有源相控阵天线主要朝着超宽带、多功能、高性能和高集成等方向发展。同时，随着战场环境的复杂化和应用平台的多元化，现代有源相控阵天线对天线阵面的应用技术也提出了更大挑战。为了适应发展需求，有源相控阵天线向着超宽带、智能自适应、大型、轻薄、高集成等方向发展。

伴随电子元器件和微组装技术的不断发展，天线的集成度越来越高，并逐步实现了结构与功能的一体化设计，使得有源相控阵天线具有结构轻薄、大口径等特点。与此同时，轻薄的天线阵面通常工作在太阳照射、风、冰雪、振动、冲击、盐雾、湿度等服役环境中。随机、时变的动态环境载荷会引起阵面的结构变形，进而影响阵面性能；太阳照射、盐雾、湿度等环境因素影响阵面的材料物性参数，使得物性参数随服役时间呈现一定的退化和时变性，进而导致服役期间阵面性能演变；温差环境会影响阵面的精度，引起阵面电性能的变化。

因此，传统的依靠天线阵面结构刚度冗余来保障电性能精度要求的方法将难以满足设计要求。设计智能调整天线阵面结构是解决大型天线阵面轻薄化所带来的刚度分布控制问题的可行方法。

陈庚超在2003年的论文《柔性天线反射面调整技术》中利用各调整点之间的耦合关系，通过建立反射面的有限元模型，提取各调整点之间的位移耦合矩阵，根据变形叠加原理给出了各调整量之间的关系。但其不足之处是：未考虑实际应用中反射面所受环境载荷的变化，并且计算量大、调整精度有限。

曹玉岩等在2015年的论文《压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化》中研究了将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板，根据虚功原理推导了结构的有限元方程，然后根据建立的有限元方程，推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式，以均方根误差最小为优化目标，建立了形状控制优化模型，并将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解，利用模拟退火算法给出了重力作用下发射镜面的最佳压电作动器配置。但其不足之处是：优化作动器位置的方式仅适用于小型反射面，当阵面尺寸较大且柔性很高时，很难给出最优解。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于：在考虑实际应用中反射面受环境载荷影响的前提下，提供一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：根据轻薄有源相控阵天线阵面的结构参数和材料属性，建立轻薄有源相控阵天线阵面的有限元模型；

Step2：对上述有限元模型做相应约束处理，并划分有限元网格，然后分别对上述有限元模型的所有单元节点施加单位作用力，得到阵面节点的位移系数矩阵m表示阵面有限元模型节点数，α_j＝{β₁…β_m}^T表示在第j节点处施加单位作用力时各节点位移向量，j＝1,2,…,m；