[发明专利]基于最佳拟合的双反射面天线形面实时调整方法

权利要求书

1.基于最佳拟合的双反射面天线形面实时调整方法，其特征是：其实现步骤如下：

步骤一，安装激光测量设备及选取副反射面位姿定位点；

步骤二，安装测量靶标点及存储靶标点相关数据；

步骤三，计算天线变形后靶标点在副反射面坐标系下的坐标值；

步骤四，根据最佳拟合算法确定几何变换矩阵；

步骤五，计算副反射面位姿定位点的调整量；

步骤六，针对非主动主反射面天线，调整副反射面位姿，且在天线服役过程中重复上述过程；

步骤七，针对主动主反射面天线，计算主反射面促动器的调整量；

步骤八，调整主反射面和副反射面，且在天线服役过程中重复上述过程；

所述的步骤一，安装激光测量设备及选取副反射面位姿定位点是在副反射面背面安装激光测距系统，通过机构设计保证激光探头测量时可位于副反射面顶点位置，测量坐标系与副反射面坐标系重合，均记为O-xyz，其中O为坐标原点，位于副反射面顶点位置，O-z轴指向主反射面，且与口径面垂直；在副反射面上标定两个副反射面位姿定位点：O点和O-z轴上的D点，则点O和点D在O-xyz坐标系下的坐标可分别表示为(0,0,0)和(0,0,z_D)，其中z_D可根据点O和点D的距离确定；

所述的步骤二安装测量靶标点及存储靶标点相关数据包括如下过程：

若天线是非主动主反射面天线，则在面板顶点位置粘贴测量靶标点，若天线是主动主反射面天线，则在促动器与面板连接位置粘贴测量靶标点；根据理想天线设计参数，确定O-xyz坐标系下靶标点坐标(x_a,y_a,z_a)、球坐标靶标点法向单位向量其中，下标a表示第a个靶标点；

所述的步骤三，计算天线变形后靶标点在副反射面坐标系下的坐标值包括如下步骤：

(3a)利用激光测距系统依次测量各个反射面靶标点到副反射面O-xyz坐标系的原点的距离d′_a及与副反射面轴线的夹角θ′_a，其中上标“′”表示天线变形后的数据；

(3b)忽略反射面节点绕O-z轴的旋转位移，则反射面靶标点在副反射面O-xyz坐标系下的球坐标的方位角近似为即

(3c)根据下述公式计算天线变形后的反射面靶标点在副反射面O-xyz坐标系下的坐标值(x′_a,y′_a,z′_a)：

z′_a＝d′_acosθ′_a；

所述的步骤四，根据最佳拟合算法确定几何变换矩阵是根据步骤二中O-xyz坐标系下理想天线的靶标点坐标(x_a,y_a,z_a)，通过几何变换矩阵T，最佳逼近天线变形后的靶标点坐标(x′_a,y′_a,z′_a)，通过最佳逼近过程确定几何变换矩阵T，具体步骤如下：

(4a)将理想天线的靶标点坐标(x_a,y_a,z_a)扩展成四维坐标(x_a,y_a,z_a,1)，依次令a＝1,2,…A并写成矩阵形式V_ideal，具体为：

其中A为靶标点总数目；

(4b)将天线变形后的靶标点坐标(x′_a,y′_a,z′_a)扩展成四维坐标(x′_a,y′_a,z′_a,1)，依次令a＝1,2,…A并写成矩阵形式V′_distortion，具体为：

(4c)最佳逼近过程用方程V′_distortion≈V_idealT表示，求解该方程组得到几何变换矩阵T，具体为：

其中上标“Tr”表示矩阵的转置，符号(·)^-1表示矩阵的逆；

所述的步骤五，计算副反射面位姿定位点的调整量是根据步骤四中几何变换矩阵T确定副反射面位姿定位点O点和D点在天线变形后O-xyz坐标系下的坐标值，进而确定定位点O点和D点的调整量(Δx_O,Δy_O,Δz_O)和(Δx_D,Δy_D,Δz_D)，具体步骤如下：

(5a)将理想天线的副反射面位姿定位点O点和D点的坐标(0,0,0)和(0,0,z_D)分别扩展为四维坐标(0,0,0,1)和(0,0,z_D,1)；

(5b)按如下公式计算副反射面位姿定位点O点和D点在天线变形后O-xyz坐标系下的坐标值(x′_O,y′_O,z′_O)和(x′_D,y′_D,z′_D)：

其中表示取其前三维坐标数据；

(5c)按如下公式计算副反射面位姿定位点O点和D点的调整量(Δx_O,Δy_O,Δz_O)和(Δx_D,Δy_D,Δz_D)：

(Δx_O,Δy_O,Δz_O)＝(x′_O,y′_O,z′_O)-(0,0,0)＝(x′_O,y′_O,z′_O)，

(Δx_D,Δy_D,Δz_D)＝(x′_D,y′_D,z′_D)-(0,0,z_D)＝(x′_D,y′_D,z′_D-z_D)；

所述的步骤六，针对非主动主反射面天线，调整副反射面位姿，且在天线服役过程中重复上述过程是根据步骤五副反射面位姿定位点O点和D点的调整量调整副反射面的位置和姿态，使副反射面位于新的焦点位置，并在天线服役过程中不断重复步骤三到步骤六，实现非主动主反射面天线形面的实时调整；

所述的步骤七，针对主动主反射面天线，计算主反射面促动器的调整量是根据步骤四中几何变换矩阵T确定理想天线靶标点法向单位向量在天线变形后O-xyz坐标系下的单位向量进而确定主反射面促动器的调整量Δn_a，具体步骤如下：

(7a)按如下公式计算天线变形后O-xyz坐标系下的靶标点的单位向量

其中表示取矩阵T的前3行前3列数据；

(7b)按如下公式计算最佳拟合反射面的靶标点的坐标

其中为最佳拟合反射面的第a个靶标点的第四维坐标，其中a＝1,2,…A，提取矩阵V_f′_it中的前三列元素，得到最佳拟合反射面的靶标点的坐标

(7c)按如下公式计算主反射面促动器的调整量Δn_a：

其中norm[·]表示取向量的长度，·|_z表示取向量的z坐标分量，sign(·)为符号函数，Δn_a＞0表示促动器伸长，Δn_a＜0表示促动器收缩；

所述的步骤八，调整主反射面和副反射面,且在天线服役过程中重复上述过程是根据步骤七促动器调整量的计算结果调整主反射面的形状，同时根据步骤五副反射面位姿定位点O点和D点的调整量调整副反射面的位置和姿态，使副反射面与主反射面相匹配，并在天线服役过程中不断重复步骤三到步骤八，实现主动主反射面天线形面的实时调整。