[发明专利]基于最小二乘法的变形阵列天线电性能快速补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于最小二乘法的动态载荷下变形阵列天线电性能快速补偿方法，包括：1)根据阵列天线的几何模型参数和材料属性，建立结构有限元模型；2)根据动态载荷的频率分布范围选取天线模型的振型和固有频率；3)计算补偿激励电流；4)利用新的激励电流对变形阵列天线进行电性能补偿。本发明利用模态叠加法，基于最小二乘法将变形阵列天线的补偿激励电流直接与动态载荷相关联。对于确定的阵列天线，只要已知其服役环境中的动态载荷，就可以实现电性能的实时补偿。该方法可在不增加系统重量和复杂度的情况下，明显改善由外部环境动态载荷引起的天线电性能恶化；在与现有方法补偿效果相当的同时，大大提高补偿效率。确保在各种动态载荷环境中，变形阵列天线的电性能都能及时得到补偿而正常工作。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及基于最小二乘法的变形阵列天线电性能快速补偿方法。

背景技术

天线作为电磁波信号接收和发射的终端传感器，是传播无线电波必不可少的装置。阵列天线的辐射特性与一般的单元天线不同，它所形成的辐射场能量较为集中并且具有较强的指向性。因而具有可靠性高，功能多，探测和跟踪能力强以及隐身性能好等优势，已广泛应用于雷达、导航、电子对抗等领域中，并安装到机载、星载、车载等平台上。

天线阵面是无线电系统的核心结构部分，天线电性能在很大程度上依赖于其机械结构，天线阵面作为电磁信号传输的载体和边界条件，其位移场直接影响着电磁场在空间中的幅值和相位分布。各种平台在实际服役环境中不可避免地承受着风、气动、振动、冲击等动态载荷，导致工作中的阵列天线受力发生结构变形，引起电性能波动甚至恶化，影响天线在实际环境中的使用。阵列天线的电性能指标决定着平台的无线电系统的整体性能指标，为降低动态载荷下阵列天线结构变形对电性能的影响，确保无线电系统正常工作，需要对天线电性能进行实时补偿。

针对结构变形对天线电性能的影响问题，一种解决方法是降低外部载荷引起的结构变形，可通过提高天线结构的刚强度或者增加主动调节装置。但是这样会使系统的重量增加，复杂度提高，机动性和可靠性降低。另一种解决方法是通过结构变形信息调整辐射单元的激励幅相，实现对天线电性能的补偿，这样，在避开第一种解决方法缺点的同时有效地降低了结构变形对天线电性能的影响。这是一种有源补偿方法，如现有的最小二乘法。

然而，现有的最小二乘法需提前已知结构变形信息。如果仅已知阵列天线所承受的动态载荷，那么首先要对阵列天线在该动态载荷作用下进行结构瞬态分析，得到不同时刻下天线阵面的变形量，然后才能进行电性能补偿。由于结构分析较为耗时，电性能补偿也将滞后，这必然导致补偿效率较低。虽然也可以通过实时测量应变计算结构变形，但是测量装置会使系统的复杂度提高。因此现有补偿方法不利于实现动态载荷下变形阵列天线电性能的实时补偿。

发明内容

针对上述问题，本发明利用振型叠加法，基于最小二乘法，实现了动态载荷下变形阵列天线电性能的快速补偿，可用于解决仅已知动态载荷时现有的最小二乘法补偿效率低的问题，从而有利于实现动态载荷下变形阵列天线电性能的实时补偿。

实现本发明的技术解决方案是，根据阵列天线的几何模型参数和材料属性建立结构有限元模型，并对其进行模态分析；根据阵列天线的电磁工作参数，确定理想天线的电性能；将现有的最小二乘法中需要用到的结构变形用结构的各阶模态的线性组合替换，将新的激励电流表示成关于该线性组合系数的表达式；确定外部环境动态载荷，并对其进行频谱分析；根据模态分析和频谱分析结果，确定该表达式中的结构相关项；根据动态载荷计算出载荷相关项即该表达式中的线性组合系数；将结构相关项和载荷相关项代入新的激励电流计算表达式中求出新的激励电流；在新激励电流的工作下，变形阵列天线电性能便得到补偿。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于最小二乘法的动态载荷下变形阵列天线电性能快速补偿方法，包括如下过程：