[发明专利]一种可形变表面束缚的共形阵列单元的延迟构造方法

说明书

本发明涉及一种可形变表面束缚的共形阵列单元的延迟构造方法。依赖力热仿真软件，建立变形前网格与变形后网格的一一对应关系，并且构建天线阵底板形变(控制天线阵的形变)的整个过程。如此，就可以使力热仿真与电磁仿真完全解耦。由此，本发明即给出了一种能够在给定表面形变前后状态条件下，输入不同形变前表面上任意共形阵列，输出形变后阵列单元位置和姿态的一种计算方法。这种方法可以进行一次结构力学计算(单个力学工况条件)，即可对不同初始布局进行电磁分析，大大提高了分析此类问题的仿真设计、优化共形阵列布局的计算效率。

技术领域

本发明涉及一种可形变表面束缚的共形阵列单元的延迟构造方法，属于仿真建模技术领域。

背景技术

表面共形阵列是一种低可探测(雷达波散射较弱)、高性能、多功能的新型阵列天线。但是由于背景平台无大型的外部天线罩保护，且单元通常锚定在表面上，所以，如果曲面结构因为外力等因素发生形变，天线阵列的性能将随着表面的形变而发生变化，某些情况下这个变化对其应用的影响很大。所以，在电磁仿真表面共形阵列天线的辐射特性时，往往需要考虑背景表面的形变的影响。通常情况下人们会使用结构力学和电磁仿真进行联合多物理场分析，先计算出整个结构形变，然后再计算阵列天线形变后的电磁辐射特性。

如前文所述，共形天线往往在受力形变下进行工作，所以，真实的工作状态存在一定不确定度，这对阵列的初始铺设设计和优化提出巨大的挑战。如果进行如图1所示的传统的“力热+电磁”联合仿真，首先，需要先在没有形变时进行天线阵铺设(依靠“某个确定规则”，例如：建立局域正交坐标系，单元的法向方向取为曲面局部的法向，在局部正交坐标系取一定间隔距离，放置一个单元)，然后再进行力学/热仿真获得变形后的天线阵，再进行变形后的天线阵性能仿真。但是，如果变形状态下电磁性能不达标，则需要返回初始状态进行重新铺设(仍然在原来规则允许的范围内)，再做力热仿真以获得形变，最后做电磁仿真，看看是否能达标…如此来回反复迭代，效率将极其低下。因为很难从天线阵初始铺设状态直接预估最终工作状态(因为受力热影响)，只能逐步逼近。这样不仅仅效率低下，且容易出现各种操作问题和数据转换问题。如果“在形变之后”的表面直接进行铺设布局(仍依据原来的“某个确定规则”)阵列天线，这样虽然避免了重复迭代的力热仿真过程，但是，这样铺设的阵列与实际变形后阵列差别很大(单元在表面的方向、间距和相对姿态都可能不同)。因为真实形变后的阵列排布实际上是不满足先前的铺设规则的(例如：单元不再沿着局部法向方向)。而且，这样的差别是无法用简单的数学表达式表示的。所以，这种在变形后的曲面上直接铺设的方法不具有可操作性，即使强行操作，误差也将是很大的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：共形天线往往在受力形变下进行工作，所以其真实工作状态具有不确定性，由此使得利用传统的“力热+电磁”联合仿真方法进行共形阵列的初始铺设设计和优化时，需要进行来回反复迭代，效率极其低下。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种可形变表面束缚的共形阵列单元的延迟构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获得形变前有限单元模型的拓扑数据结构，该拓扑数据结构包括所述有限单元模型所包含的所有单元所关联的所有节点的节点坐标；

步骤2、对有限单元模型进行结构力学仿真后，获得每个锚点的位移数据；

步骤3、获得每个锚点的一个3x3变换矩阵和一个3维位移向量，包括以下步骤：

步骤301、依据当前锚点的位移数据判断当前锚点在所有单元外还是在所有单元内，若当前锚点在所有单元外，则进入步骤302，若当前锚点在某个单元内，则进入步骤303；