[发明专利]一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法

说明书

本发明属于星载天线技术领域，涉及一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法。本发明通过对索网结构进行形态设计、对索单元材料类型选取进行编译、建立索网结构的有限元模型、计算温度影响下的节点位移、计算反射面的形面误差、判断当前温度是否满足终止条件、更新当前温度、计算温度区间内最大形面误差值、判断进化代数是否满足终止准则、进化种群个体、解译最大形面误差最小的个体和制作网状天线的索网结构十二个步骤，完成了网状天线的在轨热设计。本发明利用不同材料之间的互补特性，合理地选择索网结构中索单元的材料类型，降低了索网结构中反射面节点位移关于温度变化量的敏度，提高了索网结构的热稳定性，改善了温度区间内的形面精度。

技术领域

本发明属于星载天线技术领域，具体地涉及一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法。

背景技术

对于星载天线这样的精密结构来说，在完成高精度的设计之后，维持形面的稳定性是最重要的。一般来说，对于外界温度的变化，要求天线的形面不可以随着温度的变化出现较大的改变。然而，星载天线随着卫星的运动，将周期性地接受太阳和地球等物体的热辐射，往往要经历较大范围的高低温变化，并在结构中产生热应力和热变形。过大的热变形将直接影响到天线的电性能。有关资料表明，10m反射面天线最大热变形可达到12mm，反射面均方根误差值达到3.8mm，天线增益将因此减少1.5dB。

因此，为了保证网状反射面天线具有较高的热稳定性，对其进行空间环境下的热分析，以及以此而开展的热控制是十分必要的。

发明内容

本发明提供了一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法，目的在于提供一种能够解决网状天线在空间热环境下形面精度下降问题的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于遗传算法的网状天线在轨热设计方法，包括如下步骤：

步骤一：对索网结构进行形态设计

通过找形法得到索网结构形态，并得到在参考温度T₀下的索网结构的节点坐标、索单元的连接关系以及索单元的张力与长度；索网结构中任意相邻的两个节点之间为一根索单元；

步骤二：对索单元材料类型选取进行编译

选取不同的材料作为索单元的原材料，选取原材料的规则如下：

采用两种材料用于制作网状天线的索网结构，第一种材料的弹性模量、横截面积、热胀系数分别为E⁽¹⁾、A⁽¹⁾、α⁽¹⁾，第二种材料的弹性模量、横截面积、热胀系数分别为E⁽²⁾、A⁽²⁾、α⁽²⁾；当随机选用一种材料对索单元进行制作时，对任意一根索单元k，其材料属性表示为

其中，

假设星载天线的工作温度区间为T∈[T_min,T_max]，以步长ΔT将区间分为t个工况，即[T₁,T₂,…,T_t]；为了降低环境温度对网状天线形面精度的影响，以索单元材料类型为设计变量，以索单元张力为约束条件，以所有温度工况下对应的形面误差的最大值为优化目标，建立材料拓扑优化模型如下

其中，m为索单元的总数目，RMS(T)为在环境温度T下的形面误差，F_k为第k根索单元的张力；