[发明专利]一种面向有源相控阵天线的结构主模态确定方法

摘要

本发明公开了一种面向有源相控阵天线的结构主模态确定方法，包括：1)确定有源相控阵天线的参数，建立天线的有限元模型；2)通过模态分析得到天线固有频率、模态振型；3)天线载荷变形分析；4)计算天线结构模态对应的输出能量；5)根据能量精度要求对天线结构模态进行截断；6)求出截断后模态对应能量所占比重；7)建立截断后模态对应的状态空间方程；8)根据截断后模态的状态空间方程参数计算截断后模态所对应的传递函数的2范数；9)计算截断后模态的综合范数；10)将截断后模态的综合范数从大到小排列进行主模态选取，得到有源相控阵天线的结构主模态。本发明能够指导有源相控阵天线的动力学建模与指向控制，以保障天线服役性能。

主权项

1.一种面向有源相控阵天线的结构主模态确定方法，包括如下过程：(1)确定有源相控阵天线的结构参数及材料属性，使用ANSYS软件建立有源相控阵天线的有限元模型；(2)利用ANSYS软件对有源相控阵天线的有限元模型进行模态分析，并根据模态分析结果，提取包括天线固有频率w_i和其对应的模态振型的前100阶模态；(3)使用ANSYS软件对有源相控阵天线进行载荷变形分析，并根据载荷分析结果，提取有变形后有源相控阵天线各节点的位移z(t)；(4)结合有源相控阵天线的结构参数、步骤(3)求得的载荷作用下有源相控阵天线各节点的位移及步骤(2)求得的天线固有频率对应的模态振型，求出天线结构模态对应的输出能量；(5)结合能量精度要求，对有源相控阵天线的结构模态进行截断；(6)根据截断后模态所对应的能量，求得截断后模态对应能量所占比重；(7)建立截断后模态对应的状态空间方程；(8)根据截断后模态的状态空间方程参数，计算截断后模态所对应的传递函数的2范数；(9)结合截断后模态对应传递函数的2范数，以及截断后模态对应的能量所占比重，计算截断后模态的综合范数；(10)将截断后模态的综合范数按照从大到小进行排列，根据模态综合范数的数值要求进行主模态选取，得到有源相控阵天线的结构主模态；步骤(7)按如下过程进行：(7a)建立截断后第i阶模态对应的状态空间方程：y＝C_ix(t)式中，x(t)为状态向量；u(t)为天线受到的结构激励向量，天线受到的载荷f(t)等于天线受到的结构激励向量u(t)与输入矩阵B₀的乘积(f(t)＝B₀u(t))；y为要获得的天线节点的位移；A_i、B_i和C_i分别为第i阶模态振动方程对应的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵；(7b)选择状态空间方程的状态向量z_i(t)、为载荷作用下天线第i阶模态对应的节点位移和速度，则第i阶模态的状态空间方程参数，系统矩阵A_i、输入矩阵B_i、输出矩阵C_i分别表示为：式中，I为单位阵，w_i为第i阶模态对应的天线固有频率，ζ_i为第i阶模态的阻尼比系数；式中，是第i阶固有频率对应的模态振型，矩阵B₀是和天线所受载荷相关的输入矩阵；T为矩阵转置符号；B_mi为第i阶模态对应的模态输入矩阵；C_oq、C_ov分别指的是有源相控阵天线的位移输出矩阵和速度输出矩阵；C_mqi、C_mvi分别为第i阶模态对应的位移输出矩阵和速度输出矩阵。