專利名稱：：主動(dòng)反射面天線的電性能預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于雷達(dá)天線
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及天線的電性能預(yù)測(cè)方法，可用于指導(dǎo)主動(dòng)反射面天線的面板調(diào)整及電性能分析。
背景技術(shù)：
：面天線是通信、雷達(dá)以及射電天文等領(lǐng)域廣泛采用的天線形式。隨著技術(shù)的發(fā)展，反射面天線的口徑越來(lái)越大，頻段也越來(lái)越高。口徑越大，頻段越高反射面天線的優(yōu)點(diǎn)越突出。1946年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)建造了直徑為66.5米的固定式拋物面射電望遠(yuǎn)鏡；六十年代，美國(guó)在波多黎各阿雷西博鎮(zhèn)建造了直徑達(dá)305米的拋物面射電望遠(yuǎn)鏡；七十年代，聯(lián)邦德國(guó)在玻恩附近建造了100米直徑的全向轉(zhuǎn)動(dòng)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡；2000年，美國(guó)研制的100米單天線望遠(yuǎn)鏡投入使用。國(guó)內(nèi)最新立項(xiàng)的超大口徑反射面射電望遠(yuǎn)鏡口徑達(dá)到500米。同時(shí)頻率也更高，要求的面板加工精度也提高。2001年，美國(guó)和歐洲的毫米波陣計(jì)劃ALMA，有64個(gè)12米天線組成，工作頻率從70到950GHz。美國(guó)NASA的第二代空間VLBI計(jì)劃中，25米口徑的ARISE天線設(shè)計(jì)工作頻率86GHZ。八十年代俄羅斯(前蘇聯(lián))的空間VLBI計(jì)劃RadioAstron的天線口徑10米，最高工作頻率25.1GHz。日本預(yù)計(jì)于2012年發(fā)射的ASTRO-G的天線口徑9米，將在最高43GHz頻率工作。口徑增大使得加工制造的難度也增大，頻段增高時(shí)的天線表面的精度要求也提高，反過(guò)來(lái)又增加制造難度。為了降低大口徑天線的制造難度，對(duì)于口徑超過(guò)ioo米的反射面天線，可以考慮采用主動(dòng)反射面。所謂主動(dòng)反射面，即反射面在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。例如，對(duì)于國(guó)內(nèi)最新立項(xiàng)的500米超大口徑反射面射電望遠(yuǎn)鏡，其主反射面就由4000塊主動(dòng)面板組成，每個(gè)面板下面有一套伺服控制系統(tǒng)，可以調(diào)整面板的位置和姿態(tài)。這樣反射面的整體面精度被分解成單塊面板的加工精度和所有面板的安裝精度，并且安裝精度可以調(diào)節(jié)，這樣就比較容易達(dá)到要求的精度，同時(shí)降低了加工制造的難度。這樣的天線，在電性能分析上主要的問(wèn)題是，在實(shí)際工作中，天線的每塊面板不一定在標(biāo)準(zhǔn)的拋物面上，而是單塊離散的分布在標(biāo)準(zhǔn)拋物面附近，使得常規(guī)的解析解不再有效；同時(shí)口徑過(guò)大，又達(dá)到一定的工作頻段，通常的數(shù)值分析方法，例如有限元法、有限差分法、矩量法，使用上要求劃分網(wǎng)格邊長(zhǎng)為波長(zhǎng)的三分之一以下，導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)量過(guò)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了現(xiàn)在常用計(jì)算機(jī)的工作能力，而使用超級(jí)計(jì)算機(jī)的成本又太高。這類天線的電性能分析目前還存在一定的困難。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)難以預(yù)測(cè)主動(dòng)反射面天線電性能的問(wèn)題，提出了一種主動(dòng)反射面天線的電性能預(yù)測(cè)方法，以基于幾何光學(xué)法和四邊形單元高斯積分公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)反射面天線電性能的預(yù)測(cè)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，基于天線的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)和主動(dòng)面板的劃分情況，得到主動(dòng)面板的初始位姿；在單塊面板上選取采樣結(jié)點(diǎn)，計(jì)算結(jié)點(diǎn)的相位差；并合成單塊面板的相位差，最終合成天線反射面整體的相位差；計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布，繪制天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)的方向圖，并進(jìn)一步獲取天線的其他相關(guān)電參數(shù)。如電參數(shù)滿足要求，輸出電參數(shù)和單塊面板的位姿；否則通過(guò)主動(dòng)面板的伺服控制機(jī)構(gòu)調(diào)整單塊面板，并重復(fù)上述分析過(guò)程，直到電性能滿足要求。具體過(guò)程如下(1)根據(jù)天線的基本結(jié)構(gòu)，確定天線的口徑、焦徑比、工作頻率參數(shù)，同時(shí)得到主動(dòng)反射面板塊的分塊信息，并將該信息整理成固定格式的數(shù)據(jù)文件；(2)獲取每塊主動(dòng)反射面板的初始位置和姿態(tài)信息，并整理成固定格式的數(shù)據(jù)文件；(3)在每塊主動(dòng)反射面板上選取N個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)，利用面板的初始位姿信息，計(jì)算這些結(jié)點(diǎn)的Z向位移，求取每個(gè)結(jié)點(diǎn)的相位差，并將所有結(jié)點(diǎn)的相位差合成該單塊反射面板的總相位差；(4)將單塊主動(dòng)反射面板的總相位差合成天線反射面整體的相位誤差；(5)依據(jù)每個(gè)主動(dòng)反射面板的相位誤差和天線口徑面場(chǎng)振幅分布，計(jì)算天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)值，并繪制方向圖，得到相關(guān)電參數(shù)；(6)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷計(jì)算出的天線電參數(shù)是否滿足要求，如果滿足要求則輸出天線電性能參數(shù)和主動(dòng)反射面板的位姿信息；否則，通過(guò)主動(dòng)反射面板的伺服控制機(jī)構(gòu)調(diào)整面板位姿，并重復(fù)步驟(2)至步驟(5)，直至滿足要求。本發(fā)明由于將面板的調(diào)整量通過(guò)光程差引入到天線口徑面的相位誤差中，使天線結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與電磁場(chǎng)緊密聯(lián)系，從而避免了僅使用主動(dòng)面板精度來(lái)判斷天線性能的不足，因而實(shí)現(xiàn)了天線的機(jī)電綜合分析；同時(shí)由于構(gòu)造并使用四邊形單元的高斯積分公式，因而可以通過(guò)選取計(jì)算結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電性能的預(yù)測(cè)，避免了現(xiàn)有技術(shù)采用劃分網(wǎng)格造成計(jì)算規(guī)模過(guò)大的問(wèn)題，提高了天線電性能計(jì)算的精度與速度，并且能夠分析不同頻段的天線電性能，有很好的適用性。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)反射面板調(diào)整時(shí)的實(shí)時(shí)電性能預(yù)測(cè)，使得天線的主動(dòng)面板調(diào)整更有目的性，并可實(shí)時(shí)分析。圖1是本發(fā)明主動(dòng)反射面天線電性能預(yù)測(cè)流程圖；圖2是本發(fā)明計(jì)算單塊面板相位差流程圖；圖3是本發(fā)明計(jì)算反射面天線電參數(shù)流程圖；圖4是主動(dòng)反射面天線面板劃分示意圖；圖5是四邊形面積坐標(biāo)示意圖；圖6是四邊形面積坐標(biāo)參數(shù)gl示意圖；圖7是四邊形面積坐標(biāo)參數(shù)g2示意圖；圖8是反射面天線的變量示意圖；圖9是主動(dòng)反射面天線的外環(huán)調(diào)整示意圖；圖IO是主動(dòng)反射面天線的內(nèi)環(huán)調(diào)整示意圖；圖11是主動(dòng)反射面天線外環(huán)調(diào)整的方向圖對(duì)比圖；圖12是主動(dòng)反射面天線內(nèi)環(huán)調(diào)整的方向圖對(duì)比圖。具體實(shí)施例方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的具體步驟如下步驟l，確定主動(dòng)面板的分塊信息。l丄獲取天線口徑D、焦距/、工作頻率Ae《，以及天線主動(dòng)反射面的面板劃分信息。后者包括面板的數(shù)目和編號(hào)，每塊面板的四個(gè)頂點(diǎn)編號(hào)Q(A，A，A，A)，Q表示地/塊面板，t'豕1^2，…，AT，一共有W塊面板，(A，P2,P3，P4)表示四個(gè)頂點(diǎn)的編號(hào)，不同面板上的編號(hào)可能重復(fù)，同一塊面板上的編號(hào)也可能重復(fù)，即由四邊形退化為三角形，如圖4所示的內(nèi)圈面板。圖4中的主動(dòng)反射面天線由96塊面板組成，徑向4等分，周向24等分，外面三圈面板均為等腰梯形，內(nèi)圈為等腰三角形，也可看作頂邊退化的等腰梯形。1.2.將上述天線主動(dòng)反射面的劃分信息按照面板編號(hào)的順序整理成固定格式的數(shù)據(jù)文件。步驟2，獲取單塊面板的初始位姿。2丄根據(jù)工程應(yīng)用的實(shí)際情況，初始的面板位姿可以通過(guò)測(cè)量得到，也可以通過(guò)前一次的面板調(diào)整量計(jì)算得到。具體的位姿信息是每塊面板的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>A)，其中(、，乂，4)分別是頂點(diǎn)在直角坐標(biāo)系下x，y，z三個(gè)方向的坐標(biāo)，這里的i-l，2,3，4，總共有四個(gè)頂點(diǎn)。2.2.將上述的面板位姿信息按照頂點(diǎn)坐標(biāo)編號(hào)的順序整理成固定格式的數(shù)據(jù)文件。步驟3，計(jì)算單塊面板的相位差。由于單塊面板面積較大，其上面的相位誤差不可能用一個(gè)值代替，故在獲取面板劃分和初始位姿的數(shù)據(jù)文件的基礎(chǔ)上，需要在每一個(gè)主動(dòng)面板上選取一系列的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，用這些結(jié)點(diǎn)的相位差綜合表示單塊面板上的相位誤差。參照?qǐng)D2，計(jì)算單塊面板的相位差的具體步驟如下3.1確定單塊面板上計(jì)算結(jié)點(diǎn)的數(shù)目。將主動(dòng)面板投影到口徑面所在的平面，即xoy平面，分別確定;c,y方向結(jié)點(diǎn)的數(shù)目為W，m，則總的結(jié)點(diǎn)數(shù)目為iV-nx/n;在普通Gauss積分表中，分別查表得到^y方向結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)a,，A，其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>，i]區(qū)間內(nèi)，貝(jn個(gè)結(jié)點(diǎn)分布在[-l，l]區(qū)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)矩形中；3.2構(gòu)建四邊形單元的高斯積分公式。參照?qǐng)D5，四邊形單元ABCD內(nèi)一點(diǎn)N,使用面積坐標(biāo)表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>，S是四邊形單元ABCD的tb53面積，S1,S2,S3,S4分別是小三角形ABN、BCN、CDN和DAN的面積。同時(shí)定義兩個(gè)無(wú)量綱參數(shù)^，^2作為形狀特征參數(shù)，gi-S5/S，如圖6所示。圖6中S5為三角形ABC的面積，g2=S6/S，如圖7所示。圖7中S6為三角形BCD的面積，S為四邊形ABCD的面積，對(duì)于梯形單元，g2由于在反射面天線工程中，天線面板的劃分通常是梯形的，如圖5所示，此時(shí)四邊形單元滿足^-^-g?？梢詫⑺倪呅螁卧鳛檎w，直接寫出積分式(1)的積分區(qū)域<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(A，Z^)是面積坐標(biāo)，S為四邊形單元面積，考慮單位微元^S-2SdL^丄2，并根據(jù)四邊形面積坐標(biāo)的關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>將(2)式代入(1)式得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(3)利用任意區(qū)間的高斯積分公式，轉(zhuǎn)換(3)式，即可得到四邊形單元中梯形單元的高斯積分公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(4)其中，S是四邊形單元的面積，w是積分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的系數(shù)，t-l,2，…，"xm。3.3映射結(jié)點(diǎn)至實(shí)際主動(dòng)反射面板所在的區(qū)域，求取其面積坐標(biāo)(A,A,A,、)。實(shí)際的主動(dòng)面板不是上面的標(biāo)準(zhǔn)矩形，一般是近似認(rèn)為是等腰梯形。故引入四邊形單元的面積坐標(biāo)將標(biāo)準(zhǔn)矩形中的點(diǎn)映射到主動(dòng)面板的梯形中。已知結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)a,.，y^，利用下面的公式，求取結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的面積坐標(biāo)，并寫成矩陣的形式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(5)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(6)其中，(A乂2)是面積坐標(biāo)的一部分，為標(biāo)準(zhǔn)Gauss積分公式中的高斯點(diǎn)，!'=l~"，_/=l~m，a，/方向的高斯點(diǎn)數(shù)目分別為《，附。^-l，2,…，W,同時(shí)利用四邊形單元面積坐標(biāo)的關(guān)系式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(7)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(8)即可求取結(jié)點(diǎn)面積坐標(biāo)的四個(gè)分量(A，^,A，A)。3.4求取結(jié)點(diǎn)的直角坐標(biāo).("，Ly)利用主動(dòng)面板單元四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)(A,3VX2,y2，義3，y3,A;4，y4;)，通過(guò)四邊形單元面積坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化公式，將結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)形式由面積坐標(biāo)(A,A，丄3，；)轉(zhuǎn)化到直角坐標(biāo)("丄y)。l一gi(9)Ly=-(-W+)+;y3l-g其中&=x2;y3-a)^,"=y2-h，q-a，其余系數(shù)的含義同前面的敘述。對(duì)i按照l(shuí)，2，3，4進(jìn)行循環(huán)，可以得到其余的fl,.A,c,.。3.5求取面板的平面方程。利用主動(dòng)面板四個(gè)頂點(diǎn)中任意三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)三點(diǎn)式平面方程公式，即可獲取該面板的平面方程義一義1y一)71Z—2^義2一乂1:V2一hZ2-Zl0(10)其中，(A，h，x2，;v2，A，3;3)是主動(dòng)面板四個(gè)頂點(diǎn)中任意三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。3.6求取結(jié)點(diǎn)的Z向位移AZ。利用結(jié)點(diǎn)的二維直角坐標(biāo)(",130，在上面的平面方程(10)中插值，求取該結(jié)點(diǎn)的Z向坐標(biāo)k;再利用拋物面方程jc2+y2=4/z，求取設(shè)計(jì)拋物面的Z向坐標(biāo)Z'，式中f為拋物面的焦距，結(jié)點(diǎn)Z向位移AZ用下式計(jì)算AZ-Lz-Z'(11)3.7求取結(jié)點(diǎn)的相位差3。依據(jù)各節(jié)點(diǎn)的Z向位移AZ,計(jì)算各節(jié)點(diǎn)在口徑面引起的相位誤差34冗3=——AZcosg(12)義其中A為天線工作波長(zhǎng)，tang=yo'/2/，,為節(jié)點(diǎn)在口徑面的對(duì)應(yīng)半徑，/為焦距，相關(guān)的變量，如圖8所示。該圖8示意了反射面天線分析時(shí)使用的坐標(biāo)系及常用變量，左側(cè)拋物線示意反射面天線的截面，原點(diǎn)O為焦點(diǎn)，r'為原點(diǎn)到反射面的距離，g為r'與Z軸的夾角，焦點(diǎn)所在的AT平面內(nèi)的圓為反射面的投影面，投影面上0'表示極坐標(biāo)角度，；0'表示極坐標(biāo)半徑，p為無(wú)窮遠(yuǎn)處的觀察點(diǎn)，^為原點(diǎn)到觀察點(diǎn)的距離，r與Z軸的夾角為0。3.8合成單塊面板的相位差。將各個(gè)結(jié)點(diǎn)的相位差d,按照節(jié)點(diǎn)編號(hào)的順序存儲(chǔ)成"x/n矩陣的形式，該矩陣即表示該單塊面板的相位差。步驟4，計(jì)算天線反射面整體的相位誤差將各單塊面板的相位差，按照面板編號(hào)的順序存儲(chǔ)成矩陣的形式，該矩陣即表示該天線反射面整體的相位差。步驟5，計(jì)算天線相關(guān)的電性能參數(shù)。參照?qǐng)D3，計(jì)算天線相關(guān)的電性能參數(shù)過(guò)程如下5.1計(jì)算口徑場(chǎng)振幅分布Q(yO')為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(13)其中，5+C-l是口徑場(chǎng)照射電平的參數(shù)，a為反射面半徑，P為口徑場(chǎng)分布參數(shù)，用來(lái)控制口徑場(chǎng)分布的形狀；5.2根據(jù)上述口徑場(chǎng)振幅分布和相位分布參數(shù)，通過(guò)口徑分布的變換公式計(jì)算電場(chǎng)分布(14)其中E表示無(wú)限遠(yuǎn)處某點(diǎn)的場(chǎng)值，e^表示反射面變形導(dǎo)致的相位差異，r是遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)某點(diǎn)的距離矢量，fc-2^介eg/c，c為光速，A表示積分區(qū)域，即整個(gè)口徑面。5.3使用四邊形單元高斯積分公式對(duì)式(14)進(jìn)行離散化處理，以計(jì)算天線的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中，M為主動(dòng)面板的總數(shù)，N為單塊面板上的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，/=l，2,"',iV,.表示第_/塊主動(dòng)面板的面積，w,.表示相應(yīng)的數(shù)值積分系數(shù)，其余符號(hào)含義同上所述。5.4計(jì)算數(shù)值積分系數(shù)^，針對(duì)單塊主動(dòng)面板上的N個(gè)結(jié)點(diǎn)，利用數(shù)值積分系數(shù)計(jì)算公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>得到每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值積分系數(shù)，這里同樣表示為一個(gè)wxm的矩陣的形式。其中4，4分別表示兩個(gè)方向上標(biāo)準(zhǔn)高斯積分公式中的權(quán)值，査高斯積分表可得。其余各個(gè)符號(hào)的含義同上所述。5.5計(jì)算單塊面板的面積A.。利用主動(dòng)面板單元的四個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)(A，h，;^,:y2，A:3，:^，:^,:^)計(jì)算其面積；將四邊形單元拆分成兩個(gè)三角形單元，利用三角形單元的面積計(jì)算公式計(jì)算面積<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中，P為三角形半周長(zhǎng)，K,/2，/3)分別為三角形三邊的長(zhǎng)度。易于求出單塊面板的面積^。5.6依據(jù)計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布，并依據(jù)分布繪制天線的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)方向圖。所有參數(shù)都求出以后，直接累加求和計(jì)算(15)式，得出遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域某點(diǎn)的場(chǎng)值；重復(fù)計(jì)算過(guò)程，可以得出遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域某個(gè)具體范圍內(nèi)的所有點(diǎn)的場(chǎng)值，將場(chǎng)值取對(duì)數(shù)，并繪制在坐標(biāo)系中，即可得到遠(yuǎn)場(chǎng)某區(qū)域范圍的方向圖。5.7從方向圖中得到天線的增益、副瓣電平和波瓣寬度等電性能參數(shù)。方向圖中可以讀取出天線增益和波瓣寬度等電性能參數(shù)，對(duì)原方向圖歸一化，可得歸一化方向圖，其中可以讀取副瓣電平。至于其他的電參數(shù)，如效率等，在已有場(chǎng)值的基礎(chǔ)上通過(guò)相應(yīng)的處理即可得到。步驟6，根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷計(jì)算出的天線電參數(shù)是否滿足要求，如果滿足要求則輸出天線電性能和主動(dòng)面板的位姿；否則，通過(guò)主動(dòng)面板的伺服控制系統(tǒng)調(diào)整面板的位置姿態(tài)，并重復(fù)步驟2至步驟5，直至天線電參數(shù)滿足要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)以下仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明1.仿真條件采用口徑為3米、焦距為1.5米、工作頻率為0.5GHz的反射面天線，整個(gè)反射面由96塊不同的面板組成，如圖4所示。每塊面板可以單獨(dú)調(diào)整，設(shè)置不同的調(diào)整量，模擬主動(dòng)反射面板的調(diào)整。仿真兩種情況的主動(dòng)反射面板調(diào)整后的天線電性能，一種是對(duì)如圖9和圖10所示的不同位置的面板調(diào)整，另一種是相同位置的不同調(diào)整量的面板調(diào)整。2.仿真結(jié)果如圖9所示位置的面板調(diào)整，采用兩種調(diào)整量，變形i的調(diào)整量為o.oi;i，變形2的調(diào)整量為0.07;i;如圖IO所示位置的面板調(diào)整，調(diào)整量為0.04;t，稱為變形3。調(diào)整量都只有z方向的位移調(diào)整。天線面板調(diào)整量為o時(shí)稱為未變形。仿真結(jié)果如圖11和圖12所示，仿真數(shù)據(jù)如表l所示。表l變形情況增益(dB)副瓣電平(dB)主瓣寬度(度)變形122.2801-25.516113.12變形222.2668-24.426513.12變形322.2251-22.870313.19未變形22.3015-24.581413.16圖11中，實(shí)線為未變形時(shí)即天線主動(dòng)面板調(diào)整量為零時(shí)的方向圖，虛線為變形2的天線方向圖，點(diǎn)線為變形l的天線方向圖。圖12中，實(shí)線為未變形時(shí)天線方向圖，虛線為變形3的天線方向圖，點(diǎn)線為變形l的天線方向圖。由圖ll可見(jiàn)天線相同位置不同調(diào)整量的面板調(diào)整，方向圖有一定的變化，且變化大程度不同；由圖12可見(jiàn)天線不同位置面板調(diào)整時(shí)，方向圖也有一定的變化，越靠近天線中心的面板調(diào)整對(duì)電性能的改變?cè)酱蟆w一化方向圖中的變化主要體現(xiàn)在副瓣電平的升高方面。但有表1可見(jiàn)，其實(shí)增益和主瓣寬度也會(huì)有不同程度的變化。上述仿真數(shù)值試驗(yàn)證明，采用本發(fā)明可有效分析分塊的主動(dòng)反射面天線的電性能。權(quán)利要求1.一種主動(dòng)反射面天線的電性能預(yù)測(cè)方法，包括如下過(guò)程(1)根據(jù)天線的基本結(jié)構(gòu)，確定天線的口徑、焦徑比、工作頻率參數(shù)，同時(shí)得到主動(dòng)反射面板塊的分塊信息，并將該信息整理成固定格式的數(shù)據(jù)文件；(2)獲取每塊主動(dòng)反射面板的初始位置和姿態(tài)信息，并整理成固定格式的數(shù)據(jù)文件；(3)在每塊主動(dòng)反射面板上選取N個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)，利用面板的初始位姿信息，計(jì)算這些結(jié)點(diǎn)的Z向位移，求取每個(gè)結(jié)點(diǎn)的相位差，并將所有結(jié)點(diǎn)的相位差合成該單塊反射面板的總相位差；(4)將單塊主動(dòng)反射面板的總相位差合成天線反射面整體的相位誤差；(5)依據(jù)每個(gè)主動(dòng)反射面板的相位誤差和天線口徑面場(chǎng)振幅分布，計(jì)算天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)值，并繪制方向圖，得到相關(guān)電參數(shù)；(6)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷計(jì)算出的天線電參數(shù)是否滿足要求，如果滿足要求則輸出天線電性能參數(shù)和主動(dòng)反射面板的位姿信息；否則，通過(guò)主動(dòng)反射面板的伺服控制機(jī)構(gòu)調(diào)整面板位姿，并重復(fù)步驟(2)至步驟(5)，直至滿足要求。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)反射面天線電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(3)按如下過(guò)程進(jìn)行(3a)根據(jù)主動(dòng)反射面板的尺寸和數(shù)值實(shí)驗(yàn)，確定單塊面板上計(jì)算結(jié)點(diǎn)的數(shù)目N，100>N>24，通過(guò)査Gauss積分表得到N個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)在的[-l，l]區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)矩形中二維坐標(biāo)；(3b)將標(biāo)準(zhǔn)矩形中的N個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)映射到實(shí)際的主動(dòng)反射面板的四邊形單元中，通過(guò)坐標(biāo)變換得到N個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)在主動(dòng)反射面板上的四邊形面積坐標(biāo)；(3c)利用主動(dòng)反射面板位姿信息中包含的每塊面板的四個(gè)頂點(diǎn)的直角坐標(biāo)，通過(guò)面積坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化公式，求出N個(gè)結(jié)點(diǎn)的直角坐標(biāo)；(3d)利用四邊形主動(dòng)反射面板的頂點(diǎn)直角坐標(biāo)，結(jié)合三點(diǎn)式平面方程公式，求取該主動(dòng)面板所在平面的平面方程；(3e)利用結(jié)點(diǎn)的二維直角坐標(biāo)在該節(jié)點(diǎn)所在面板的平面方程中插值，求出該結(jié)點(diǎn)的z坐標(biāo)，同時(shí)利用拋物面公式，求取原始的Z坐標(biāo)，兩者之差即為結(jié)點(diǎn)的Z向位移；(3f)依據(jù)相位差公式3=AZcos2(g/2)4;r/yl，求取結(jié)點(diǎn)上的相位差，式中義是天線的工作波長(zhǎng)，g為該積分點(diǎn)與反射面焦點(diǎn)的連線與z軸的夾角，AZ為積分點(diǎn)變形前后的Z向位移；(3g)將各個(gè)結(jié)點(diǎn)的相位差，按照節(jié)點(diǎn)編號(hào)順序存儲(chǔ)成矩陣的形式，以表示單塊面板的相位差。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)反射面天線電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(5)，按如下過(guò)程進(jìn)行(5a)依據(jù)如下公式計(jì)算天線口徑場(chǎng)振幅分布Q(p'):<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>式中，B+C-l是口徑場(chǎng)照射電平的參數(shù)，P為口徑場(chǎng)分布參數(shù)，fl為反射面半徑，yO'為節(jié)點(diǎn)在口徑面的對(duì)應(yīng)半徑；(5b)根據(jù)天線口徑場(chǎng)振幅分布和天線反射面整體的相位誤差，通過(guò)口徑分布的變換公式計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>其中fi表示無(wú)限遠(yuǎn)處某點(diǎn)的場(chǎng)值，e^表示整個(gè)反射面變形導(dǎo)致的相位誤差，r是遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)某點(diǎn)的距離矢量，fc=2^#^/c，c為光速，介eq為天線工作頻率，S表示積分區(qū)域，即整個(gè)口徑面；4.<image>imageseeoriginaldocumentpage3</image>(5C)利用構(gòu)建的四邊形單元的高斯數(shù)值積分公式，對(duì)天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)公式離散為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>其中，M為主動(dòng)面板的總數(shù)，J'-1，2，…，M,N為單塊面板上的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，z'-l,2，…，iV，^表示第j'塊主動(dòng)面板的面積，q表示相應(yīng)的數(shù)值積分系數(shù)，其余符號(hào)含義同上所述。(5d)通過(guò)查高斯積分表，得到標(biāo)準(zhǔn)的高斯積分系數(shù)，再通過(guò)轉(zhuǎn)換公式得到單塊主動(dòng)面板上結(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)系數(shù)^;(5e)利用主動(dòng)面板單元的四個(gè)頂點(diǎn)直角坐標(biāo)，將四邊形單元拆分成兩個(gè)三角形單元，利用三角形單元的面積計(jì)算公式，計(jì)算單塊主動(dòng)面板的面積^;(5f)依據(jù)天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布，計(jì)算得出遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域某點(diǎn)的場(chǎng)值；重復(fù)計(jì)算過(guò)程，可以得出遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域某個(gè)具體范圍內(nèi)的所有點(diǎn)的場(chǎng)值，并繪制出方向圖；(5g)從方向圖得到天線的增益、副瓣電平、波瓣寬度及其它重要的電性能參數(shù)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動(dòng)反射面天線電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(5c)所述的構(gòu)建四邊形單元的高斯數(shù)值積分公式，按照如下步驟進(jìn)行5C-1將四邊形單元作為整體，積分式為直接寫出積分式的積分區(qū)域<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，S為四邊形單元面積，(A,A,A,Z^是面積坐標(biāo)，g是面積坐標(biāo)參數(shù)；5c-2考慮單位微元^S-2Sd^rfi^，并根據(jù)四邊形面積坐標(biāo)的關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>則積分式可以寫成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>5c-3利用任意區(qū)間的高斯積分公式，轉(zhuǎn)化積分式即得到如下的四邊形單元中梯形單元的高斯積分公式幺其中，S是四邊形單元的面積，cw是積分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動(dòng)反射面天線電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(3b)所述的求取計(jì)算節(jié)點(diǎn)的四邊形面積坐標(biāo)，利用下式求取<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中，(LpZj是面積坐標(biāo)的一部分，C^,y^為標(biāo)準(zhǔn)Gauss積分公式中的高斯點(diǎn)，/=l~",_/=l~mA=l~"x/n，査高斯積分表可得，a，P方向的高斯點(diǎn)數(shù)目分別為打，m。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動(dòng)反射面天線電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(5d)通過(guò)轉(zhuǎn)換公式得到單塊主動(dòng)面板上結(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)系數(shù)W，利用下式求取hL々[(i+(2",'[化其中，4，4分別表示a，yg方向上標(biāo)準(zhǔn)高斯積分公式中的權(quán)值，Z=l~w,_/=l~w,A:=l~"xm，査高斯積分表可得，g是四邊形單元面積坐標(biāo)的參數(shù)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種主動(dòng)反射面天線的電性能預(yù)測(cè)方法，主要解決在主動(dòng)反射面天線面板調(diào)整時(shí)難以預(yù)測(cè)電性能的問(wèn)題。其過(guò)程是基于天線的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)和主動(dòng)面板的劃分情況，得到主動(dòng)面板的初始位姿；在單塊面板上選取采樣結(jié)點(diǎn)，計(jì)算結(jié)點(diǎn)的相位差，合成單塊面板的相位差，最終合成天線反射面整體的相位差；利用四邊形單元高斯積分公式計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布，并獲取天線的方向圖和相關(guān)電參數(shù)；判斷電參數(shù)是否滿足天線設(shè)計(jì)要求，對(duì)滿足要求的輸出電參數(shù)和單塊面板的位姿信息，否則調(diào)整主動(dòng)面板，并重復(fù)上述分析過(guò)程，直到電性能滿足要求。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明適用對(duì)不同頻段天線的電性能預(yù)測(cè)，可用于指導(dǎo)主動(dòng)反射面天線的面板調(diào)整及電性能分析。文檔編號(hào)G01R29/10GK101308177SQ20081015030公開(kāi)日2008年11月19日申請(qǐng)日期2008年7月11日優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日發(fā)明者周金柱,祥季,宋立偉,鵬李,李華平,杜李剛,段寶巖,偉王,王從思,飛鄭申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)