一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，包括:假設(shè)在網(wǎng)狀天線的前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上均勻布置有多個(gè)卸載氣球，確定當(dāng)網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的氣體數(shù)量No；設(shè)置No個(gè)氣球中每個(gè)氣球的實(shí)際浮力值fc''，使得當(dāng)將該No個(gè)氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上時(shí)，測(cè)量到的該網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差的值為零；以及將浮力值為fc''的No個(gè)氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的卸載。根據(jù)本發(fā)明的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，可以在地面上比較準(zhǔn)確地模擬反射面在零重力環(huán)境下的狀態(tài)，并且有助于大型環(huán)形天線的順利展開。
【專利說明】一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大型網(wǎng)狀天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，為大型網(wǎng)狀天線在地面上準(zhǔn)確測(cè)量型面誤差以及大型網(wǎng)狀天線的順利展開提供了一種途徑。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)衛(wèi)星有效載荷技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)5米以上口徑的大型高精度環(huán)形天線的需求日益明顯。環(huán)形天線反射器由環(huán)形可展開桁架1、前張力網(wǎng)2、金屬網(wǎng)3、后張力網(wǎng)4、張力陣5五部分組成，如圖1所示。金屬網(wǎng)3作為天線的反射面，具有嚴(yán)格的型面精度要求，而前張力網(wǎng)2和張力陣5為金屬網(wǎng)3的型面保持提供支撐。
[0003]為了在地面上測(cè)試金屬網(wǎng)在空間中的型面精度，傳統(tǒng)方法采用理論計(jì)算的方式或者CupUp-CupDown的測(cè)試方法來抵消重力對(duì)金屬網(wǎng)的影響。理論計(jì)算的方式要求對(duì)大型網(wǎng)狀天線準(zhǔn)確建模，并且需要準(zhǔn)確輸入大型網(wǎng)狀天線的邊界條件，而國(guó)內(nèi)目前很難對(duì)大型網(wǎng)狀天線進(jìn)行準(zhǔn)確建模，因此基本都采用CupUp-CupDown的方式。CupUp-CupDown是一種半實(shí)驗(yàn)半理論的方式，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量大型網(wǎng)狀天線在CupUp和CupDown兩種姿態(tài)下的型面誤差，并通過這兩種姿態(tài)下的型面誤差，根據(jù)線性關(guān)系推算大型網(wǎng)狀天線在空間零重力環(huán)境下的型面誤差。然而，對(duì)于非對(duì)稱網(wǎng)面的大型網(wǎng)狀天線，CupUp和CupDown兩種姿態(tài)下的型面狀態(tài)與空間中的型面狀態(tài)的關(guān)系是非線性的，因此CupUp-CupDown這種方式計(jì)算的結(jié)果并不準(zhǔn)確。同時(shí)，對(duì)于口徑為20米以上的大型環(huán)形網(wǎng)狀天線，環(huán)形天線在展開的過程中就需要對(duì)網(wǎng)面進(jìn)行卸載，否則環(huán)形天線很難順利展開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，以實(shí)現(xiàn)在地面上準(zhǔn)確模擬網(wǎng)面在零重力環(huán)境下的型面狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)在地面上對(duì)大型網(wǎng)狀天線的網(wǎng)面進(jìn)行準(zhǔn)確卸載。
[0005]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，根據(jù)力密度方法，設(shè)計(jì)出大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面型面誤差與網(wǎng)面卸載力的目標(biāo)函數(shù)；由于卸載氣球必須均勻分布在前張力網(wǎng)上，可以利用暴力搜索法通過目標(biāo)函數(shù)得出氣球在網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的最優(yōu)分布以及卸載氣球的理論浮力值；然后根據(jù)得到的卸載氣球最優(yōu)分布以及理論浮力值，采用步進(jìn)法逐步改變每個(gè)卸載氣球的浮力值，并實(shí)際測(cè)量該浮力值下的網(wǎng)狀天線網(wǎng)面型面誤差；通過氣球浮力值與網(wǎng)面型面誤差的曲線擬合，可以計(jì)算出大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載氣球的實(shí)際浮力值。
[0006]根據(jù)上面得到的卸載氣球的分布情況和實(shí)際浮力值，就可以對(duì)大型網(wǎng)狀天線的網(wǎng)面進(jìn)行充分卸載，可以在地面上準(zhǔn)確地模擬網(wǎng)面在零重力環(huán)境下的型面狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案包括:
[0008](I)假設(shè)在網(wǎng)狀天線的前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上均勻布置有多個(gè)卸載氣球，確定當(dāng)網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的氣體數(shù)量N。，其中，N。為大于等于3的正整數(shù)；[0009](2)設(shè)置N。個(gè)氣球中每個(gè)氣球的實(shí)際浮力值f?！?’，使得當(dāng)將該N。個(gè)氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上時(shí)，測(cè)量到的該網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差的值為零；以及
[0010](3)將浮力值為f?！腘。個(gè)氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的卸載。
[0011]優(yōu)選地，步驟(1)具體通過以下方式實(shí)現(xiàn):(11)列出在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上均勻布置卸載氣球的各種可行方案中對(duì)應(yīng)的氣球的數(shù)量，計(jì)算與每一種氣球數(shù)量值對(duì)應(yīng)的網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值，并且(12)取與最小理論卸載誤差值對(duì)應(yīng)的氣球數(shù)量值為N。。
[0012]優(yōu)選地，步驟(2)具體通過以下方式實(shí)現(xiàn):(21)假設(shè)所述N。個(gè)氣球中，每個(gè)氣球的預(yù)設(shè)浮力值為f?！?，所述預(yù)設(shè)浮力值f。’根據(jù)下面的公式確定；將N。個(gè)預(yù)設(shè)浮力值為f。’的氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，測(cè)量這種狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMStl:
[0013]fc’=kfc (k>l)，并且/c ，
[0014]其中，f。為每個(gè)氣球的理論浮力值；Mg為網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的重力值；RMSQ取沿網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的重力的方向?yàn)檎瑒t此時(shí)RMSQ〈0，并且每個(gè)氣球卸載點(diǎn)處的卸載力為:F=fc’ ；
[0015](22)在前張力網(wǎng)上每個(gè)氣球的卸載點(diǎn)處加載質(zhì)量為m。的砝碼，其中，mcg?f <<;測(cè)量此狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMS1，并且此時(shí)每個(gè)氣球卸載點(diǎn)處的卸載力為F=fc，-mcg ；
[0016](23)逐步增加每個(gè)氣球卸載點(diǎn)處的砝碼的數(shù)量，并測(cè)量對(duì)應(yīng)狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMSi,直至測(cè)量到的RMSiX),并且每次增加砝碼后氣球卸載點(diǎn)處的卸載力為F=f?！?-X.meg,其中，X表示每個(gè)卸載點(diǎn)處加載的質(zhì)量為m。破碼數(shù)量；
[0017](24)根據(jù)所述步驟(21)至(23)中的卸載力F的值與對(duì)應(yīng)的型面誤差值進(jìn)行曲線擬合，則取型面誤差值為零時(shí)對(duì)應(yīng)的卸載力F的值為設(shè)定的氣球的實(shí)際浮力值f?！?’。
[0018]優(yōu)選地，步驟(1)中，通過下面的公式計(jì)算網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值:IF (Qn，Mg，F(xiàn)c)-F (Qn) ||。
[0019]優(yōu)選地,步驟(21)中，k=l.1。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法具備有益的技術(shù)效果:通過根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠?qū)Υ笮途W(wǎng)狀天線的網(wǎng)面進(jìn)行準(zhǔn)確卸載，可以在地面上準(zhǔn)確測(cè)量天線在網(wǎng)面的型面狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)于口徑大于20米以上的大型環(huán)形，本發(fā)明提出的網(wǎng)面卸載方法還有助于大型環(huán)形天線的順利展開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為大型可網(wǎng)狀展開天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為利用根據(jù)本發(fā)明的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法進(jìn)行卸載的示意圖；
[0023]圖3為根據(jù)本發(fā)明的方法中的氣球分布設(shè)計(jì)示意圖；
[0024]圖4為根據(jù)本發(fā)明的方法中的利用步進(jìn)法計(jì)算氣球浮力的示意圖；
[0025]圖5為根據(jù)本發(fā)明的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)根據(jù)本發(fā)明的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027]氣浮式網(wǎng)面卸載技術(shù)主要包括氣球的分布設(shè)計(jì)和氣球的浮力設(shè)計(jì)。氣球的分布設(shè)計(jì)主要考慮氣球與金屬網(wǎng)的連接的位置關(guān)系，同時(shí)也確定了氣球的數(shù)量。氣球的浮力設(shè)計(jì)，主要考慮每個(gè)氣球的浮力，并保證所有氣球的浮力之和與金屬網(wǎng)的重力相平衡。為了能夠最大程度上抵消金屬網(wǎng)重力對(duì)型面的影響，理論上應(yīng)該采用比較多的氣球數(shù)量和較小的氣球浮力，但在實(shí)際操作過程中，很難保證所有的氣球浮力一致，那么較多的氣球反而會(huì)引起卸載不均勻，增加了金屬網(wǎng)型面的測(cè)試誤差。同時(shí)，使用較多的氣球卸載網(wǎng)面重力，操作中也比較困難，因此需要合理的優(yōu)化氣球的分布以及氣球的浮力。
[0028]如果直接在金屬網(wǎng)上安裝氣球，可能會(huì)由于金屬網(wǎng)局部受力過大，而造成金屬網(wǎng)局部發(fā)生破壞，因此只能在大型環(huán)形天線的前張力網(wǎng)上施加浮力，本發(fā)明首先計(jì)算出氣球在前張力網(wǎng)上的分布情況。利用力密度方法，可以求出環(huán)形反射面在零重力環(huán)境下的理論型面。力密度法對(duì)環(huán)形反射面的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)1建立力平衡方程:[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)假設(shè)在網(wǎng)狀天線的前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上均勻布置有多個(gè)卸載氣球，確定使得網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的氣體數(shù)量N。，其中，N。為大于等于3的正整數(shù)； (2)設(shè)置N。個(gè)氣球中每個(gè)氣球的實(shí)際浮力值f?！?，使得當(dāng)將該N。個(gè)氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上時(shí)，測(cè)量到的該網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差的值為零；以及 (3)將浮力值為f。’’的N。個(gè)氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的卸載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，其特征在于， 所述步驟(1)具體通過以下方式實(shí)現(xiàn): (11)列出在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上均勻布置卸載氣球的各種可行方案中對(duì)應(yīng)的氣球的數(shù)量，計(jì)算與每一種氣球數(shù)量值對(duì)應(yīng)的網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值，并且 (12)取與最小理論卸載誤差值對(duì)應(yīng)的氣球數(shù)量值為N。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，其特征在于，所述步驟(2)具體通過以下方式實(shí)現(xiàn): (21)假設(shè)所述N。個(gè)氣球中，每個(gè)氣球的預(yù)設(shè)浮力值為f。’，所述預(yù)設(shè)浮力值f?！鶕?jù)下面的公式確定；將凡個(gè)預(yù)設(shè)浮力值為f。’的氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，測(cè)量這種狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMStl:
fj =kfc (k>l),并且/e ，


丄N O 其中，f。為每個(gè)氣球的理論浮力值；Mg為網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的重力值；RMSQ取沿網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的重力的方向?yàn)檎瑒t此時(shí)RMSQ〈0，并且每個(gè)氣球卸載點(diǎn)處的卸載力為:F=fc’ ； (22)在前張力網(wǎng)上每個(gè)氣球的卸載點(diǎn)處加載質(zhì)量為m。的砝碼，其中，mc;g〈〈f。，測(cè)量此狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMS1，并且此時(shí)每個(gè)氣球卸載點(diǎn)處的卸載力為F=f。’ -mcg ； (23)逐步增加每個(gè)氣球卸載點(diǎn)處的砝碼的數(shù)量，并測(cè)量對(duì)應(yīng)狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMSi,直至測(cè)量到的RMSiX),并且每次增加砝碼后氣球卸載點(diǎn)處的卸載力為F=f?！?-X.meg,其中，X表示每個(gè)卸載點(diǎn)處加載的質(zhì)量為m。破碼數(shù)量； (24)根據(jù)所述步驟(21)至(23)中的卸載力F的值與對(duì)應(yīng)的型面誤差值進(jìn)行曲線擬合，則取型面誤差值為零時(shí)對(duì)應(yīng)的卸載力F的值為設(shè)定的氣球的實(shí)際浮力值f?！?’。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，其特征在于，所述步驟(1)中，通過下面的公式計(jì)算網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值:
F (Qn, Mg, Fc)-F (Qn) II。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，其特征在于，所述步驟(21)中，k=l.1。
【文檔編號(hào)】H01Q15/16GK103887611SQ201410074973
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】張欣, 馬小飛, 侯管仲, 范葉森 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所