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:假設在網(wǎng)狀天線的前張力網(wǎng)的節(jié)點上均勻布置有多個卸載氣球，確定當網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值最小時對應的氣體數(shù)量No；設置No個氣球中每個氣球的實際浮力值fc''，使得當將該No個氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點上時，測量到的該網(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個氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點上，進行網(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
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于大型網(wǎng)狀天線【技術領域】，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)狀天線在地面上準確測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】
[0002]隨著我國衛(wèi)星有效載荷技術的快速發(fā)展，對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]為了在地面上測試金屬網(wǎng)在空間中的型面精度，傳統(tǒng)方法采用理論計算的方式或者CupUp-CupDown的測試方法來抵消重力對金屬網(wǎng)的影響。理論計算的方式要求對大型網(wǎng)狀天線準確建模，并且需要準確輸入大型網(wǎng)狀天線的邊界條件，而國內(nèi)目前很難對大型網(wǎng)狀天線進行準確建模，因此基本都采用CupUp-CupDown的方式。CupUp-CupDown是一種半實驗半理論的方式，通過實驗測量大型網(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，對于非對稱網(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)的關系是非線性的，因此CupUp-CupDown這種方式計算的結(jié)果并不準確。同時，對于口徑為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網(wǎng)面進行卸載，否則環(huán)形天線很難順利展開。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是，針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法，以實現(xiàn)在地面上準確模擬網(wǎng)面在零重力環(huán)境下的型面狀態(tài)，從而實現(xiàn)在地面上對大型網(wǎng)狀天線的網(wǎng)面進行準確卸載。
[0005]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，根據(jù)力密度方法，設計出大型網(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，采用步進法逐步改變每個卸載氣球的浮力值，并實際測量該浮力值下的網(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，可以計算出大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載氣球的實際浮力值。
[0006]根據(jù)上面得到的卸載氣球的分布情況和實際浮力值，就可以對大型網(wǎng)狀天線的網(wǎng)面進行充分卸載，可以在地面上準確地模擬網(wǎng)面在零重力環(huán)境下的型面狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案包括:
[0008](I)假設在網(wǎng)狀天線的前張力網(wǎng)的節(jié)點上均勻布置有多個卸載氣球，確定當網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值最小時對應的氣體數(shù)量N。，其中，N。為大于等于3的正整數(shù)；[0009](2)設置N。個氣球中每個氣球的實際浮力值f?！?’，使得當將該N。個氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點上時，測量到的該網(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。個氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點上，進行網(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現(xiàn):(11)列出在前張力網(wǎng)的節(jié)點上均勻布置卸載氣球的各種可行方案中對應的氣球的數(shù)量，計算與每一種氣球數(shù)量值對應的網(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應的氣球數(shù)量值為N。。
[0012]優(yōu)選地，步驟(2)具體通過以下方式實現(xiàn):(21)假設所述N。個氣球中，每個氣球的預設浮力值為f?！?，所述預設浮力值f?！鶕?jù)下面的公式確定；將N。個預設浮力值為f?！臍馇蚓鶆虿贾迷谇皬埩W(wǎng)的節(jié)點上，測量這種狀態(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)面的重力的方向為正，則此時RMSQ〈0，并且每個氣球卸載點處的卸載力為:F=fc’ ；
[0015](22)在前張力網(wǎng)上每個氣球的卸載點處加載質(zhì)量為m。的砝碼，其中，mcg?f <<;測量此狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMS1，并且此時每個氣球卸載點處的卸載力為F=fc，-mcg ；
[0016](23)逐步增加每個氣球卸載點處的砝碼的數(shù)量，并測量對應狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMSi,直至測量到的RMSiX),并且每次增加砝碼后氣球卸載點處的卸載力為F=f?！?-X.meg,其中，X表示每個卸載點處加載的質(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的值與對應的型面誤差值進行曲線擬合，則取型面誤差值為零時對應的卸載力F的值為設定的氣球的實際浮力值f?！?’。
[0018]優(yōu)選地，步驟(1)中，通過下面的公式計算網(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)面進行準確卸載，可以在地面上準確測量天線在網(wǎng)面的型面狀態(tài)。同時，對于口徑大于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計示意圖；
[0024]圖4為根據(jù)本發(fā)明的方法中的利用步進法計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。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和具體實施例對根據(jù)本發(fā)明的大型網(wǎng)狀天線網(wǎng)面卸載方法做進一步詳細的說明。
[0027]氣浮式網(wǎng)面卸載技術主要包括氣球的分布設計和氣球的浮力設計。氣球的分布設計主要考慮氣球與金屬網(wǎng)的連接的位置關系，同時也確定了氣球的數(shù)量。氣球的浮力設計，主要考慮每個氣球的浮力，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)重力對型面的影響，理論上應該采用比較多的氣球數(shù)量和較小的氣球浮力，但在實際操作過程中，很難保證所有的氣球浮力一致，那么較多的氣球反而會引起卸載不均勻，增加了金屬網(wǎng)型面的測試誤差。同時，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。力密度法對環(huán)形反射面的每一個節(jié)點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)假設在網(wǎng)狀天線的前張力網(wǎng)的節(jié)點上均勻布置有多個卸載氣球，確定使得網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的理論卸載誤差值最小時對應的氣體數(shù)量N。，其中，N。為大于等于3的正整數(shù)； (2)設置N。個氣球中每個氣球的實際浮力值f。’’，使得當將該N。個氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點上時，測量到的該網(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?！腘。個氣球均勻布置在前張力網(wǎng)的節(jié)點上，進行網(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現(xiàn): (11)列出在前張力網(wǎng)的節(jié)點上均勻布置卸載氣球的各種可行方案中對應的氣球的數(shù)量，計算與每一種氣球數(shù)量值對應的網(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應的氣球數(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現(xiàn): (21)假設所述N。個氣球中，每個氣球的預設浮力值為f?！?，所述預設浮力值f?！鶕?jù)下面的公式確定；將凡個預設浮力值為f?！臍馇蚓鶆虿贾迷谇皬埩W(wǎng)的節(jié)點上，測量這種狀態(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)面的重力的方向為正，則此時RMSQ〈0，并且每個氣球卸載點處的卸載力為:F=fc’ ； (22)在前張力網(wǎng)上每個氣球的卸載點處加載質(zhì)量為m。的砝碼，其中，mc;g〈〈f。，測量此狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMS1，并且此時每個氣球卸載點處的卸載力為F=f?！?-mcg ； (23)逐步增加每個氣球卸載點處的砝碼的數(shù)量，并測量對應狀態(tài)下網(wǎng)狀天線網(wǎng)面的型面誤差RMSi,直至測量到的RMSiX),并且每次增加砝碼后氣球卸載點處的卸載力為F=f?！?-X.meg,其中，X表示每個卸載點處加載的質(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的值與對應的型面誤差值進行曲線擬合，則取型面誤差值為零時對應的卸載力F的值為設定的氣球的實際浮力值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】H01Q15/16GK103887611SQ201410074973
【公開日】2014年6月25日 申請日期: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 申請人:西安空間無線電技術研究所