專利名稱：基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)天線領(lǐng)域中的基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法。本發(fā)明可以有效地實(shí)現(xiàn)索網(wǎng)反射面天線的型面賦形設(shè)計(jì)，為索網(wǎng)反射面天線在軌重構(gòu)提供有力保障。
背景技術(shù)：
在未來先進(jìn)的衛(wèi)星通信、無線廣播系統(tǒng)、地球觀測(cè)、陸地遙感、深空探測(cè)和深空通信等領(lǐng)域，可展開天線是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一。由金屬反射絲網(wǎng)和柔性索構(gòu)成的索網(wǎng)反射面天線是可展開天線的重要結(jié)構(gòu)形式。由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常要求星載天線能夠產(chǎn)生與信號(hào)覆蓋區(qū)域形狀相匹配的輻射方向圖，因此需要對(duì)索網(wǎng)反射面天線進(jìn)行賦形設(shè)計(jì)。T. L. Zhang 等人在文獻(xiàn)“Design of dual offset shaped reflector antennabased onDEGL algorithm，， (Journal of Electromagnetic Waves and Applications,Vol. 25, No. 5/6，pp. 723-732，2011年)中，公開了一種采用基于局部和全局鄰居模型的差分進(jìn)化方法對(duì)雙偏置反射面天線進(jìn)行型面賦形設(shè)計(jì)的方法。該方法采用空間正交多項(xiàng)式來描述天線反射面，將多項(xiàng)式系數(shù)作為優(yōu)化變量，結(jié)合局部和全局鄰居模型的差分進(jìn)化方法進(jìn)行反射面賦形設(shè)計(jì)。但該方法存在的不足是，由于索網(wǎng)反射面天線采用金屬反射絲網(wǎng)和柔性索構(gòu)成天線反射面，空間正交多項(xiàng)式不能有效地描述索網(wǎng)反射面天線，進(jìn)而無法進(jìn)行索網(wǎng)反射面天線賦形設(shè)計(jì)，并且局部和全局鄰居模型的差分進(jìn)化方法計(jì)算量較大，不能實(shí)現(xiàn)索網(wǎng)反射面天線高效、實(shí)時(shí)賦形設(shè)計(jì)。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于索網(wǎng)反射面天線的型面賦形方法。該方法通過計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)方向系數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)軸向位移的敏度信息值，采用敏度信息優(yōu)化迭代方法實(shí)現(xiàn)了索網(wǎng)反射面天線的高效、實(shí)時(shí)型面賦形設(shè)計(jì)應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本思路是，首先輸入用戶提供的包含天線口徑、焦距、偏置距離、工作波長、饋源參數(shù)和賦形要求的天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)，采用面片劃分方法獲得索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)信息，然后以節(jié)點(diǎn)軸向位移量為優(yōu)化變量，賦形要求為目標(biāo)函數(shù)，建立天線型面賦形設(shè)計(jì)模型，接著判斷目標(biāo)函數(shù)值是否滿足賦形要求，滿足賦形要求則輸出索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息，若不滿足則計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)方向系數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)軸向位移的敏度信息值，采用敏度信息優(yōu)化迭代方法得到下次迭代的節(jié)點(diǎn)軸向位移量，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值并進(jìn)行下次判斷。本發(fā)明的具體步驟如下(1)輸入天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)輸入用戶提供的包含天線口徑、焦距、偏置距離、工作波長、饋源參數(shù)和賦形要求的天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)信息。(2)獲取索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)信息以索網(wǎng)反射面天線的投影口徑中心作為面片劃分的起點(diǎn)，采用面片劃分方法獲得包含有投影正三角形邊長的索網(wǎng)反射面天線結(jié)構(gòu)信息。
(3)建立優(yōu)化模型從索網(wǎng)反射面天線結(jié)構(gòu)信息中提取節(jié)點(diǎn)軸向位移量，將節(jié)點(diǎn)軸向位移量作為優(yōu)化模型中的設(shè)計(jì)變量，賦形要求作為目標(biāo)函數(shù)，依此建立天線型面賦形設(shè)計(jì)模型FindAz= { Δ Z1, Δ z2,…，Δ zM}τMin f ( Δ ζ)S. t. G(Az) ≤ O其中,Find表示迭代運(yùn)算，Δ ζ表示索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)軸向位移列向量，Δ ζ。Δ ζ2、…、ΔζΜ依此表示節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1、2、…、M的軸向位移量,M表示節(jié)點(diǎn)總數(shù),上標(biāo)T表示向量轉(zhuǎn)置運(yùn)算；Min表示最小化運(yùn)算，f(Az)表示賦形要求的目標(biāo)函數(shù)；S.t.表示約束運(yùn)算，G(Az)表示包含節(jié)點(diǎn)軸向位移量上下限的約束函數(shù)。(4)獲得目標(biāo)函數(shù)值采用物理光學(xué)法獲得優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)值。(5)判斷是否滿足賦形要求判斷目標(biāo)函數(shù)值是否滿足用戶在步驟(I)中指定的賦形要求，如果滿足要求，則轉(zhuǎn)至步驟(6);否則轉(zhuǎn)至步驟(7)。(6)輸出索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息到指定文件。(7)計(jì)算敏度信息值7a)從索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)信息中提取節(jié)點(diǎn)軸向位移量，從饋源參數(shù)中提取饋源的總輻射功率；7b)通過下式計(jì)算面片法向矢量對(duì)節(jié)點(diǎn)軸向位移的敏度信息值
權(quán)利要求
1.基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法，包括如下步驟(1)輸入天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)輸入用戶提供的包含天線口徑、焦距、偏置距離、工作波長、饋源參數(shù)和賦形要求的天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)信息；(2)獲取索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)信息以索網(wǎng)反射面天線的投影口徑中心作為面片劃分的起點(diǎn)，采用面片劃分方法獲得包含有投影正三角形邊長的索網(wǎng)反射面天線結(jié)構(gòu)信息；(3)建立優(yōu)化模型從索網(wǎng)反射面天線結(jié)構(gòu)信息中提取節(jié)點(diǎn)軸向位移量，將節(jié)點(diǎn)軸向位移量作為優(yōu)化模型中的設(shè)計(jì)變量，賦形要求作為目標(biāo)函數(shù)，依此建立天線型面賦形設(shè)計(jì)模型Find Δ z = { Δ Z1, Δ ζ2,…，Δ zM}τ Min f ( Δ ζ)S. t. G(Az)=<O其中，F(xiàn)ind表示迭代運(yùn)算，Δ ζ表示索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)軸向位移列向量，Az1' Δζ2、…、Δ ζΜ依此表示節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1、2、…、M的軸向位移量，M表示節(jié)點(diǎn)總數(shù),上標(biāo)T表示向量轉(zhuǎn)置運(yùn)算； Min表示最小化運(yùn)算，f(Az)表示賦形要求的目標(biāo)函數(shù)；S.t.表示約束運(yùn)算，G(Az)表示包含節(jié)點(diǎn)軸向位移量上下限的約束函數(shù)；(4)獲得目標(biāo)函數(shù)值采用物理光學(xué)法獲得優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)值；(5)判斷是否滿足賦形要求判斷目標(biāo)函數(shù)值是否滿足用戶在步驟(I)中指定的賦形要求，如果滿足要求，則轉(zhuǎn)至步驟(6);否則轉(zhuǎn)至步驟(7)；(6)輸出索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息到指定文件；(7)計(jì)算敏度信息值7a)從索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)信息中提取節(jié)點(diǎn)軸向位移量，從饋源參數(shù)中提取饋源的總輻射功率；7b)通過下式計(jì)算面片法向矢量對(duì)節(jié)點(diǎn)軸向位移的敏度信息值
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法，其特征在于，步驟(2)所述的面片劃分方法是采用投影為正三角形的空間三角形平面對(duì)索網(wǎng)反射面天線進(jìn)行面片拼合，其中索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)均位于理想反射面上，投影正三角形的邊長滿足下式L =批呢F3其中，L表示投影正三角形邊長，F(xiàn)表示索網(wǎng)天線的焦距，δ表示索網(wǎng)天線的型面均方根誤差，S = λ/50，λ表示天線的工作波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法，其特征在于，步驟(4)所述的物理光學(xué)法是一種基于面電流分布的高頻近似方法，計(jì)算公式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法，其特征在于，步驟(8)所述的敏度信息優(yōu)化迭代方法是指，將本次迭代的遠(yuǎn)區(qū)方向系數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)軸向位移的敏度信息值代入下式，得到下次迭代的節(jié)點(diǎn)軸向位移量Δζ( +1) = Δζω+α (t)g(t)其中，Az(t+1)表示第t+1次迭代的節(jié)點(diǎn)軸向位移量，t表示迭代次數(shù)，Λζω表示第 t次迭代的節(jié)點(diǎn)軸向位移量，a (t)表示第t次迭代步長，g(t)表示第t次迭代搜索方向，表示遠(yuǎn)區(qū)方■向系數(shù)對(duì)^點(diǎn)、軸向位移白勺敏度信肩、值，D表示遠(yuǎn)區(qū)方·向系數(shù)，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于敏度信息的索網(wǎng)反射面天線型面賦形方法，具體步驟包括(1)輸入天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)；(2)獲取索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)信息；(3)建立優(yōu)化模型；(4)獲得目標(biāo)函數(shù)值；(5)判斷是否滿足賦形要求；(6)輸出索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息到指定文件；(7)計(jì)算敏度信息值；(8)更新索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息。本發(fā)明通過計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)方向系數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)軸向位移的敏度信息值，結(jié)合敏度信息優(yōu)化迭代方法，對(duì)索網(wǎng)反射面天線進(jìn)行型面賦形設(shè)計(jì)，克服了空間正交多項(xiàng)式在索網(wǎng)反射面天線賦形設(shè)計(jì)中無法應(yīng)用、差分進(jìn)化方法計(jì)算量大的不足，具有運(yùn)算量較少、效率較高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04W16/28GK103037389SQ201210510289
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者張樹新, 段寶巖, 保宏, 張逸群, 宗亞靂, 楊癸庚, 連培園 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)