基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法

2023-07-26 06:26:26 6

專利名稱：基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法
技術領域：
本發明屬於通信技術領域，更進一步涉及雷達天線領域中的基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法。本發明可以有效地實現索網反射面天線的型面賦形設計，為索網反射面天線在軌重構提供有力保障。
背景技術：
在未來先進的衛星通信、無線廣播系統、地球觀測、陸地遙感、深空探測和深空通信等領域，可展開天線是必不可少的關鍵設備之一。由金屬反射絲網和柔性索構成的索網反射面天線是可展開天線的重要結構形式。由於衛星通信系統通常要求星載天線能夠產生與信號覆蓋區域形狀相匹配的輻射方向圖，因此需要對索網反射面天線進行賦形設計。T. L. Zhang 等人在文獻「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，公開了一種採用基於局部和全局鄰居模型的差分進化方法對雙偏置反射面天線進行型面賦形設計的方法。該方法採用空間正交多項式來描述天線反射面，將多項式係數作為優化變量，結合局部和全局鄰居模型的差分進化方法進行反射面賦形設計。但該方法存在的不足是，由於索網反射面天線採用金屬反射絲網和柔性索構成天線反射面，空間正交多項式不能有效地描述索網反射面天線，進而無法進行索網反射面天線賦形設計，並且局部和全局鄰居模型的差分進化方法計算量較大，不能實現索網反射面天線高效、實時賦形設計。發明的內容本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種適用於索網反射面天線的型面賦形方法。該方法通過計算天線遠區方向係數對節點軸向位移的敏度信息值，採用敏度信息優化迭代方法實現了索網反射面天線的高效、實時型面賦形設計應用。實現本發明的基本思路是，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、饋源參數和賦形要求的天線結構參數和電參數，採用面片劃分方法獲得索網天線結構信息，然後以節點軸向位移量為優化變量，賦形要求為目標函數，建立天線型面賦形設計模型，接著判斷目標函數值是否滿足賦形要求，滿足賦形要求則輸出索網節點信息，若不滿足則計算天線遠區方向係數對節點軸向位移的敏度信息值，採用敏度信息優化迭代方法得到下次迭代的節點軸向位移量，計算目標函數值並進行下次判斷。本發明的具體步驟如下(1)輸入天線結構參數和電參數輸入用戶提供的包含天線口徑、焦距、偏置距離、工作波長、饋源參數和賦形要求的天線結構參數和電參數信息。(2)獲取索網天線結構信息以索網反射面天線的投影口徑中心作為面片劃分的起點，採用面片劃分方法獲得包含有投影正三角形邊長的索網反射面天線結構信息。
(3)建立優化模型從索網反射面天線結構信息中提取節點軸向位移量，將節點軸向位移量作為優化模型中的設計變量，賦形要求作為目標函數，依此建立天線型面賦形設計模型FindAz= { Δ Z1, Δ z2,…，Δ zM}τMin f ( Δ ζ)S. t. G(Az) ≤ O其中,Find表示迭代運算，Δ ζ表示索網節點軸向位移列向量，Δ ζ。Δ ζ2、…、ΔζΜ依此表示節點編號為1、2、…、M的軸向位移量,M表示節點總數,上標T表示向量轉置運算；Min表示最小化運算，f(Az)表示賦形要求的目標函數；S.t.表示約束運算，G(Az)表示包含節點軸向位移量上下限的約束函數。(4)獲得目標函數值採用物理光學法獲得優化模型中的目標函數值。(5)判斷是否滿足賦形要求判斷目標函數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，則轉至步驟(6);否則轉至步驟(7)。(6)輸出索網節點信息到指定文件。(7)計算敏度信息值7a)從索網天線結構信息中提取節點軸向位移量，從饋源參數中提取饋源的總輻射功率；7b)通過下式計算面片法向矢量對節點軸向位移的敏度信息值
權利要求
1.基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法，包括如下步驟(1)輸入天線結構參數和電參數輸入用戶提供的包含天線口徑、焦距、偏置距離、工作波長、饋源參數和賦形要求的天線結構參數和電參數信息；(2)獲取索網天線結構信息以索網反射面天線的投影口徑中心作為面片劃分的起點，採用面片劃分方法獲得包含有投影正三角形邊長的索網反射面天線結構信息；(3)建立優化模型從索網反射面天線結構信息中提取節點軸向位移量，將節點軸向位移量作為優化模型中的設計變量，賦形要求作為目標函數，依此建立天線型面賦形設計模型Find Δ z = { Δ Z1, Δ ζ2,…，Δ zM}τ Min f ( Δ ζ)S. t. G(Az)=<O其中，Find表示迭代運算，Δ ζ表示索網節點軸向位移列向量，Az1' Δζ2、…、Δ ζΜ依此表示節點編號為1、2、…、M的軸向位移量，M表示節點總數,上標T表示向量轉置運算； Min表示最小化運算，f(Az)表示賦形要求的目標函數；S.t.表示約束運算，G(Az)表示包含節點軸向位移量上下限的約束函數；(4)獲得目標函數值採用物理光學法獲得優化模型中的目標函數值；(5)判斷是否滿足賦形要求判斷目標函數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，則轉至步驟(6);否則轉至步驟(7)；(6)輸出索網節點信息到指定文件；(7)計算敏度信息值7a)從索網天線結構信息中提取節點軸向位移量，從饋源參數中提取饋源的總輻射功率；7b)通過下式計算面片法向矢量對節點軸向位移的敏度信息值
2.根據權利要求1所述的基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法，其特徵在於，步驟(2)所述的面片劃分方法是採用投影為正三角形的空間三角形平面對索網反射面天線進行面片拼合，其中索網節點均位於理想反射面上，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表示索網天線的焦距，δ表示索網天線的型面均方根誤差，S = λ/50，λ表示天線的工作波長。
3.根據權利要求1所述的基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法，其特徵在於，步驟(4)所述的物理光學法是一種基於面電流分布的高頻近似方法，計算公式如下
4.根據權利要求1所述的基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法，其特徵在於，步驟(8)所述的敏度信息優化迭代方法是指，將本次迭代的遠區方向係數對節點軸向位移的敏度信息值代入下式，得到下次迭代的節點軸向位移量Δζ( +1) = Δζω+α (t)g(t)其中，Az(t+1)表示第t+1次迭代的節點軸向位移量，t表示迭代次數，Λζω表示第 t次迭代的節點軸向位移量，a (t)表示第t次迭代步長，g(t)表示第t次迭代搜索方向，表示遠區方■向係數對^點、軸向位移白勺敏度信肩、值，D表示遠區方·向係數，
全文摘要
本發明公開了一種基于敏度信息的索網反射面天線型面賦形方法，具體步驟包括(1)輸入天線結構參數和電參數；(2)獲取索網天線結構信息；(3)建立優化模型；(4)獲得目標函數值；(5)判斷是否滿足賦形要求；(6)輸出索網節點信息到指定文件；(7)計算敏度信息值；(8)更新索網節點信息。本發明通過計算天線遠區方向係數對節點軸向位移的敏度信息值，結合敏度信息優化迭代方法，對索網反射面天線進行型面賦形設計，克服了空間正交多項式在索網反射面天線賦形設計中無法應用、差分進化方法計算量大的不足，具有運算量較少、效率較高的優點。
文檔編號H04W16/28GK103037389SQ201210510289
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者張樹新, 段寶巖, 保宏, 張逸群, 宗亞靂, 楊癸庚, 連培園 申請人:西安電子科技大學