基于光学测量的大型天线测试方法研究

提出了一种基于光学照相的电磁场数值计算测试电大尺寸天线辐射特性的新方法. 根据光学照相实测大型天线的形面三维坐标计算出天线表面电流分布, 利用物理光学计算得到天线远场方向图和增益. 采用该方法得到的海洋二号校正辐射计观测天线和充气天线的辐射特性与平面近场测试结果的对比验证了其具有足够的准确性. 该方法具有快速、灵活的特点, 可以推广到电大尺寸天线测试.      

紧凑型毫米波双极化阵列天线

设计了一种紧凑型毫米波双极化微带阵列天线.首先对双极化天线单元进行了优化设计,该天线单元采用共面微带线馈电和缝隙耦合馈电相结合的混合馈电方式,单元采用反相馈电技术,既提高了天线极化隔离,同时也简化了天线结构.其次,采用并联馈电方式进行天线阵列设计.最后,对该天线阵列进行了加工测试,结果表明该天线驻波比小于2.0,极化隔离大于35 dB,水平极化增益大于12 dB,垂直极化增益大于11.5 dB.     

有限元方法设计赋形波束缝隙面阵馈电网络

采用缝隙倾角变化实现幅度加权,采用等高但不等宽的波导实现相位加权,并设计了过渡段以减少反射,可以对赋形波束方向图面阵实现所需要的馈电.为了获得需要的幅度和相位,用有限元方法对缝隙单元尺寸、幅度激励和移相网络进行了数值仿真.通过调整几何尺寸来实现所需要的幅度与相位要求及阻抗匹配.最后给出了1个缝隙阵列天线的设计实例,发现理论计算的赋形方向图与实际测试结果在赋形波束主瓣内吻合很好.     

基于高斯伪谱法的空天飞机上升段最优轨迹设计

针对复杂多约束条件下空天飞机上升段燃料最优轨迹优化问题,提出一种基于高斯伪谱法的上升段轨迹优化策略.依据发动机的推力特性将上升轨迹合理分段,使原最优控制问题转化为多段最优控制问题后,采用高斯伪谱法进行并行优化计算.数值仿真结果表明采用这种轨迹优化策略能够满足组合动力系统工作模态转换时对飞行状态的约束条件,可以在较短的时间内完成高精度的上升段轨迹优化任务,从而验证了该方法的有效性.     

波纹喇叭近场相位中心的计算方法

本文首先给出了波纹喇叭近场相位特性的计算方法,提出了当波纹喇叭处于非平衡混合状态下的相位中心定义;然后用最优化方法寻求波纹喇叭的相位中心,并对其相位中心的变化规律进行了研究。     

应用于毫米波反射计的多项式校准方法

为了在毫米波波段准确测量波导器件的反射系数,提出了一种应用在反射系数测试前端(反射计)中的校准方法.该校准方法采用基于多项式的误差模型,使得每一个误差项的求解都转化成一个求解轨迹圆圆心的问题,同时不影响求解精度.采用一个滑动负载、一个滑动短路和一个短路器,在毫米波波段降低了对标准件理想程度的要求.实验中搭建了一个Ka波段的反射计,图解误差项的求解过程,分析了误差项的物理意义.把校准后的测量结果与商用矢量网络分析仪(VNA,Vector Network Analyzer)进行比较,吻合较好.同样比较了一组W波段反射计对波纹喇叭的测量结果,进一步验证了方法的合理性.      

空分天线风场测量中三角尺寸效应的抑制

利用空分天线方法进行风场测量时存在着三角尺寸效应,以往公认的产生原因包括电子噪声干扰、地杂波等因素.本文首先提出另外一种产生三角尺寸效应的可能原因,即大气非平稳性和不均匀性(可统称为大气非平稳性),并讨论了由于此原因对大气风场测量的影响和作用以及产生三角尺寸效应的具体机制.在此基础上提出了一种用来消除大气的非平稳性影响的方法,即增量累积量法.用增量累积量方法的特例(2阶零延迟增量累积量)得出一维平均速度的表达式.理论分析表明利用该方法还可以有效地去除地杂波效应;高阶(k≥3)情况,增量累积量还可以抑制高斯噪声.分别在非平稳大气情况和有地杂波情况下,对空分天线方法中的全相关分析算法和增量累积量法进行数值模拟对比,得出结论:随着天线间距的变化,增量累积量法实测平均风场水平速度与模型输入速度的偏差比全相关分析算法要小得多.      

接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真

针对接收模式下电大尺寸的天线-天线罩系统电磁特性分析问题,提出了一种全波法和高频法结合的混合算法:积分方程/修正型表面积分+多层快速多极子(IE/MSI+MLFMA)方法.该方法将由高频方法MSI得到的天线罩内场分布作为天线阵列的激励场,再利用基于体-面混合积分方程(VSIE)和MLFMA的快速全波分析方法精确计算天线阵;同时应用球谐函数展开、预处理技术、混合并行等技术进一步改进算法的计算效率.同传统的全波数值法相比,该方法在保证计算精度、满足工程需要的前提下,解决了求解计算时间长、计算效率低的问题,实现了对电大尺寸天线-天线罩系统的快速、高效仿真.      

基于JEC-FDTD算法的等离子体天线雷达散射截面计算

采用电流密度卷积FDTD算法(JEC-FDTD)计算了等离子体天线的散射特性, 分析了等离子体天线处于工作状态时等离子体参数(密度、碰撞频率)及天线外部约束腔体对天线雷达散射截面(RCS)的影响. 数值结果表明, 等离子体天线的RCS会随等离子体密度的减小及碰撞频率的增大而减小. 而约束腔体只有在高频段时才会对等离子体天线的RCS值产生较大的影响. 因此, 在不影响天线性能的情况下, 可以根据信号频率调节等离子体参数、选取合适的腔体材料以达到增强等离子体天线隐身性能的目的.      

紧凑式波纹喇叭的容差分析

在运用模匹配法和球面波展开法分析和设计紧凑式波纹喇叭的基础上,首次提出了对紧凑式波纹喇叭进行容差分析。并以某星载紧凑式波纹喇叭为例,给出了容差变化对交叉极化和回波损耗的影响,为设计紧凑式波纹喇叭提供了重要的参考依据。     

星载可展开天线研究

海洋二号卫星微波校正辐射计天线(HY-2 CRA)是高增益、低副瓣、高波束效率、低损耗的天线子系统. 其高主波束效率、低损耗等要求对天线展开精度、形面精度、测试等提出了极大挑战. 由于卫星发射整流罩结构限制, 天线采用可展开机构形式, 并用正交模耦合器实现频率复用. 天线频率分别达到18.7 GHz, 23.8 GHz 和37 GHz.为了减小天线形面变形, 保证天线波束指向, 天线反射面(包括反射面支架、馈源支架)采用碳纤维复合材料, 确保天线在宇宙空间变形尽可能小. 本文就HY-2 CRA的设计、加工、测试等进行了论述.      

碳纤维复合材料承力筒长桁预制工艺技术

叙述了某型号卫星碳纤维复合材料承力筒长桁预制件的研制技术。运用介电损耗仪研究树脂基体在固化过程中的性能变化,以确定预浸料吸胶及预制件预压的工艺规范。预制件的成型采用软硬模相结合的方法,所研制的长桁预制件的性能满足了碳承力筒研制总工艺的要求,并通过了碳承力筒的地面力学性能试验。     

面向制造的飞机复合材料构件数字化定义

为满足数字化研制环境中制造环节的数据需求和对构件可制造性的要求,总结了面向制造的飞机复合材料构件数字化定义的完整构成.通过定义方向坐标系来建立方向基准,并根据构件高斯曲率的不同,给出了3种方向坐标系的定义方法和映射规则.给出了三维模型中几何数据的内容、几何数据和复合材料特征对象的关联关系以及材料铺放数据中复合材料特征对象的层次关系.总结了数字化定义中工艺信息的详细内容和定义方法,并采用基于视图的方式组织管理数字化定义数据集.      

风云三号星载天线的准光学分析与设计

利用准光学原理分析了风云三号卫星湿度仪天馈系统. 利用等效面磁流和等效面电流法分析得到栅网在高斯波束入射时交叉极化小于-42 dB. 应用高斯模耦合法代替传统的ABCD矩阵分析偏馈反射面, 在大焦径比情况下, 推导出较为简单的高斯模耦合矩阵解析式. 系统实测方向图与仿真结果对比显示, 准光学分析能够快速处理偏馈反射面天线系统, 得到较高精度的结果.      

直觉模糊制造知识驱动的公差稳健优化设计

鉴于各类制造因素在表述方式、度量方法及其与成本的关系等方面均存在一定的模糊性和可变性,基于直觉模糊集理论和稳健设计原理,提出了直觉模糊制造知识驱动的公差稳健设计方法.首先,从工艺装备价值、零件可加工性、加工工艺属性、产品属性、人员技术水平等5个方面建立直觉模糊制造知识集,研究了知识元素构成和元素水平划分;然后,建立了包含目标层、准则层和知识层的制造成本评估指标体系,采用多级直觉模糊综合评判法计算制造成本因子φ,与传统模糊综合评判相比,更符合真实评判逻辑;最后,结合成本-公差模型和装配模糊质量损失函数,建立了公差的模糊稳健优化模型.该方法符合面向制造的设计理念,综合考虑了各类制造知识对公差设计的影响,航空油箱装配的实例分析表明了该方法可行,且具有好的灵活性和鲁棒性等优点.     

基于径向基函数响应面的机翼有限元模型修正

用ANSYS三维实体单元SOLID45建立机翼基准有限元模型并计算其自由振动的前6阶模态频率.用均匀设计方法将结构参数分组并分别计算各组结构参数对应的模态频率,建立高斯径向基函数响应面模型.用最小二乘法则拟合系数并检验响应面拟合精度,对基准模型的结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型.用响应面模型和基准模型计算所得模态频率的相对误差建立适应度函数的表达式,将混沌搜索机制引入粒子群算法对结构参数的摄动量进行寻优计算,搜索所得优化解代入即得修正后模型,将修正后模型与基准模型在测试频段内段外的模态频率近似度进行比较,证实了修正后模型的有效性.      

基于Hopfield网络的飞机设计

Hopfield神经网络与增广拉格朗日乘子法相结合来求解非线性约束优化.神经网络作为求解乘子法的子问题的动力学方法,仅需计算一阶导数.引入逐渐衰减的高斯噪声信号构造随机神经网络.同时针对随机网络受初始温度制约,跳出局部极小值能力有限的问题,网络运行采用结合模拟退火的欧拉法.用该方法对某喷气教练机进行总体优化设计,结果表明,算法的数值稳定性较好,求解精度高.并基于拉氏乘子提供的约束敏度信息,做了设计要求权衡.最后研究了某型干线旅客机的机翼气动/结构综合设计问题.      

基于STLS的卫星质量质心在轨估计

提出了一种使用结构总体最小二乘(Structured Total Least Squares,STLS)进行卫星质量和质心参数在轨估计的方法。其相对于现有方法有三个优点:采用完整的动力学模型,考虑敏感器测量误差,估计模型中不包含误差很大的推力值。首先推导了卫星质量和质心参数的估计方程,将其化为STLS模型的形式,对该模型定义了质量质心参数的STLS估计,并使用结构总体最小范数(Structured Total Least Norm,STLN)算法进行具体求解。证明了当敏感器噪声为高斯分布时,该估计为极大似然估计。仿真结果验证了该STLS估计方法的有效性。