网状天线的反射面形状精度调整

随着宇航事业的发展，网状展开天线的尺寸越来越大，对形面精度要求越来越高（特点是高频段），必须采用网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。本文就辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨，给出了网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤，并对某样机进行了调整计算。计算结果表明，文中的分析、公式、方法是正确的，可行的。     

大型反射面的充气展开动力学研究

为了掌握大型反射面从收拢状态到完全展开状态的动力学特性，采用气囊模型和控制体积(CV)法对反射面的充气展开过程进行研究。建立了包含中心轮毂、肋板、支撑杆、薄膜圆环和张拉绳的反射面有限元模型，提出逆解法获得折叠收拢状态下反射面的节点坐标，给出了充气展开动力学分析流程，获得了恒定充气速率下展开过程中圆环充气体积、环内压力等参数与展开时间的变化规律。结果表明，采用充气技术可进行大型反射面有序可控展开，反射面的充气展开过程分初始收拢状态、解锁释放、肋板展开、保压稳定四个阶段，地面充气展开试验结果验证了仿真分析的准确性。     

A numerical method to optimize the design of a space inflatable membrane reflector

A numerical method is proposed to optimize the design of a space inflatable membrane reflector. The initial geometry is expressed by polynomial series weighted by a set of shape parameters. The problem is formulated as a minimization of a cost function representing the difference between the effective shape of the reflector and a perfect parabolic surface. The minimization is performed using the Nelder–Mead method or downhill simplex method. The cost function is computed at each vertex of a simplex defined in the space of optimization parameters by solving direct problem thanks to a finite element method. The finite element model handles geometrical non-linearities and takes into account phenomena like membrane wrinkling and torus buckling which may affect the reflector shape when inflated.     

大型环形可展开天线型面高精度测试方法研究

天线反射器型面精度是衡量、评价天线质量的重要指标之一,天线型面精度的高低将直接影响天线的电性能指标。大型环形可展开天线型面精度测试,目前多采用高精度工业数字化摄影测量技术进行,在使用高精度数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展型面测试过程中,系统测量精度主要受摄影基准选用、测量距离、测量靶标大小、测量角度、测量拍照数量、相机参数等多项工艺参数影响。就如何使用数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展高精度型面测试方法开展研究,通过对高精度长基准尺的设计及布局研究,以及对摄影测量系统最优匹配工艺参数研究及验证,得到一种针对大型环形可展开天线开展高精度型面测试的方法。试验证明,该方法可靠有效,能够满足大型环形可展开天线开展型面高精度测试的测量需求。     

Mechanical study on initial profile solution for inflatable reflector made of orthotropic material

The woven fabric membrane materials are widely used in space and terrestrial inflatable reflectors. However the material?s anisotropy makes the design analysis more complex. The deviation from the desired shape, so-called “W-profile error”, influences the precision of the membrane surface significantly. In this study, a model of an axisymmetric paraboloid surface using membrane theory is established for the purpose of facilitating the surface precision optimization. Analytical solutions for displacements of the reflector are derived. An iteration method of initial reflector profile solution is stated and a finite element (FE) software employed in the solution is presented. A case study is illustrated to make a comparison between numerical and theoretical analyses. Finally, the conclusions are drawn that the analytical method and the FE iterative method for initial profile solution are feasible and efficient.     

基于在轨热环境的可展开天线反射面精度调整技术

随着宇航事业的发展,网状展开天线的尺寸越来越大,对形面精度要求越来越高(特别是高频段),在轨热环境与地面调整点的热环境差别大,必须采用基于在轨热环境的网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。就在轨热环境下的辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨,给出了计及在轨热环境的网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤,并对某样机进行了调整计算。计算结果表明,文中的分析、公式、方法是正确的,可行的。     

辐射计反射面天线面形精度对其主波束效率影响研究

以FY-3卫星微波成像仪天线为模型,对反射面天线面形精度对天线主波束效率的影响进行了分析。提出基于数值拟合法的公式,用GRASP软件半物理仿真结果,修正Ruze公式关于面形精度影响因子的表达式,实现了工程中天线主波束效率快速估算。该方法减小了Ruze公式中由于假设口径场等幅同相分布引起的计算误差,采用该方法后计算精度可控制在1%以内。最后针对多馈源共用反射面的辐射计天线提出了分区域分析面形精度的方法。     

主控格栅反射器基体结构/压电作动器参数集成优化设计

为提高反射器形面控制能力和减小在轨热变形，本文以锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)驱动的主控格栅反射器为研究对象，开展反射器基体结构和PZT压电作动器参数的集成优化设计研究。首先，建立主控格栅反射器有限元模型并通过实验验证了有限元模型的正确性。然后，以形面控制能力最大和热变形最小为目标函数，以设计变量上限、下限和结构基频为约束，采用遗传算法(GA)和非支配排序遗传算法(NSGA II)求解。最后，给出多个仿真算例的优化结果。仿真结果表明，控制能力最大的单目标优化，其热变形远大于控制能力，多目标的帕累托(Pareto)最优前沿可以给出更合理的设计方案。通过优化设计可以显著提高形面控制能力和减小热变形。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

基于Zernike拟合的三反射面天线赋形设计

多反射面天线系统受空间、位置和尺寸等因素的影响,其主反射面口面存在相位差,从而导致天线辐射性能下降,文章提出了一种利用Zernike多项式赋形多个反射面的方法,通过对副反射面赋形,在主反射面口面得到期望的幅度相位分布。该方法利用Zernike拟合来处理反射面间的光程差,并将主反射面作为固定面,根据几何光学法和光程条件,在Matlab中建立副反射镜初始模型,通过遗传算法优化Zernike系数调整光程差,对副反射镜面形进行优化设计,避免了复杂的微分计算。使用Grasp仿真软件对设计的三反射面天线系统进行了分析,计算表明,与未赋形的三反射面天线相比,赋形反射面天线系统主波束效率提升了10.67%,达到95%以上,验证了该赋形方法的可行性及对天线系统性能提升的有效性。     

星载赋形反射面数传天线优化设计

为了使星载赋形反射面数传天线的波束形状满足设计要求,应用Minimax算法对其进行了优化设计。首先基于几何光学原理得到反射面中截线的初始形状,然后采用Newton插值函数对中截线进行拟合并把插值函数的系数作为优化变量,最终利用Minimax算法对优化变量进行调整来使获得理想的赋形波束。通过对一个X波段赋形反射面天线优化结果的分析及与基于几何光学原理综合算法所得结果的对比,表明此方法的有效性和优越性。数值仿真结果表明：该方法能够保证覆盖角域内任意一点的增益均高于设计指标要求。     

天线形变对风云卫星遥感图像的影响

为探究反射面天线形变对风云卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)的亮温图像质量的影响,运用基于表面电流积分的物理光学方法计算天线辐射方向图,探究不同形式反射面天线形变下天线辐射特性的变化规律。结合MMSI的亮温图像的处理结果,评价图像质量的变化。实验结果表明:反射面天线的形变面积、形变位置和副反射面晃动发生变化时,天线的主瓣增益、副瓣电平和波束宽度等关键指标发生规律性变化,对MMSI的亮温图像质量产生不同形式的影响。当反射面天线的形变面积增大时,天线的主瓣增益减小,副瓣电平升高,进一步导致分辨率降低,噪声水平升高,亮温图像质量变差。     

Environmental effects on the dynamics and control of an orbiting large flexible antenna system

The environmental effects on a proposed large flexible space structure, namely, the Hoop/Column antenna system are studied. Mathematical models for the disturbances resulting from the interaction of solar radiation pressure with the vibrating and also thermally deformed antenna structure are developed. Expressions for the stabilizing gravity-gradient torques are also obtained. The uncontrolled transient response of the antenna system shows that the structure may tumble in orbit due to the expected disturbances. Linear quadratic regulator techniques are used to develop control laws for the actuators which could provide both shape and orientation control. The controlled response of the system is simulated for various initial conditions. The steady state rms pointing accuracy and the antenna surface accuracy are met in all the cases considered here. In order to reduce the control effort required to maintain the shape and orientation, the thermal deformations will have to be minimized. In the preliminary design of the system, materials should be considered which have a higher thermal conductivity and a lower coefficient of linear expansion, within cost constraints.     

激光刻蚀技术及其在航天器天线制造中的应用

以可实现频率复用、高灵敏度和低噪声的航天器先进固面天线反射器(极化和频率敏感反射器等)为例,主要介绍了利用镀膜/激光刻蚀技术进行反射器表面高精度金属薄膜图形制作过程中的关键技术问题和解决措施,同时简要介绍了已尝试过的三维曲面高精度薄膜图形制作技术和激光刻蚀技术的现状和发展方向。     

面向大型反射面天线结构的机电综合设计与分析系统

针对天线机电分离设计的现状,研究了天线机电综合集成技术和天线组合结构理论, 并采用精确PO法分析天线远区辐射电场,建立了面天线参数化设计的层次结构,解决了由背 架、反射面和中心体等组成的组合结构网格自动划分难题,研制了天线结构分析与电磁计算 综合集成系统。实现了天线虚拟样机的参数化设计、机电性能分析与判断,可获得天线位移 云图、应力云图与电场方向图等准确的重要指标信息。该系统可用来指导天线结构设计人员 的工作,改进天线设计手段和方法,提升设计分析质量,达到缩短设计周期、降低设计成本 的目的。     

周边式桁架可展开天线的形面调整

本文针对周边式桁架可展开天线进行了基于优化方法的网面调整。以纵向调节索调节力的大小为设计变量，网状反射面的均方根误差为目标函数，应力和频率为约束条件，建立了形面调整的优化数学模型，并用遗传算法对网面调整进行了优化、仿真。数值结果表明：基于优化方法的网面调整是可行的，对工程应用具有一定的指导意义。     

晴空环境下的地基面天线多场耦合分析及试验

大口径高频段的地基面天线在晴空环境下的热变形对电性能影响明显。针对这一问题,首先     

In-orbit deployment characteristics of large deployable antenna reflector onboard Engineering Test Satellite VIII

This paper describes design, ground testing, an in-orbit experiment, and a novel in-orbit operation for large deployable antenna reflectors (LDRs). Two LDRs (TX-LDR for transmitting and RX-LDR for receiving) are installed on Engineering Test Satellite VIII (ETS-VIII). The reflector design features that the antenna reflector whose aperture is 13 m in diameter (the mechanical dimension is ) consists of 14 basic modules, and each basic module consists of a gold-plated molybdenum mesh, a system of cables, and a deployable frame structures. Several ground tests had been performed using a modular nature to advantage. Prior to the launch of ETS-VIII, we performed an in-orbit deployment experiment using LDREX-2 which consists of seven half-scale modules of LDR, to confirm evaluation accuracy. The LDREX-2 was launched by ARIANE 5 launch vehicle as a piggy-back payload. Deployment characteristics were measured to evaluate the accuracy of analytical prediction obtained by ground deployment testing. ETS-VIII was launched by H-IIA launch vehicle on 18 December 2006. After the successful injection into Geo Synchronous Orbit, the RX-LDR and the TX-LDR were successfully deployed on December 25th and 26th, respectively. We confirmed adequacy of the proposed design and ground verification methodology.     

极化扭转技术在毫米波天线中的应用

本文简述了极化扭转反射器的工作原理，将极化扭转技术应用到毫米波天线中去的几个主要应考虑的因素；探讨了在倒置卡塞格伦天线中主、副反射面上栅条的成型技术；在经过优化设计基础上对加工而成的毫米波天线进行了测试，给出实测结果并对结果进行了分析。     

星载高精度反射面模具型面补偿设计方法

为满足高通量卫星对反射面高精度型面和低成本要求，从碳纤维蜂窝夹层结构反射面在固化成型过程中的固化收缩变形角度出发，根据模具型面补偿原理，提出了反射面模具型面补偿设计方法，并基于六面体单元有限元模型和三维正交各项异性材料属性及三点边界约束方法进行了试验验证。试验结果表明，通过型面补偿后的铸铁模具加工得到的两米口径反射面型面精度达到0.096mm均方根（root mean square,RMS），为模具型面补偿和高精度反射面提供了参考。