格栅反射器型面的主动控制

为了提高天线反射器的型面精度,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,对该结构的力学建模方法和形状控制方法进行了研究。首先,建立了格栅反射器、PZT压电作动器一体化有限元模型。然后,采用影响系数矩阵法,以均方根误差最小为目标建立反射器型面主动控制优化模型,并通过最小二乘法求解作动器的最优控制律。最后,搭建了格栅反射器主动控制实验系统,以旋转抛物面为目标型面进行实验研究。实验结果表明,经主动控制后反射器型面精度提高了将近50%,且与仿真结果吻合较好,验证了一体化有限元建模方法的准确性和控制方法的有效性。     

柔性天线面对漂浮基星载天线扰动分析及抑制

 为了研究柔性天线面弹性变形对漂浮基星载天线的扰动,采用固定界面模态综合法和Lagrange方法,通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,其所建立的动力学模型计算效率高并具有足够的精度。分析了柔性天线面弹性变形对星载天线的扰动,利用PD+振动力反馈控制抑制系统振动,并基于Lyapunov方法证明了控制系统的渐近稳定性。仿真结果表明：天线工作过程激起了柔性天线面弹性振动,进而引起星载天线的抖动,严重影响了星载天线的指向精度;利用其控制策略能快速抑制系统振动。结论对天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

激波绕射触发爆震波的试验研究

在单爆震试验平台上对激波绕射触发爆震波的特性进行了试验研究.针对不同的激波反射器结构尺寸,测量了爆震管内气体压力变化历程及火焰传播速度,获得了不同工况下激波绕射触发爆震波的特性.结果表明:激波反射器对爆震波的形成有促进作用,并取决于反射器中的反射锥及反射孔板的结构与尺寸;在反射锥堵塞比一定的情况下,存在最佳反射锥锥角使得爆震波的形成距离最小;而反射锥与反射孔板的间距增大,爆震波形成距离增大,一旦形成稳定的爆震波后,反射器对爆震波压力的影响不大.      

CFRP反射器型面主动控制和作动器位置优化

研究了运用压电陶瓷作动器对碳纤维增强复合材料（CFRP）格栅反射器的型面主动控制。首先,采用了一种具有独立电压自由度的梁单元,以及考虑高阶剪切变形的板单元,对主控格栅反射器进行有限元建模;运用能量变分哈密尔顿原理推导了主控格栅反射器的有限元控制方程,并给出了反射面型面残余均方根（RMS）误差最小的电压最优控制方法。然后,研究了在典型载荷下,反射面残余RMS误差最小的PZT作动器位置分布的优化配置问题;提出了一种将遗传算法和梯度投影方法相结合的改进优化方法,用来求出在限定作动器数量的条件下,作动器几何位置的优化配置,使控制后反射面的残余RMS误差最小;给出的数值算例验证了方法的正确性和有效性。最后,研制了格栅反射器型面主动控制的实验样机,针对反射器的初始制造误差进行了型面主动控制,验证了控制方法的可行性和有效性。     

环形射流喷口位置对激波聚焦起爆的影响分析

为了研究环形射流喷口位置对激波聚焦起爆爆震的影响,以氢气和空气混合物为例,对不同环形射流喷口位置条件下的激波聚焦起爆过程进行了数值模拟。结果表明,随着喷口距凹壁面距离L增大,直接聚焦起爆和凹壁面反射起爆所需的临界入射压力逐渐增大,相应的聚焦时刻会滞后,形成焦点的位置距凹壁面越远。     

基于衍射光栅的光纤光栅传感器解调系统研究

研究并实现了一种基于双衍射光栅的光纤布拉格光栅（FBG）传感器解调系统。该解调系统的光路由准直镜、衍射光栅、柱面反射镜和光电探测器等器件组成。通过准直镜后不同波长的平行光束经过衍射光栅后在空间展开,通过柱面反射镜聚焦在光电探测器成像面上。该光路通过采用两块衍射光栅的方法在减小解调系统尺寸的同时提高光学空间分辨力,采用线阵探测器替代扫描机构从而简化系统结构。从理论上分析了光束经过该系统后的空间光强分布,根据光强的高斯分布采用多项式拟合的方法实现了反射光谱峰值定位算法。通过与高精度光谱仪的测量结果对比表明,该解调方法具有较高的波长解调精度和稳定性。     

Influence and experiment of cable-net manufacturing errors on surface accuracy of mesh reflector antennas

Cable-net structures are of substantial importance in the construction of large mesh reflector antennas. Owing to the inevitable errors in their manufacturing process, the reflector surface accuracy deteriorates. This study makes a comprehensive investigation of random manufacturing errors during constructing the mesh reflector antennas, and analyze its influence on reflector surface accuracy. Firstly, the sensitivity of reflector surface accuracy with respect to the random errors of the unstressed cable length is mathematically deducted. Secondly, a non-button connecting method is proposed and analyzed to reduce manufacturing errors. Thirdly, two physical experiment models based on 2.62-meter mesh reflector antenna are made. Finally, numerical examples and experimental tests are given to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Compared with the traditional method, the proposed method can effectively reduce the influence of the manufacturing errors on the reflector surface accuracy. Moreover, the reduction in the sizes of the nodes also reduces the risk of entanglement of the mesh reflector antenna during the deployment process, and thereby improves the deployment reliability.     

基于CAD模型的碳纤维复合材料天线反射面精度测量

针对天线反射面研制过程中的精度测量,提出一种基于CAD模型的自动测量技术和反射面数据处理技术的精度测量方法。在测点均匀布局规划和工件与模型对齐的基础上,自动获取反射面的完整测量数据,利用最优化算法使实测数据和理论模型达到最佳匹配,实现反射面面形精度的准确评价并获得变换矩阵。最终通过偏差矢量图表达天线反射面的面形偏差趋势,并利用获得的变换矩阵修正加工基准,有效保证了反射面的成型精度和加工精度,工程应用表明该方法较好地满足了反射面制造过程中的测量需求。     

极化滤波反射面隐身天线研究

介绍了一种极化滤波反射面天线,将天线工程中的周期结构反射面技术应用于解决飞行器天线的RCS问题,采用由金属丝栅网构成的周期结构作为天线主反射面,使其对正交极化的来波具有良好的透射性,从而降低了天线的RCS。给出了此天线辐射方向图和雷达散射截面(RCS)的实测结果,并与普通金属反射面天线的结果进行了比较。     

喷管结构形式对两级PDE性能的影响分析

为了研究喷管结构形式对两级 PDE 性能的影响及作用规律,以氢气和空气混合物为例,采用 FLUENT 软件中的 k-ε湍流模型,使用非平衡壁面函数、PISO 算法及基于梯度的动态自适应网格加密方法,对收敛、扩张、收扩等不同喷管结构形式的凹面腔内环形向心射流聚心碰撞产生激波会聚起爆爆震波的过程进行了数值模拟,并对两级脉冲爆震发动机产生的推力和冲量进行了计算。通过对不同时间点凹面腔产生的推力和冲量、喷管产生的推力和冲量、两级 PDE 总的推力和冲量三者之间的对比和分析,发现凹面腔产生的推力和冲量是两级 PDE 总的推力和冲量的主要来源,不同喷管结构形式对两级 PDE 推力和冲量性能的影响有较大的差别。以冲量为例,收敛喷管可以提高凹面腔的冲量,但是由于自身同时产生过多负的喷管冲量,因而总冲量较小;扩张喷管虽然对凹面腔冲量的提高作用不大,但是由于其自身可以提供正的喷管冲量,所以总冲量较大;收扩喷管的收敛段也可以较小幅度的提高凹面腔冲量,但同时产生的负喷管冲量会和扩张段产生的正喷管冲量发生抵消,使总的喷管冲量比较低,发动机总冲量也较小。综合考虑各方面因素,扩张喷管性能最优。可见在两级 PDE 喷管结构形式的选择上,要同时考虑凹面腔冲量和喷管冲量,权衡两者,才能选择出合适的喷管。     

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

Reflector antenna analysis by simple photography

The performance of a conventional microwave parabolic dish reflector can be estimated from a 35 mm photo, which is taken when the dish is illuminated by a small light bulb mounted at its feed point. Both random surface errors, structural deformations and feed positioning problems can be analyzed. If only go/no go-information is needed, no optical interferometry is necessary     

基于激光扫描和计算机视觉的无人机全天候自主着陆导引技术

为了解决基于GPS导航的无人机受他国控制和易受干扰的潜在危险问题,提出以GPS导航系统为主,以捷联惯性导航结合主动式红外激光扫描定位及计算机视觉识别着陆跑道为辅的无人机导航和着陆精确导引新技术,实现无人机全天候的自主精确着陆。提出了该技术的具体工作原理和工作过程,对激光扫描系统的工作原理和扫描模型及扫描参数的确定、着陆点的激光反射装置的确定、着陆点坐标与着陆跑道方向的确定问题和防止发生由其它反射物或红外光源误导的措施等问题进行了分析和研究。     

偏焦偏置抛物面多波束天线的分析与设计

以口径场法为基础对偏置抛物面天线进行建模分析,可方便有效地计算馈源数目任意、馈源放置位置任意的偏置抛物面天线的方向图。通过优化对馈源位置进行调整,使得各波束的性能达到设计的要求,最终实现多波束天线。绕特定的轴旋转馈源阵列,可以实现更大空间的扫描。     

阶跃光纤端面球透镜耦合的最佳耦合效率

采用光纤端面球透镜耦合方式,是提高半导体光源与阶跃折射率光纤之间耦合效率的简单实用的方法。对半导体光源与阶跃折射率光纤之间,采用光纤端面球透镜耦合方式的耦合效率进行了深入研究,得出了最大耦合效率及对应的球透镜最佳半径的计算公式。     

Ground Radiation Pattern Generated by High-Altitude Reflectors

A method is given to calculate the shape a high-altitude reflector must have to produce any intensity distribution inside the illuminated ground area. The method consists of setting up and solving a differential equation appropriate to the required ground intensity distribution. Cylindrical and spherical mirrors are discussed in detail, and mirror shapes for producing a particular type of uniform ground illumination are derived. These shapes approach paraboloids in the limit when the mirror altitude is much greater than the diameter of the illuminated area.     

Novel array-feed distortion compensation techniques for reflectorantennas

Degradation of antenna performance by reflector surface distortion, which lowers gain and increases sidelobe levels, is addressed. Distortion compensation concepts based on the applications of properly matched array feeds are presented. Results of conceptual developments, numerical simulations, and measurement verifications are presented in support of this approach, with particular attention to the measurement technique. It is shown that the concept is most useful for overcoming the deterioration effects of slowly varying surface distortions, which would make the method very useful for future large space and ground antennas. It is further shown that for a typical, slowly varying thermal or gravitational surface distortion, a 19-element array feed can improve the reflector performance considerably     

Form-finding methods for deployable mesh reflector antennas

Deployable high-frequency mesh reflector antennas for future communications and obser- vations are required to obtain high gain and high directivity. In order to support these new missions, reflectors with high surface accuracy are widely required. The form-finding analysis of deployable mesh reflector antennas becomes more vital which aims to determine the initial surface profile formed by the equilibrium prestress distribution in cables to satisfy the surface accuracy requirement. In this paper, two form-finding methods for mesh reflector antennas, both of which include two steps, are pro- posed. The first step is to investigate the prestress design only for the cable net structure as the circum- ferential nodes connected to the supporting truss are assumed fixed. The second step is to optimize the prestress distribution of the boundary cables connected directly to the supporting truss considering the elastic deformation of the antenna structure. Some numerical examples are carried out and the simulation results demonstrate the proposed form-finding methods can warrant the deformed antenna reflector surface matches the one by design and the cable tension forces fall in a specified range.     

Multimode adaptive signal processing: a new approach to GMTI radar

We show how a single reflector antenna with a multimode feed horn can be used in a ground moving target indication (GMTI) radar. In particular, we demonstrate the simultaneous detection and estimation of angular location of a ground moving target via adaptive cancellation of ground clutter