(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210830214.6 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市雁塔区太白南 路2号 (72)发明人 张逸群　关怀　张瑞祥　何永喜　 胡乃刚　张家铖　熊吉川　刘顺畅　 杨建利　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 王丹 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/12(2006.01) (54)发明名称 面向天地一致性的索网天线型面预测调整 方法 (57)摘要 本发明公开了面向天地一致性的索网天线 型面预测调整方法， 本发明通过向修正数学模型 施加反向等效节点重力消除重力因素影响并且 对天线型面在高低温环境的变形状况进行预测 调整， 然后指导实物天线进行调整就能符合高低 温交替的太空环境， 保证索网天线在轨周期高低 温环境中工作性能的稳定性。 本发 明考虑地面环 境的重力因素对实物天线的地面调整的影响， 向 无重力的预测调整数学模型施加等效节点重力， 指导地面环 境实物天线调整， 使实物天线发射到 太空环境后型面精度能够达到预期值。 这种考虑 修正模型重力指导实物天线调整的方法操作简 便、 便于测量和调整， 避免了传统方法向实物天 线每次调整都需要重新施加反向重力的复杂过 程。 权利要求书4页 说明书9页 附图6页 CN 115292989 A 2022.11.04 CN 115292989 A 1.面向天地 一致性的索网天线型面预测调整方法， 其特 征在于： 具体包括如下步骤： 步骤1， 根据设计实物天线HM0时的理想天线建立有限元模型作为初始数学模型AM0， 测 量实物索网天线所有节点的位置 组合所有节点平衡方程， 得到索网天线自由节点的 平衡矩阵A3(n‑c)×m； 步骤2， 计算由步骤1得到的平衡矩阵A的秩rA， 得到独立自由模态数s1＝m‑rA， 计算挑选 出s1根索单元编号作为待测量索力索单元编号序列N1， 并将实物天线索力T分为待测量索力 T1和待求解索力T2， 待测量索力T1和待求解索力T2相对应的平衡矩阵分块 为A1、 A2； 步骤3， 测量实物索网天线HM0索单元编号序列 为N1的索力T1， 通过分块平衡方程计算待 求解索力T2： 步骤4， 令索网天线数学模型AM0的调整次数k1＝0， 记实物天线HM0初始索力 根据步骤1得到的实物索网天线节点位置 和实物天线索力 修改索网 天线数学模型中相应的节点位置为 修改初始数学模型的索力为 得到修正后的有限元 数学模型AM1， 则数学模型AM1和实物天线H M0保持一致； 步骤5， 基于修正后的数学模型AM1施加反向等效节点重力、 去除重力项得到失重模型 AM2， 其中反向等效节点重力为 ‑Gf， 采用有限元法计算索网天线变形后的平衡态， 则自由节 点位移向量表示 为： 其中， Kff、 Kfb为分块刚度方程， Ub为边界节点 位移； 步骤6， 星载天线的常温参考温度设置为Tc＝20℃， 将天线的工作温度区间[ ‑160℃,12 0 ℃]等分为15个温度工况， 分析每个温度T 工况下的有限元数学模型AM2的n1个型面节点与天 线工作抛物面的z向偏差列向量 计算型面节点均方根 误差 其中， n1表示反射面节点的个数， 其中 为AM2的型面节点 与天线工作 抛物面 之间的z向偏差列向量： 步骤7， 挑选最大型面误差 工况作为型面误差恶化最严重的工况温度 Tm， 记工 况温度Tm下的型面节点z向偏差列向量 为 计算该工况下索网天线的n1个型面节点 对调整索的敏度矩阵 采用敏度矩阵方法计算调整索的调整量 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115292989 A 2步骤8， 将调整量 施加到处于温度Tm的天线数学模型AM2， 然后恢复到常温Tc， 完成 一次预测调整； 令调整次数k1＝k1+1， 重新进行有限元 分析得到所有 工况温度下的型面节点 位移 计算各个温度工况 下的型面节点均方根 误差 步骤9， 若各个工况下最大的型面均方根误差符合设计工作要求 则 天线数学模型AM2的热变形满足高低温工况要求完成数学模型AM2在轨预测调 整， 否则返回 步骤7继续进行调整； 步骤10， 将完成预测调整的天线数学模型AM2恢复到常温Tc得到常温状态的天线数学模 型AM3， 施加等效节点重力载荷Gf映射到地 面环境， 得到地 面环境的映射数 学模型AM4； 步骤11， 令实物天线HM0的调整目标为地面 映射数学模型AM4， 令实物天线HM0的调整次 数k2＝0， 根据步骤4的修 正数学模型AM1计算敏度矩阵 步骤12， 计算修正数学模型AM1的节点相对于地面映射数学模型AM4的型面节点偏差 采用敏度矩阵 的广义逆计算调整索的调 整量： 式中， 为数学模型AM1的型面节点坐标， 为AM4的型面节 点坐标； 步骤13， 将调整量 同时施加到实物天线HM0和数学模型AM1上， 令调整次数k2＝k2+ 1， 更新调整后的数学模型AM1型面节点相 对于调整目标AM4的节点位置偏差 计算实 物天线HM0相对于调整目标AM4的型面节点均方根 误差 步骤14， 若型面节点误差满 足调整目标 则完成实物天线的调整， 否则返 回 步骤12继续进行调整。 2.根据权利要求1所述的面向天地一致性的索网天线型面预测调整方法， 其特征在于： 步骤1中， 根据设计实物天线的理想天线建立初始有限元数学模型， 实物天线由n个节点、 m 根索单元组成， 其中c个 固定节点， 索网天线型面的标记节点数为n1， 调整索单元m1根， 初始 型面误差为δ0， 实物天线的平衡矩阵A3(n‑c)×m为组合所有自由节点平衡方程中索力的系数矩 阵， 根据平衡索网天线中的任意 自由节点应满足x、 y、 z方向的力平衡方程， 其中自由节点i 的x方向为： 式中， Ci为与自由节点i相连的节点编号的集合， 索单元ij连接节点i、 j， Tij为索单元ij权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115292989 A 3