一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法与流程

本发明属于星载平面阵，尤其涉及一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法。

背景技术：

1、以平面阵为代表的阵列天线具有更多的设计自由度、可扩展性和工程可实现性，是目前星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,sar)最常用的天线形式，平面阵天线多采用展开机构进行连接，以适应发射阶段运载工具有限的收拢包络，入轨后进行展开，实现大的工作尺寸。展开机构解决了天线板的收拢问题，但同时也会降低展开后平面阵的平面度。

2、上海航天设备制造总厂有限公司马玉环等人于2018年公开的一种平面度测量的柔性装置(cn201810558023.2)中，提供了一种平面度测量的柔性装置，借助大量探针获取被测平面的高度信息，从而可快速计算出平面度数值，该专利侧重于平面度的测量手段，未涉及平面度的评估方法。在平面阵平面度计算和测试方面，南京国睿防务系统有限公司刘炳辉等人于2021年公开了一种典型高精度雷达结构精度设计与实现方法(《一种典型高精度雷达结构精度设计与实现方法》cn202111443099.9)，对结构不同精度误差影响因素进行全面分析与计算，并给出各结构精度分配、测量与标定的技术实施路线，降低雷达系统研制难度与高精度装配要求，但该方法更侧重于影响因素的梳理和指标分配，对展开装置指标的可实现性和计算方法未涉及。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，具有计算快速、高保真的优点，特别适合于可展开平面阵天线的平面度计算和评估。

2、一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，包括以下步骤：

3、选取组成待展开平面的各天线板的长度和宽度、相邻天线板之间的旋转轴线绕y轴与x轴的等效重复精度、与卫星连接的天线板上布置的可展开斜支撑绕y轴与x轴的等效重复精度、展开状态下相邻天线板之间的间距作为设计量；

4、在假设相邻天线板之间的旋转轴线绕y轴与x轴的等效重复精度、与卫星连接的天线板上布置的可展开斜支撑架绕y轴与x轴的等效重复精度为最坏值的条件下，获取设计量与各天线板的四个角点在展开时能够达到的极限位置坐标之间的关联关系；其中，x轴沿待展开平面的长边方向，y轴沿待展开平面的短边方向；

5、根据所述关联关系获取各天线板的四个角点在展开时能够达到的极限位置坐标后，采用最小二乘法对所有极限位置坐标进行拟合，得到极限位置拟合平面；

6、获取各极限位置坐标与极限位置拟合平面之间的距离，将距离最大值与距离最小值之间的差值作为待展开平面的平面度。

7、进一步地，与卫星连接的天线板的四个角点的极限位置坐标为：

8、

9、其中，[x1 y1 z1]与卫星连接的天线板的四个角点的极限位置坐标矩阵，s为展开状态下相邻天线板之间的间距，b为组成待展开平面的天线板的宽度，φ1为与卫星连接的天线板上布置的可展开斜支撑绕x轴的等效重复精度，θ1为与卫星连接的天线板上布置的可展开斜支撑绕y轴的等效重复精度，l1为与卫星连接的天线板的长度；

10、第二块以后的天线板的四个角点的极限位置坐标为：

11、

12、其中，i＝2,3,…,m，m为组成待展开平面的天线板的数量，[xi yi zi]为第i块天线板的四个角点的极限位置坐标矩阵，[x(i-1)4 y(i-1)4 z(i-1)4]为第i-1块天线板的右下角点的极限位置坐标，li为第i块天线板的长度，θi为第i块天线板与第i+1块天线板之间的旋转轴线绕y轴的等效重复精度，φi为第i块天线板与第i+1块天线板之间的旋转轴线绕x轴的等效重复精度。

13、进一步地，待展开平面由天线板ⅰ201、天线板ⅱ202、天线板ⅲ203和可展开斜支撑204组成，天线板ⅰ与卫星星体通过铰链连接，天线板ⅰ201和天线板ⅱ202为铰链相连，天线板ⅱ202和天线板ⅲ203铰链相连。

14、进一步地，可展开斜支撑204绕y轴的等效重复精度为0.003°，绕x轴的等效重复精度为0.001°；天线板ⅱ202与天线板ⅰ201之间的铰链线处绕y轴的等效重复精度为0.05°，天线板ⅱ202与天线板ⅰ201之间的铰链线处绕x轴的等效重复精度为0.001°；天线板ⅲ203与天线板ⅱ202之间的铰链线处绕y轴的等效重复精度为0.05°，天线板ⅲ203与天线板ⅱ202之间的铰链线处绕x轴的等效重复精度为0.001°，l1＝l2＝l3＝750mm，b＝500mm，s＝10mm。

15、进一步地，将组成待展开平面的天线板简化为刚体，并忽略天线板的柔性和不平度对平面阵的影响、忽略相邻天线板之间沿着旋转轴线方向的位移、忽略天线板厚度的影响。

16、有益效果：

17、1、本发明提供一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，通过选取天线板长度和各旋转铰链的重复精度等参数为设计量，假设等效重复精度为最坏值的条件下获取了展开状态下各天线板角点极限位置坐标值与设计量的关联关系，并基于关联关系计算每块天线板角点能到达的极限位置；最后采用最小二乘法对得到的极限位置坐标点进行平面拟合，并计算各极限位置坐标点与拟合平面之间的距离，由此计算平面阵的平面度；由此可见，本发明采用最坏情况法进行分析，分析结果具有足够的裕度，可信度高；同时，本发明将可展开斜支撑架的展开精度折算为旋转轴线处的等效精度，降低了系统的复杂度，提高了计算效率。

18、2、本发明提供一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，在假设等效重复精度为最坏值的条件下给出了展开状态下各天线板角点极限位置坐标值与设计量之间关联关系的定量关系式，能够快速且准确的计算出平面度数值。

19、3、本发明提供一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，考虑铰链轴线两个方向引入的误差，将天线板等效为平面，使得本发明在计算结果保真的前提下，具有计算量小等优点。

技术特征：

1.一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，其特征在于，与卫星连接的天线板的四个角点的极限位置坐标为：

3.如权利要求1所述的一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，其特征在于，待展开平面由天线板ⅰ(201)、天线板ⅱ(202)、天线板ⅲ(203)和可展开斜支撑(204)组成，天线板ⅰ与卫星星体通过铰链连接，天线板ⅰ(201)和天线板ⅱ(202)为铰链相连，天线板ⅱ(202)和天线板ⅲ(203)铰链相连。

4.如权利要求3所述的一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，其特征在于，可展开斜支撑(204)绕y轴的等效重复精度为0.003°，绕x轴的等效重复精度为0.001°；天线板ⅱ(202)与天线板ⅰ(201)之间的铰链线处绕y轴的等效重复精度为0.05°，天线板ⅱ(202)与天线板ⅰ(201)之间的铰链线处绕x轴的等效重复精度为0.001°；天线板ⅲ(203)与天线板ⅱ(202)之间的铰链线处绕y轴的等效重复精度为0.05°，天线板ⅲ(203)与天线板ⅱ(202)之间的铰链线处绕x轴的等效重复精度为0.001°，l1＝l2＝l3＝750mm，b＝500mm，s＝10mm。

5.如权利要求1～4任一权利要求所述的一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，其特征在于，将组成待展开平面的天线板简化为刚体，并忽略天线板的柔性和不平度对平面阵的影响、忽略相邻天线板之间沿着旋转轴线方向的位移、忽略天线板厚度的影响。

技术总结
本发明提供一种基于最坏情况法的可展开平面阵的平面度评估方法，通过选取天线板长度和各旋转铰链的重复精度等参数为设计量，假设等效重复精度为最坏值的条件下获取了展开状态下各天线板角点极限位置坐标值与设计量的关联关系，并基于关联关系计算每块天线板角点能到达的极限位置；最后采用最小二乘法对得到的极限位置坐标点进行平面拟合，并计算各极限位置坐标点与拟合平面之间的距离，由此计算平面阵的平面度；由此可见，本发明采用最坏情况法进行分析，分析结果具有足够的裕度，可信度高；同时，本发明将可展开斜支撑架的展开精度折算为旋转轴线处的等效精度，降低了系统的复杂度，提高了计算效率。

技术研发人员：盛聪,刘志全,黎彪,从强,李潇,张朴真,张书洋,张从发,徐燕菱,苏周,刘金童,邱慧
受保护的技术使用者：北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14