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环境风载荷下大口径反射面天线波束指向分析 被引量:1
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作者 栾天 薛松 +7 位作者 连培园 余佳恒 杜雨轩 王猛 赵武林 卢波 许谦 王从思 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期98-106,共9页
大口径反射面天线是深空探测、卫星通信的关键设备。为了不断提高观测性能,天线口径不断增大,进而对天线指向精度的要求越来越高。随着天线口径的增大,天线的刚度降低、迎风面积增大,这会导致天线的柔性变形严重,性能难以保证。为探究... 大口径反射面天线是深空探测、卫星通信的关键设备。为了不断提高观测性能,天线口径不断增大,进而对天线指向精度的要求越来越高。随着天线口径的增大,天线的刚度降低、迎风面积增大,这会导致天线的柔性变形严重,性能难以保证。为探究环境风载荷下大口径反射面天线的柔性变形对电性能的影响,提出了一种天线波束指向分析模型。首先,利用计算流体力学方法对天线表面的风压分布情况进行了数值模拟,得到了天线表面的风压系数。然后,利用风压系数与风速无关的特性,分析了不同风速工况下天线结构变形的规律。最后,根据天线结构变形的特点,分析了天线在不同工作状态下的增益损失、指向偏差等的变化规律。结果表明,所提出的模型可以快速评估大口径反射面天线在风载荷下的变形情况和波束指向特性,这为后续的天线抗风结构设计与系统控制研究提供了理论指导。 展开更多
关键词 反射面天线 风载荷 风压系数 柔性变形 波束指向特性
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大口径射电望远镜伺服时滞因素分析及其预测补偿控制
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作者 朱学利 薛松 +5 位作者 冯宇 连培园 伍洋 许谦 孔德庆 王从思 《电子机械工程》 2024年第3期43-49,共7页
射电望远镜控制系统是一个多变量复杂系统,伺服系统中的摩擦、齿轮间隙等众多时滞因素严重影响着射电望远镜系统的精度和稳定性。文中针对大口径射电望远镜伺服控制系统中的时滞因素进行研究。以模型预测控制(Model Predictive Control,... 射电望远镜控制系统是一个多变量复杂系统,伺服系统中的摩擦、齿轮间隙等众多时滞因素严重影响着射电望远镜系统的精度和稳定性。文中针对大口径射电望远镜伺服控制系统中的时滞因素进行研究。以模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)为主控器,利用模糊比例-积分(Proportional-Integral,PI)控制结合Smith预估器解决时滞因素带来的影响,并利用所提出的控制方法对射电望远镜的位置控制系统进行时域分析。研究结果表明,在时滞因素影响下,大口径射电望远镜伺服控制系统依旧可以保持稳定,超调量为0.6%,稳态误差小于0.15%,满足大口径天线1.39%的指向精度要求。 展开更多
关键词 大口径射电望远镜 模型预测控制 SMITH预估器
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混合面板反射面天线促动器布局与结构优化设计
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作者 连培园 韩雪 +5 位作者 赵海义 姚亮 薛松 陶友瑞 孔德庆 王从思 《电子机械工程》 2024年第3期22-27,共6页
文中针对大型主动主反射面天线在满足工程精度要求时存在形面精度冗余和成本高昂的问题,提出一种主动面板和非主动面板混合安装的反射面天线设计思想。首先,基于反射面变形区间安装主动面板和非主动面板,分析混合面板反射面天线的形面... 文中针对大型主动主反射面天线在满足工程精度要求时存在形面精度冗余和成本高昂的问题,提出一种主动面板和非主动面板混合安装的反射面天线设计思想。首先,基于反射面变形区间安装主动面板和非主动面板,分析混合面板反射面天线的形面调控策略;然后,分别以天线质量为约束、以天线形面精度为目标以及以天线形面精度为约束、以天线质量为目标进行天线结构优化设计。结果,某35m反射面天线在满足精度要求的情况下背架结构质量下降了20.4%,在满足背架结构质量要求的情况下形面精度提升了18.7%。这充分证明了该设计思想在大口径、高精度反射面天线设计中的可行性和有效性。 展开更多
关键词 反射面天线 主动面板 反射面调整 促动器布局 结构优化
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主动主反射面天线促动器调整量计算与误差分析
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作者 蒋瑞琦 连培园 +5 位作者 陈四争 张银伟 薛松 陶友瑞 郑元鹏 王从思 《电子机械工程》 2024年第3期33-42,49,共11页
主动主反射面天线通过调整安装在面板下方的促动器来提高表面精度,现有的促动器调整量计算方法多数忽略了面板弹性变形对调整精度的影响。文中通过力学仿真模拟来表征促动器调整过程对面板自身弹性变形的影响。首先,构建单块反射面面板... 主动主反射面天线通过调整安装在面板下方的促动器来提高表面精度,现有的促动器调整量计算方法多数忽略了面板弹性变形对调整精度的影响。文中通过力学仿真模拟来表征促动器调整过程对面板自身弹性变形的影响。首先,构建单块反射面面板变形拟合模型,并对拟合模型的权重进行优化,进而推导出整个反射面的变形拟合模型;其次,考虑到实际工程中相邻面板共用促动器,因此对促动器编号进行归并,进而推导出相邻面板共用促动器时促动器最佳调整量的计算模型。为了验证面板变形拟合模型的计算精度,分别从拟合模型的变形表征能力和促动器调整量的计算精度两个方面开展仿真验证工作,并从促动器调整误差和促动器故障两个方面分析促动器调整误差对反射面调整精度的影响,为工程中评估促动器调整精度提供参考。 展开更多
关键词 主动主反射面天线 促动器调整量 变形拟合模型 误差分析
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多传感器信息融合的天线促动器故障诊断
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作者 薛松 潘成辉 +4 位作者 张子涵 连培园 赵武林 许谦 王从思 《电子机械工程》 2024年第3期9-16,共8页
促动器作为天线主动面的唯一调整装置,是保障天线反射面精度的关键部件,因此对促动器健康状态的监测至关重要。文中针对单个传感器诊断存在数据维度有限且现有工程数据稀缺的问题,提出了一种连续小波变换与组归一化并行卷积神经网络(Con... 促动器作为天线主动面的唯一调整装置,是保障天线反射面精度的关键部件,因此对促动器健康状态的监测至关重要。文中针对单个传感器诊断存在数据维度有限且现有工程数据稀缺的问题,提出了一种连续小波变换与组归一化并行卷积神经网络(Continuous Wavelet Transform-Group Normalization Parallel Convolutional Neural Networks,CWT-GPCNN)的故障诊断方法。首先建立CWT-GPCNN的故障诊断模型,引用组归一化技术加快网络收敛速度并提高诊断精度;然后通过评估超参数对模型性能的影响,确定诊断的最佳模型;最后,采用促动器传动系统实验数据集对所提方法进行验证,实验结果表明所建模型具有较好的泛化能力及多传感器融合的优越性。文中对多传感器融合与单传感器的诊断性能进行了比较,结果证明了多传感器融合诊断的优越性。此外,还对CWT-GPCNN模型与其他3种信息融合模型进行了比较。CWT-GPCNN模型的准确率高达93%,表明它具有良好的诊断性能。 展开更多
关键词 大口径天线 促动器 多传感器信息融合 故障诊断
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基于机电耦合的反射面天线副面位置调整方法 被引量:15
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作者 项斌斌 王从思 +3 位作者 王伟 连培园 张树新 保宏 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期489-497,共9页
为了更加直接有效地通过调整副面位置来提高双反射面天线的电性能,基于机电耦合思想,建立了副面位置调整量与远场电性能间的直接关系式,分析了副面横向和纵向位置偏差的影响。采用优化方法建立了副面位置调整量优化模型,获得了多个仰角... 为了更加直接有效地通过调整副面位置来提高双反射面天线的电性能,基于机电耦合思想,建立了副面位置调整量与远场电性能间的直接关系式,分析了副面横向和纵向位置偏差的影响。采用优化方法建立了副面位置调整量优化模型,获得了多个仰角时的副面最佳位置。为实现全仰角范围副面位置的实时调整,对多个仰角副面位置调整参数进行了参数拟合。以26m天线为对象进行了案例分析,其结果表明采用文章所述方法能够直接有效地获得不同工况时的副面最佳调整参数,并实现电性能的最优化,对天线结构重力变形进行有效地主动补偿。 展开更多
关键词 双反射面天线 机电耦合 主动补偿 副面位置调整
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基于改进模糊综合评价法的射电望远镜可靠性评估 被引量:1
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作者 侯宇琪 薛松 +5 位作者 连培园 赵武林 许谦 李琳 孔德庆 王从思 《电子机械工程》 2022年第6期23-28,共6页
射电望远镜的可靠性问题广泛存在于射电望远镜设计、制造、正常工作等整个全寿命周期,对其子系统进行可靠性评估与可靠性指标分配是射电望远镜设计阶段的关键步骤。文中从射电望远镜的可靠性评估与可靠性指标分配出发,提出了一种基于粒... 射电望远镜的可靠性问题广泛存在于射电望远镜设计、制造、正常工作等整个全寿命周期,对其子系统进行可靠性评估与可靠性指标分配是射电望远镜设计阶段的关键步骤。文中从射电望远镜的可靠性评估与可靠性指标分配出发,提出了一种基于粒子群优化层次分析的模糊综合评价模型,并基于此模型从多指标综合模糊评价角度对射电望远镜的子系统进行了可靠性评估与可靠性指标分配。可靠性评估分配结果表明射电望远镜子系统中可靠性评估最低的是主反射面系统,需要根据评估结果分配较高的可靠性指标并针对性地提高其可靠性以提高系统的整体可靠性。 展开更多
关键词 射电望远镜 粒子群层次分析法 模糊综合评价 可靠性评估
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Gradient-based optimization method for producing a contoured beam with single-fed reflector antenna
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作者 lian peiyuan WANG Congsi +2 位作者 XIANG Binbin SHI Yu XUE Song 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2019年第1期22-29,共8页
A gradient-based optimization method for producing a contoured beam by using a single-fed reflector antenna is presented. First, a quick and accurate pattern approximation formula based on physical optics(PO) is adopt... A gradient-based optimization method for producing a contoured beam by using a single-fed reflector antenna is presented. First, a quick and accurate pattern approximation formula based on physical optics(PO) is adopted to calculate the gradients of the directivity with respect to reflector's nodal displacements. Because the approximation formula is a linear function of nodal displacements, the gradient can be easily derived. Then, the method of the steepest descent is adopted, and an optimization iteration procedure is proposed. The iteration procedure includes two loops: an inner loop and an outer loop. In the inner loop, the gradient and pattern are calculated by matrix operation, which is very fast by using the pre-calculated data in the outer loop. In the outer loop, the ideal terms used in the inner loop to calculate the gradient and pattern are updated, and the real pattern is calculated by the PO method. Due to the high approximation accuracy, when the outer loop is performed once, the inner loop can be performed many times, which will save much time because the integration is replaced by matrix operation. In the end, a contoured beam covering the continental United States(CONUS) is designed, and simulation results show the effectiveness of the proposed algorithm. 展开更多
关键词 REFLECTOR ANTENNAS SINGLE FEED contoured BEAM gradient-based optimization method.
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大型全可动射电望远镜结构设计进展与挑战
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作者 冯树飞 班友 +1 位作者 连培园 王伟 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期330-344,共15页
面对日益增长的射电望远镜口径和工作频率,如何满足复杂环境载荷下的望远镜性能,是大型全可动射电望远镜结构设计的难点。首先对射电望远镜的结构设计进行了概述,接着,回顾了国内外典型大型全可动射电望远镜的结构设计特点,展示了等刚... 面对日益增长的射电望远镜口径和工作频率,如何满足复杂环境载荷下的望远镜性能,是大型全可动射电望远镜结构设计的难点。首先对射电望远镜的结构设计进行了概述,接着,回顾了国内外典型大型全可动射电望远镜的结构设计特点,展示了等刚度思想下保型设计,以及机电一体化设计所取得的成功,最后,针对下一代大型亚毫米波射电望远镜所面临的超高精度挑战,结合研究现状,概述了保型拓扑优化设计、多组件耦合设计、光机电一体化设计、可靠性设计、机/结构创新设计以及精准建模等方向的研究趋势。 展开更多
关键词 射电望远镜 反射面天线 保型设计 机电一体化 环境载荷
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Hybrid-panel-based new design idea for large reflector antenna 被引量:1
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作者 lian peiyuan YAN YueFei +6 位作者 WANG CongSi QIN Long XUE Song WANG Na XU Qian ZHAO WuLin ZHENG YuanPeng 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期115-126,共12页
Large reflector antennas are widely used as radio telescopes and active main reflectors are generally applied to improve the surface accuracy. Considering that the high cost has been one important problem in engineeri... Large reflector antennas are widely used as radio telescopes and active main reflectors are generally applied to improve the surface accuracy. Considering that the high cost has been one important problem in engineering, it is worth discussing whether it is necessary to install actuators on all the panels. Thus, in this paper, a hybrid-panel-based new design idea for large reflector antenna is proposed. Assuming that the actuators are installed only in the region of the reflector with large deformations and there are no actuators in other region to reduce the actuator number, the surface accuracies and the corresponding electromagnetic(EM) performances calculated by three different panel adjustment strategies are compared. The most effective method is that the deformed reflector should be first preadjusted to reduce the gravity deformation and then the panels equipped with actuators should be adjusted to the locations determined by the best fitting reflector(BFR) derived by the deformed reflector with no actuators. A 35 m reflector antenna is adopted as an example to calculate the surface accuracy and EM performance when parts of the panels are equipped with actuators. The simulation results show that there is no need to install actuators on all panels and the presented method can greatly reduce the number of actuators with guaranteed surface accuracy. Thus, during the antenna structural design phase, once the surface accuracy requirement is given, the number of actuators can be minimized to reduce the manufacturing and maintenance costs as much as possible. This paper can provide valuable guidance for the design of an active main reflector with hybrid panels. 展开更多
关键词 reflector antenna hybrid panel actuator distribution adjustment strategy surface accuracy power pattern
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基于角度传感器的大口径射电望远镜面板实时位置计算方法 被引量:7
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作者 王从思 雷婷 +9 位作者 严粤飞 许谦 王娜 郑元鹏 杜彪 连培园 薛松 段玉虎 石禹 贾昱 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2019年第9期46-55,共10页
随着射电望远镜口径的扩大和工作频率的提升,望远镜结构更加复杂,望远镜效率与指向对结构变形也越来越敏感,采用传统的补偿方法已无法满足望远镜电性能的要求,因此有必要对望远镜主反射面进行主动调整来补偿电性能.但是现有的主动面调... 随着射电望远镜口径的扩大和工作频率的提升,望远镜结构更加复杂,望远镜效率与指向对结构变形也越来越敏感,采用传统的补偿方法已无法满足望远镜电性能的要求,因此有必要对望远镜主反射面进行主动调整来补偿电性能.但是现有的主动面调整技术并不能很好地满足实时性这一重要指标.为此,本文提出一种基于角度传感器的大口径射电望远镜面板面形实时计算方法,利用角度传感器的读数,快速实时地计算出面板的实际位置,为后续面板主动调整量的计算奠定基础,使电性能达到最优. 展开更多
关键词 大口径射电望远镜 面形检测 位置计算 角度传感器
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基于等效风场试验的QTT台址风场分布调控技术方案初探 被引量:4
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作者 王从思 王雪晴 +9 位作者 许谦 王娜 郑元鹏 杜彪 连培园 薛松 严粤飞 段玉虎 石禹 贾昱 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2019年第9期126-132,共7页
针对高频段大口径全向可动射电望远镜QTT对电性能的高要求,必须降低风扰动对天线的影响.本文分析了QTT台址地形地貌以及风场分布的特点,提出了一种主动降低天线所在区域风速的QTT台址风场分布调控技术方案,进一步搭建了用于QTT台址风场... 针对高频段大口径全向可动射电望远镜QTT对电性能的高要求,必须降低风扰动对天线的影响.本文分析了QTT台址地形地貌以及风场分布的特点,提出了一种主动降低天线所在区域风速的QTT台址风场分布调控技术方案,进一步搭建了用于QTT台址风场分布调控微缩模型的等效风场试验,通过试验数据分析,确定了QTT风场分布调控技术方案的可行性,并初步给出了经风场调控后,风速显著降低的区域范围以及风速降低的幅度,为QTT台址风场分布的调控提供了技术依据,从而可大大增加射电望远镜的有效观测时间. 展开更多
关键词 射电望远镜 反射面天线 风场分布 风场调控
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面向波束指向的高频段大口径天线服役性能调控技术 被引量:1
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作者 薛松 王从思 +10 位作者 连培园 王艳 许谦 王娜 赵武林 王志海 葛东明 郑元鹏 唐宝富 冷国俊 段宝岩 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第17期16-25,共10页
大口径高性能天线的电性能对外界复杂服役环境的干扰更加敏感,除了要保障机、电、热各学科本身的设计与制造水平之外,实现各学科的交叉融合下的服役性能调控也尤为重要。为解决大口径天线服役性能在工程实际中难以保障的难题,分别从大... 大口径高性能天线的电性能对外界复杂服役环境的干扰更加敏感,除了要保障机、电、热各学科本身的设计与制造水平之外,实现各学科的交叉融合下的服役性能调控也尤为重要。为解决大口径天线服役性能在工程实际中难以保障的难题,分别从大口径天线复杂服役环境下机电热耦合建模、服役环境状态信息传感布局与实时重构、基于多系统协同调控的机械/幅相综合性能补偿方法三个方面入手,综合调控大口径天线服役性能。在研究上述关键技术的基础上,结合工程应用需求,研发了大口径高性能天线状态监测与性能综合调控系统,在反射面天线、相控阵天线等典型工程对象中得到成功应用。工程应用结果表明,所提出的高频段大口径天线服役性能调控技术能够有效提升复杂环境下大口径高性能天线服役性能与可靠性,保障了大口径天线“看得更远、看得更清、看得更准、看得更稳”。 展开更多
关键词 大口径天线 机电热耦合 形面重构 综合调控 性能保障
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