星载天线反射器形面主动控制研究现状与展望

星载天线是卫星系统的重要载荷,在远距离微波遥感、深空探测、军事侦查以及通信等领域起着决定性作用。随着天线频率和增益需求的不断提高,大口径、高精度成为星载天线主要发展方向。传统被动方法难以保证反射器在轨形面精度,而主动控制技术正成为解决这一问题的重要选择。介绍了天线反射器形面主动控制技术相关研究工作的进展,内容涉及形面主动控制方案、作动器技术、形面主动控制方法、高精度形面测量以及形面主动控制实验系统,分析总结了星载天线形面主动控制相关的关键技术,并对其发展进行了展望。

射电望远镜主动面促动器的电磁辐射分析

主动面控制技术是当前大口径、高精度射电望远镜广泛使用的主动补偿技术,其包含的促动器在补偿面形精度的同时也辐射电磁波并影响射电天文观测。文中结合目前研究现状,对极低电磁辐射要求下的促动器进行辐射源分析,重点针对促动器控制板上信号建立数学模型,并选取晶振回路计算,合理设定印制板及器件的参数,通过Ansys软件进行频域有限元分析,得到控制板晶振回路的辐射结果和规律。用近场测试验证了文中方法的有效性。该研究为促动器控制板的电磁兼容优化设计提供了验证方法,为降低主动面控制系统的电磁辐射奠定了基础。

基于主动控制面的大跨悬索桥颤振控制

针对目前主动控制面研究中存在的不足,通过风洞试验探讨了控制面扭转运动对主梁周围流场的干扰效应,按照现代控制理论对动态系统的描述方式,建立了主动控制面颤振控制的状态空间模型,并以一座主跨3 000m的悬索桥为工程背景,采用二次型最优控制算法对主动控制面系统的颤振控制效果进行了数值仿真分析,讨论了控制面颤振控制参与模态的选择方法,分析了控制面布置长度和作动器数量对其颤振控制效果的影响。研究结果表明:在控制面宽度为1/20梁宽,距离主梁3.0倍梁高时控制面扭转运动会对主梁周围流场特别是前部区域的压力脉动产生影响,但控制面振动所造成的那部分卓越脉动压力在总脉动压力中的比例不足10%,在控制面气动力模型中可以忽略干扰效应产生的气动力;相比于模态幅值比,依据模态能量比选择参与模态进行颤振分析更为有效;安装主动控制面后主跨3 000 m的悬索桥颤振临界风速提高了近1倍,且在0~80m·s-1风速范围内可能发生的颤振形态均得到了有效控制,控制面的颤振控制效果随其布置长度和作动器数量的增加而逐步提高;作动器超过2组以后,作动器数量虽不会进一步提高悬索桥颤振临界风速,但控制面可以被划分为更多独立的部分,控制系统的可靠性将得到进一步增强。

基于P-CS模型与数字孪生的星载天线反射器形面鲁棒性控制方法

星载天线反射器形面精度对其电磁性能影响至关重要,基于压电作动器的形面主动控制方法是保障反射器在轨服役期间形面精度的一个有效手段。本文考虑反射器结构在轨期间的材料属性时变不确定性,结合数字孪生技术提出了一种反射器形面鲁棒性主动控制方法。首先,将材料属性在概率-凸集模型(P-CS)下统一量化,并基于贝叶斯理论和位移监测实现数据驱动的模型动态更新;其次,以反射器结构面外位移鲁棒性作为结构形面精度不确定性评价指标,建立作动器电压布局优化模型,并用空间场函数描述电压布局形式,实现大规模离散设计变量的降维映射。该动态更新布局优化模型可分解为一系列序列子优化问题,基于代理模型优化算法进行求解。最后,将本文方法应用于六边形反射器形面主动控制问题中,分别讨论了施加不同种电压约束的情况,数值算例验证了本算法的有效性和适用性。

射电望远镜结构技术发展综述

综述天文学研究极致追求下单口径射电望远镜天线结构技术发展历史.更大的口径、更高的精度、更大的带宽,是射电望远镜一直以来的追求.早期大型射电望远镜受制于重力、温度、风等自然因素对望远镜的影响和当时的技术水平,只能在较低的工作频段进行观测.自Von Hoerner提出保型设计,射电望远镜在结构设计上突破了重力极限,在与以前望远镜同等条件下能实现更大口径和更高精度,这使得射电观测波段往更短的方向扩展.随着天文科学面向更短波段的毫米波和亚毫米波观测,仅通过结构保型设计的望远镜已无法满足需求,天线保护罩、主动面控制等手段应运而生.当前大型亚毫米波望远镜已成为国际天文界的迫切需求,即使上述手段发挥到了极限也无法达到其指标要求,因此必须在方法与技术上进行大的革新.