一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法

摘要

一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，属于星载大型可展开天线领域。该方式主要包括以下步骤：1)根据输入条件，将展开态反射面预装在整星星体上；2)平移反射面，并根据尺寸关系确定布局方式；3)初步确定反射面(收拢态和展开态)位置；4)优化展开臂、转接臂长度，确定反射面及馈源阵位置；5)进行天线视场检查；6)确定天线的反射面和展开臂展开方式。本发明计算方法简单有效，且详细给出了反射面展开方式。

权利要求

1.一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、测量反射面(2)与星体(1)之间的距离L0，测量星体(1)的单舱板面的允许臂管长度L20；

S2、根据运载包络确定反射面(2)的转接臂长度L1，确定反射面(2)与馈源阵(3)布局的位置关系；确定反射面(2)的展开区域，根据所述展开区域，确定展开臂(4)的根部的展开铰链的位置；

S3、根据S1中所述的距离L0、臂管长度L20、S2中所述的展开铰链的位置，确定展开臂的臂管长度L2、转接臂长度L1、展开臂(4)的总长度和展开角度；

S4、根据S2中所述的展开铰链的位置、S2中所述的展开臂(4)的总长度和展开角度，确定反射面(2)的最终位置，然后确定馈源阵(3)的最终位置；

如果转接臂长度L1与臂管长度L20之和大于1.1倍L0时，将收拢状态的反射面(2)与馈源阵(3)布局在星体的同一个侧舱板；如果转接臂长度L1与臂管长度L20之和小于0.9倍L0时，将收拢状态的反射面(2)与馈源阵(3)布局在星体上采用U型布局，即将收拢状态的反射面(2)与馈源阵(3)布局在星体相对的两个侧舱板上；否则，根据实际馈源阵、星体、重量等状态进行选取同一个侧舱板布局或U型布局。

2.根据权利要求1所述的一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，其特征在于，所述反射面(2)的展开口径大于12米。

3.根据权利要求1所述的一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，其特征在于，所述反射面(2)的焦距大于5米。

4.根据权利要求1所述的一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，其特征在于，S3中所述确定所述臂管长度L2的值、转接臂长度L1的值的方法为：使所述臂管长度L2与转接臂长度L1之和最小。

5.根据权利要求1所述的一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，其特征在于，在S4之后，对天线进行视场检查。

6.根据权利要求1所述的一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，其特征在于，在S1之间，以天线坐标系为基准，建立初步的反射面(2)展开状态与卫星整星的模型，然后以卫星坐标系为基准平移天线坐标系，确定天线坐标系相对卫星坐标系的初始位置关系；用于确定反射面(2)的展开区域。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当处理器执行计算机程序时实现权利要求1所述方法的步骤。

说明书

一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，属于星载大型可展开天线领域。

背景技术

[0002] 星载大型可展开天线一般是指天线的反射面为展开式，天线主要由馈源阵和反射面组成，焦径比一般为0.4～1.0。当反射面展开口径大于12米后，天线焦距至少为5米，超过
卫星星体自身高度，必须使用展开臂将反射面展开至远离卫星星体处，才能保证天线馈源
阵与反射面之间的相对关系，反射面、展开臂、馈源阵在整星上布局、展开方式至关重要。

[0003] 某高轨卫星采用20米级可展开天线，焦距达到了10米级；卫星整星尺寸为2.1米*2.1米*4.2米，焦距为整星高度的2.5倍，远超现有技术方案的指标，现有技术的设计方法均
不适用。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，该方式主要包括以下步骤：1)根据输入条件，将展开态反射
面预装在整星星体上；2)平移反射面，并根据尺寸关系确定布局方式；3)初步确定反射面
(收拢态和展开态)位置；4)优化展开臂、转接臂长度，确定反射面及馈源阵位置；5)进行天
线视场检查和电气设计性能复核；6)确定反射面展开方式。本发明计算方法简单有效，且详
细给出了反射面展开方式。

[0005] 本发明目的通过以下技术方案予以实现：

[0006] 一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，包括如下步骤：

[0007] S1、测量反射面与星体之间的距离L0，测量星体的单舱板面的允许臂管长度L20；

[0008] S2、根据运载包络确定反射面的转接臂长度L1，确定反射面与馈源阵布局的位置关系；确定反射面的展开区域，根据所述展开区域，确定展开臂的根部的展开铰链的位置；

[0009] S3、根据S1中所述的距离L0、臂管长度L20、S2中所述的展开铰链的位置，确定展开臂的臂管长度L2、转接臂长度L1、展开臂的总长度和展开角度；

[0010] S4、根据S2中所述的展开铰链的位置、S2中所述的展开臂的总长度和展开角度，确定反射面的最终位置，然后确定馈源阵的最终位置。

[0011] 优选的，如果转接臂长度L1与臂管长度L20之和大于1.1倍L0时，将收拢状态的反射面与馈源阵布局在星体的同一个侧舱板；如果转接臂长度L1与臂管长度L20之和小于0.9
倍L0时，将收拢状态的反射面与馈源阵布局在星体上采用U型布局；否则，根据实际馈源阵、
星体、重量等状态进行选取同一个侧舱板布局或U型布局。

[0012] 优选的，所述反射面的展开口径大于12米。

[0013] 优选的，所述反射面的焦距大于5米。

[0014] 优选的，S3中所述确定所述臂管长度L2的值、转接臂长度L1的值的方法为：使所述臂管长度L2与转接臂长度L1之和最小。

[0015] 优选的，在S4之后，对天线进行视场检查。

[0016] 优选的，在S1之间，以天线坐标系为基准，建立初步的反射面展开状态与卫星整星的模型，然后以卫星坐标系为基准平移天线坐标系，确定天线坐标系相对卫星坐标系的初
始位置关系；用于确定反射面的展开区域。

[0017] 一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

[0018] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

[0019] (1)采用U型布局的方式，实现了超大口径、长焦距星载可展开天线在卫星整星星体上的布局构型设计及展开方式；

[0020] (2)通过转接臂长度L1与单舱板面允许臂杆长度L2之和与反射面和星体之间距离L0的对比，能够快速有效的初步确定反射器与馈源阵的位置关系；

[0021] (3)系统的给出了长焦大口径可展开天线在整星星体上的布局方法、流程、算法以及展开方式。

附图说明

[0022] 图1为本发明方法的步骤流程图；

[0023] 图2为反射面2与星体1之间距离L0及单舱板面允许臂管长度L20示意图；

[0024] 图3为反射面2与馈源阵3背靠背(U型)布局结构示意图；

[0025] 图4为反射面2绕中心轴A旋转θ角示意图；

[0026] 图5为同一侧舱板布局方式展开臂根部铰链位置示意图；

[0027] 图6为背靠背(U型)布局方式展开臂根部铰链位置示意图；

[0028] 图7为同一侧舱板布局方式反射面2展开过程示意图；

[0029] 图8为背靠背(U型)布局方式反射面2展开过程示意图。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

[0031] 一种星载长焦大口径天线整星布局及展开设计方法，具体如下：

[0032] 首先确定主要输入条件：

[0033] ①卫星三维模型及卫星坐标系；

[0034] ②天线电气设计根据轨道位置和波束指向要求，提出天线设计坐标系相对卫星坐标系方向矩阵；

[0035] ③电气设计提出口径、焦距、偏置等天线反射面与馈源位置关系参数；

[0036] ④整星布局及展开设计需考虑地面展开试验时展开臂各展开轴展开时平行，并垂直于大地。

[0037] 根据输入条件，按照以下步骤进行布局构型设计及确定反射面的展开方式：

[0038] 步骤一：根据输入条件，建立馈源阵3尺寸、反射面2展开尺寸、反射面2收拢尺寸；

[0039] 步骤二：根据天线反射面2与馈源阵3位置关系参数，建立初步的反射面2展开状态模型，设计基准为天线设计坐标系；

[0040] 步骤三：根据输入条件，在天线设计坐标系相对卫星坐标系方向矩阵的基础上，设置天线设计坐标系相对卫星坐标系初始位置为(0，0，0)，将反射面2展开状态模型组装在卫
星整星模型上；

[0041] 步骤四：以整星坐标系为基准平移天线设计坐标系，使得馈源阵3装在星体上合适的位置(馈源固定安装位置或者展开后的位置)，确定天线设计坐标系相对卫星坐标系的初
始位置关系(Xa1，Ya1，Za1)；

[0042] 步骤五：测量反射面2与星体1之间距离L0及单舱板面允许臂管长度L20，如图2所示；

[0043] 步骤六：根据反射面2收拢状态尺寸、收拢状态安装固定设备及卫星星表布局约束限制，初步布局收拢状态反射器2位置；

[0044] 步骤七：根据运载包络确定反射器2自带转接臂5长度L1；

[0045] 步骤八：确定布局方式:如果L1+L20远大于1.1倍L0，则将收拢状态反射面2与馈源3布局在同一个侧舱板；如果L1+L20小于0.9倍L0＝，则将收拢状态反射面2与馈源3布局在
背靠背的舱板上，采用背靠背(U型)的布局方式；如果L1+L20为0.9～1.1倍L0之间时，根据
实际馈源阵、星体、重量等状态进行两种方式确定；如图3所示；

[0046] 步骤九：建立垂直于展开状态反射面，过反射面中心的旋转轴A；

[0047] 步骤十：绕A轴旋转反射面θ角，使得XaZa面与星体表面的交线，位于展开可布局区域，如图4所示；

[0048] 步骤十一：确定展开臂4根部展开铰链的位置。如果反射面2与馈源阵3布局在同一侧舱板，则根据展开臂4实际长度确定根部铰链的位置。XaZa面与星体表面相交处为一条
线，根据等腰三角形原理(展开臂定长)，即可确定展开臂4根部展开铰链位置，如图5所示；
如果反射面2与馈源3布局在背对背舱板上，XaZa面与星体表面相交处，则为展开臂4根部铰
链的安装位置，如图6所示；

[0049] 步骤十二：根据展开臂4根部展开铰链位置，结合展开状态位置和收拢状态位置，优化展开臂臂管长度L2和反射面自带L1之和至最小(重量最轻，有利用于减重和展开基
频)，可以得到展开臂4臂管长度和展开角度；

[0050] 步骤十三：根据展开臂4根部铰链位置、展开臂4长度、展开臂4关节角度，确定最终反射面位置；

[0051] 步骤十四：根据反射面最终位置，确定馈源位置；

[0052] 步骤十五：进行天线视场检查和电气设计性能复核；

[0053] 步骤十六：确定天线的反射面和展开臂的展开方式。

[0054] 根据星载可展开天线在星体上布局方式的不同，反射面2的展开方式分为以下两种：

[0055] a)反射面2与馈源阵3布局在同一侧舱板，其展开方式如图7所示。

[0056] 收拢态反射器2与馈源阵3安装于卫星星体同一侧舱板，首先反射面2绕展开臂4根部关节A展开，其次绕转接臂4关节B旋转至图7中(3)所示位置，再次绕转接臂5关节B展开，
最后反射面2展开。

[0057] b)反射面2与馈源阵3背靠背式布局，其展开方式如图8所示。

[0058] 收拢态反射器2与馈源阵3背靠背式安装于卫星星体上，首先反射面2依次绕展开臂4臂肩关节B、展开臂4根部关节A展开，其次反射面绕展开臂4肩间关节B旋转至图8中(5)
所示位置，再次反射面2绕转接臂5关节C展开，最后反射面2展开。

[0059] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

[0060] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发
明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明
的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案
的保护范围。