CN117094071A - 一种卫星sar天线动力学快速建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卫星SAR天线动力学快速建模方法及系统。该方法的特征在于包括：步骤1，确定SAR天线的参数，建立参数文本；步骤2，以MATLAB为平台，调用参数文本自动生成SAR天线有限元分析数值模型；步骤3，利用MATLAB调用外部求解器对SAR天线有限元分析数值模型进行动力学分析；步骤4，对SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；步骤5，根据分析结果数据绘制曲线；步骤6，提取曲线的极值，判断是否满足设计要求，若满足进入步骤7，如不满足返回步骤1；步骤7，生成最终分析结果报告。本发明能够自动完成从有限元建模、分析、设计优化、到生成报告等一系列过程，能够快速有效地对SAR天线进行动力学分析和迭代优化，极大地缩短了卫星SAR天线研发周期。
Description
技术领域
本发明涉及卫星和空间结构机构技术领域，尤其涉及一种卫星SAR天线动力学快速建模方法及系统。
背景技术
卫星SAR天线(全称合成孔径雷达天线)具有全天候、全天时和远距离实时成像的特点，能有效提高雷达自身的信息获取能力，在土地监测、农田测绘、海洋观测、海冰监视和地面形变观测等民事领域以及战场侦察、军队动向监视等军事领域都有重要的应用。在卫星主动发射段，其被折叠收拢以压紧到卫星侧壁上，卫星入轨后其自动解锁展开，开展对地观测任务。
作为卫星的一个大型柔性部件，SAR天线收拢状态与展开状态的动力学性能至关重要，直接影响卫星次级结构主动段错频设计、在轨展开后整星姿态控制与载荷问题，同时SAR天线的波束指向精度、分辨率高低、场景覆盖面积均受到其在轨结构动力学变形的影响，因此有必要对其进行动力学分析。
以往对卫星SAR天线进行动力学建模均采用手动方式完成，分析过程冗长，且迭代优化困难，难以加快卫星SAR天线的设计周期。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，包括：
步骤1，确定SAR天线的参数，建立参数文本；
步骤2，以MATLAB为平台，调用所述参数文本自动生成SAR天线有限元分析数值模型；
步骤3，利用MATLAB程序调用外部求解器对所述SAR天线有限元分析数值模型进行动力学分析；
步骤4，设定分析工况，并对所述SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；
步骤5，根据分析结果数据绘制曲线；
步骤6，提取曲线的极值，判断是否满足设计要求，若满足进入步骤7，如不满足返回步骤1进行迭代设计优化；
步骤7，生成最终分析结果报告。
进一步的是，在步骤1中建立参数文本通过输入UltraEdit进行文本编辑来建立UltraEdit输入文本。
进一步的是，在步骤1中所述SAR天线的参数包括SAR天线设计参数、机构性能参数。
进一步的是，在步骤1中所述SAR天线设计参数包括天线子板的长、宽、板数，框架长、短边长、长边长，框架截面尺寸和材料特性，天线收拢和展开板间距，天线展开连杆机构关键点位置，连杆截面尺寸、材料。
进一步的是，所述机构性能参数包括天线的根部铰链、板间铰链和杆间铰链六个方向刚度参数、压紧释放机构刚度参数。
进一步的是，在步骤4中所述多工况分析包括模态分析、正弦振动响应分析、随机振动响应分析、瞬态响应分析。
进一步的是，所述多工况分析进一步包括三方向多工况的正弦振动响应和随机振动响应分析，瞬态响应分析，SAR天线展开冲击分析。
进一步的是，在步骤4中所述外部求解器为NASTRAN商用软件，通过步骤1和步骤2生成NASTRAN软件对应的动力学分析模型，直接提交其进行计算分析。
本发明还提供了一种卫星SAR天线动力学快速建模系统，其特征在于，其包括下述模块：
MATLAB程序，用以作为所述卫星SAR天线动力学快速建模系统的平台；
设计输入模块，用以输入SAR天线的参数，所述参数包括SAR天线设计参数、机构性能参数；
建立模型模块，根据设计输入模块获得的参数，按照创建SAR天线有限元模型的思路，建立SAR天线动力学数值模型；
模型检验模块，根据建立的动力学数值模型，调用外部求解器，进行自由边界模态分析检查、1g载荷分析检查、未约束平衡检查，检验动力学分析模型的正确性；
动力学分析模块，用以选择所需进行的多工况分析，所述多工况分析包括模态分析、正弦振动响应分析、随机振动响应分析、瞬态响应分析，根据所选择的多工况分析对所述SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；
结果后处理模块，根据所述动力学分析模块的多工况分析结果数据绘制曲线，并提取曲线极值；
生成报告模块，用以根据所述结果后处理模块的处理结果生成最终分析结果报告。
进一步的是，其进一步包括：模型检验模块，用以对生成的SAR天线有限元模型正确性进行检验。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的快速建模系统能够自动完成从有限元建模、分析、设计优化、到生成报告等一系列过程，能够快速、有效地对SAR天线进行动力学分析和迭代优化，极大地缩短了卫星SAR天线研发周期。
附图说明
图1是本发明实施例提供的卫星SAR天线动力学快速建模方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的卫星SAR天线动力学快速建模系统的结构示意图；
图3-5所示的分别是本发明实施例的卫星SAR天线收拢状态的正视图、俯视图、右视图；
图6-8所示的分别是本发明实施例的卫星SAR天线展开状态的正视图、俯视图、右视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
本发明提供了一种卫星SAR天线动力学快速建模方法，通过确定卫星SAR天线的设计参数，通过程序自动生成SAR天线有限元分析模型，调用分析软件对SAR天线模型进行动力学分析，对卫星SAR天线动力学仿真分析全程自动化完成，并且经济、高效。可以广泛应用于卫星SAR天线动力学自动仿真分析设计，能够快速、有效地对SAR天线进行动力学分析和迭代优化，极大地缩短了卫星SAR天线研发周期。
图1是本发明实施例提供的卫星SAR天线动力学快速建模方法的流程图。如图1所示，本发明提供的一种卫星SAR天线动力学快速建模方法包括下述步骤：
步骤1、确定SAR天线的参数，建立参数文本；
SAR天线的参数包括SAR天线设计参数、机构性能参数。建立参数文本可以通过输入UltraEdit进行文本编辑来建立UltraEdit输入文本。UltraEdit文本编辑软件是一种现有的文本编辑器，可以编辑文本、十六进制、ASCII码。
SAR天线设计参数包括天线子板的长、宽、板数，框架长、短边长、长边长，框架截面尺寸和材料特性，天线收拢和展开板间距，天线展开连杆机构关键点位置，连杆截面尺寸、材料等。机构性能参数包括天线的根部铰链、板间铰链和杆间铰链六个方向刚度参数、压紧释放机构刚度参数。
步骤2、以MATLAB为平台，调用所述参数文本自动生成SAR天线有限元分析数值模型；
以MATLAB为平台，调用步骤1中的UltraEdit输入文本，通过自编程序实现快速、自动生成SAR天线有限元分析数值模型。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C，C++和FORTRAN)编写的程序。
步骤3、利用MATLAB程序调用外部求解器对所述SAR天线有限元分析数值模型进行动力学分析；
利用步骤2中建立的SAR天线有限元分析数值模型，通过MATLAB平台调用外部求解器NASTRAN商用软件对SAR天线有限元分析数值模型进行动力学分析。NASTRAN求解器广泛应用于航空航天行业，其拥有强大的静力分析、动力学分析、非线性分析及结构优化等等众多功能，已成为国内外航空航天行业标准分析软件，但NASTRAN软件缺少前处理过程，通过步骤1和步骤2生成NASTRAN软件对应的动力学分析模型，直接提交其进行计算分析；
步骤4、设定分析工况，并对所述SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；
通过程序设定多个分析工况，结合SAR天线有限元分析数值模型提交外部求解器进行多工况分析。多工况分析包括模态分析、正弦振动响应分析、随机振动响应分析、瞬态响应分析等，可增加三方向多工况的正弦振动响应和随机振动响应分析，瞬态响应分析，SAR天线展开冲击分析及其他非线性分析。本发明可设定一次完成全部的多工况分析，避免重复调整修改，方便快捷。
步骤5：根据分析结果数据绘制曲线；
基于MATLAB平台的自编程序提取NASTRAN软件分析结果中的数据，快速自动生成响应曲线图。
步骤6：提取曲线的极值，判断是否满足设计要求，若满足进入步骤7，如不满足返回步骤1进行迭代设计优化。
基于步骤5中生成的关键部位或关注部位的曲线图，提取其响应曲线极值，并将获得的极值与预先设定的约束条件进行比较判断，若判断结果为真，则进入步骤7生成最终分析结果报告；若判断结果为否，则返回步骤1重新确定SAR天线的参数。通过上述过程实现迭代、优化设计。
步骤7：自动生成WORD文档报告。
经过步骤1～步骤6的全过程建模、分析、迭代优化，得到符合设计要求的分析结果，并自动生成WORD文档报告。
图2是本发明实施例提供的卫星SAR天线动力学快速建模系统的结构示意图。如图2所示，本发明提供的一种卫星SAR天线动力学快速建模系统，包括：MATLAB程序1，用以作为卫星SAR天线动力学快速建模系统的平台；设计输入模块2，用以输入SAR天线的参数，参数包括SAR天线设计参数、机构性能参数等；建立模型模块3，用以根据输入的参数自动生成SAR天线有限元分析数值模型；模型检验模块4，用以对生成的SAR天线有限元模型正确性进行检验；动力学分析模块5，用以选择所需进行的多工况分析，多工况分析包括模态分析、正弦振动响应分析、随机振动响应分析、瞬态响应分析等；计算模块，根据所选择的多工况分析对所述SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；结果后处理模块6，根据计算模块的多工况分析结果数据绘制曲线，并提取曲线极值；生成报告模块7，用以根据计算模块和后处理模块的处理结果生成最终分析结果报告。
本发明通过采用以上方法、系统确定了卫星SAR天线主要结构设计参数，通过程序自动生成SAR天线有限元分析模型，调用分析软件对SAR天线模型进行动力学分析，对卫星SAR天线动力学仿真分析全程自动化完成，并且经济、高效。可以广泛应用于卫星SAR天线动力学自动仿真分析设计，能够快速、有效地对SAR天线进行动力学分析和迭代优化，极大地缩短了SAR天线的研发周期。
在本发明中，SAR天线设计参数包括SAR天线子板的长、宽、板数，框架长、短边长、长边长，框架截面宽、高、厚度和材料特性，SAR天线收拢和展开板间距，天线展开连杆机构关键点位置，连杆截面尺寸、材料等，机构性能参数包括SAR天线的根部铰链、板间铰链和杆间铰链六个方向刚度参数、压紧释放机构刚度参数。
实施例
图3-5所示的分别是本发明实施例的卫星SAR天线收拢状态的正视图、俯视图、右视图；图6-8所示的分别是本发明实施例的卫星SAR天线展开状态的正视图、俯视图、右视图。本实施例提供了如图3-8所示的一种卫星SAR天线动力学快速建模方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：确定SAR天线设计参数；本发明一共选取19组结构参数，具体为：1)子板板数N1；2)子板板长L1；3)子板板宽W1；4)收拢状态板间距D3；5)压紧点个数N2；6)压紧点长间距G；7)压紧点刚度K1；8)展开状态板间距D2；9)根部铰链长D1；10)子板截面厚T1；11)子板截面高T2；12)子板截面宽T3；13)拉杆关节点长L2-L8；14)拉杆关节点宽W2-W4；15)拉杆关节点高H1-H3；16)拉杆截面外径R1；17)拉杆截面厚度D3；18)根部铰链刚度K2；18)板间铰链刚度K3；19)杆间铰链刚度K4；
步骤2：建立SAR天线动力学分析数字化模型；具体地，利用步骤1选定的结构参数，以MATLAB为平台，程序调用UltraEdit文本编辑软件自动生成SAR天线有限元分析数值模型文件；
步骤3：选择分析类型，使用外部求解器对SAR天线进行动力学分析；
步骤4：设定分析工况，并进行多工况分析；
步骤5：根据分析结果数据绘制曲线；
步骤6：提取曲线极值，判断结果是否满足设计要求，并进行设计优化；
步骤7：生成最终分析结果报告。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，包括：
步骤1，确定SAR天线的参数，建立参数文本；
步骤2，以MATLAB为平台，调用所述参数文本自动生成SAR天线有限元分析数值模型；
步骤3，利用MATLAB程序调用外部求解器对所述SAR天线有限元分析数值模型进行动力学分析；
步骤4，设定分析工况，并对所述SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；
步骤5，根据分析结果数据绘制曲线；
步骤6，提取曲线的极值，判断是否满足设计要求，若满足进入步骤7，如不满足返回步骤1进行迭代设计优化；
步骤7，生成最终分析结果报告。
2.根据权利要求1所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，在步骤1中建立参数文本通过输入UltraEdit进行文本编辑来建立UltraEdit输入文本。
3.根据权利要求1所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，在步骤1中所述SAR天线的参数包括SAR天线设计参数、机构性能参数。
4.根据权利要求3所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，在步骤1中所述SAR天线设计参数包括天线子板的长、宽、板数，框架长、短边长、长边长，框架截面尺寸和材料特性，天线收拢和展开板间距，天线展开连杆机构关键点位置，连杆截面尺寸、材料。
5.根据权利要求3所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，所述机构性能参数包括天线的根部铰链、板间铰链和杆间铰链六个方向刚度参数、压紧释放机构刚度参数。
6.根据权利要求1所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，在步骤4中所述多工况分析包括模态分析、正弦振动响应分析、随机振动响应分析、瞬态响应分析。
7.根据权利要求6所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，所述多工况分析进一步包括三方向多工况的正弦振动响应和随机振动响应分析，瞬态响应分析，SAR天线展开冲击分析。
8.根据权利要求1所述的卫星SAR天线动力学快速建模方法，其特征在于，在步骤4中所述外部求解器为NASTRAN商用软件，通过步骤1和步骤2生成NASTRAN软件对应的动力学分析模型，直接提交其进行计算分析。
9.一种卫星SAR天线动力学快速建模系统，其特征在于，其包括下述模块：
MATLAB程序，用以作为所述卫星SAR天线动力学快速建模系统的平台；
设计输入模块，用以输入SAR天线的参数，所述参数包括SAR天线设计参数、机构性能参数；
建立模型模块，根据设计输入模块获得的参数，按照创建SAR天线有限元模型的思路，建立SAR天线动力学数值模型；
模型检验模块，根据建立的动力学数值模型，调用外部求解器，进行自由边界模态分析检查、1g载荷分析检查、未约束平衡检查，检验动力学分析模型的正确性；
动力学分析模块，用以选择所需进行的多工况分析，所述多工况分析包括模态分析、正弦振动响应分析、随机振动响应分析、瞬态响应分析，根据所选择的多工况分析对所述SAR天线有限元分析数值模型进行多工况分析；
结果后处理模块，根据所述动力学分析模块的多工况分析结果数据绘制曲线，并提取曲线极值；
生成报告模块，用以根据所述结果后处理模块的处理结果生成最终分析结果报告。
10.根据权利要求9所述的卫星SAR天线动力学快速建模系统，其特征在于，其进一步包括：模型检验模块，用以对生成的SAR天线有限元模型正确性进行检验。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117688820A (zh) * | 2024-02-01 | 2024-03-12 | 电子科技大学(深圳)高等研究院 | 一种卫星天线展开机构动力学仿真方法 |
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2023
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Cited By (2)
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| CN117688820A (zh) * | 2024-02-01 | 2024-03-12 | 电子科技大学(深圳)高等研究院 | 一种卫星天线展开机构动力学仿真方法 |
| CN117688820B (zh) * | 2024-02-01 | 2024-05-17 | 电子科技大学(深圳)高等研究院 | 一种卫星天线展开机构动力学仿真方法 |
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