[发明专利]一种基于多点自适应代理模型的反射面天线机电耦合设计方法

说明书

本发明属于天线技术领域，具体公开了一种基于多点自适应代理模型的反射面天线机电耦合设计方法，其主要内容包括：在优化过程中，每次迭代时利用建立的全局和局部取样模型选取两个更新点，以同时提高代理模型的全局和局部预测能力；然后将该方法应用于天线的机电耦合优化中，从而达到提高设计质量和优化效率的目的。本发明的多点自适应代理模型方法在每次迭代时能够同时提高代理模型的全局和局部预测精度，可以很好的对复杂函数进行近似；对于反射面天线的机电耦合优化，能够在保证计算精度的情况下，大大降低天线在优化设计过程中的计算量，从而提高计算效率和设计质量，具有较高的实际应用价值。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及反射面天线机电耦合设计方法，具体是一种基于多点自适应代理模型的反射面天线机电耦合设计方法。

背景技术

作为电磁波发射与接收装置的微波反射面天线已经广泛应用于陆海空天等领域。反射面天线的机械结构(包括热)与电磁之间存在着相互影响、相互依存的关系，其电性能的成功实现不仅依赖于机械、电磁、传热等学科的设计与制造水平，更取决于不同学科之间的交叉与融合，其设计的发展主要经历了机电分离、机电结合到机电综合三个阶段。

机电分离设计方法是指机械结构与电磁设计分离进行，当电子装备工作频段较低时，这种设计方法可以满足要求。如在文献“段宝岩.电子装备机电耦合研究的现状与发展.中国科学:信息科学,2015,45:299-312,doi:

10.1360/N112014-00307.”中对该类型的方法有过报道。但是这种机电分离的设计方法带来了两个问题，一是机械结构精度要求高，二是高精度的天线结构并不总是满足所有电性能指标要求。这样往往造成产品设计周期长、成本高、性能受限等严重问题。

机电综合设计是将机械设计与电性能设计简单叠加，其认识到了机电存在关系，也已有了相关设计经验。如在“王从思，段宝岩，仇原鹰，邵晓东.面向大型反射面天线结构的机电综合设计与分析系统.宇航学报,2008,29(6):2041-2049.”和“马洪波，段宝岩，王从思.随机参数反射面天线机电集成稳健优化设计.电波科学学报,2009,24(6):1065-1070.”中对该类型方法有过报道。但是机电综合的设计方法没有研究机与电间的化合作用，也没有考虑两者的影响机理，缺乏机电关系公式，多数依靠人工试凑方式解决设计问题。

机电耦合设计是指通过探索机与电之间的作用机理，在考虑天线电性能指标前提下，给出机械结构精度的精确设计。如在文献“段宝岩，王猛.微波天线多场耦合理论模型与多学科优化设计的研究.电子学报,2013,41(10):2051-2060.”和“冷国俊，王伟，段宝岩，李小平.大型反射面天线电磁场与位移场场耦合模型及其在65m口径天线设计中的应用.机械工程学报,2012,48(23):1-9.”中有过报道。但是利用机电耦合模型对反射面天线优化时，由于各个学科间的耦合关系非常复杂，为了获得最优的机械结构和电磁性能，需要在各学科分析模型之间多次迭代，整体的计算时间往往会急剧增加，导致计算效率低下。

代理模型技术作为一种能够有效提高计算效率的方法，在国内外已经成为了研究的热点。代理模型是指在保证计算精度的情况下，根据已有的少量样本信息构造一个计算周期短、计算量小，但是计算结果与仿真分析模型相近的数学模型。对于表达式过于复杂或一般没有函数表达式的黑箱问题，可以利用代理模型确定系统输入与输出的函数关系，然后利用该函数代替耗时的仿真计算，从而达到简化优化设计过程和提高计算效率的目的。常用的代理模型近似算法包括响应面、Kriging模型、人工神经网络、径向基函数和支持向量回归。在文献“Forrester A I J,Keane A J.Recent advances in surrogate-basedoptimization.Progress in Aerospace Science,2009,45(1):50-79.”中对代理模型技术有过详细的报道。但是当前代理模型主要应用于火箭、飞机等复杂系统的设计中，将代理模型应用于反射面天线机电耦合设计中的研究还未曾见到。

发明内容