[发明专利]一种基于自适应代理模型的天线罩肋截面尺寸优化方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，涉及一种金属桁架式天线罩肋截面尺寸的机电集成优化方法。

背景技术

天线罩是保护天线免受自然环境影响的透波壳，是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，或是由桁架支撑的电介质壳体构成的特殊形状的电磁明窗。设计优良的天线罩，除了具有保护性、传导性、可靠性、隐蔽性和装饰性等功能外，还可以延长整个系统各部分的使用寿命、降低寿命成本和操作成本、简化设计、降低维修成本、保证天线表面和位置的精确度、给天线操作人员创造良好的工作环境。但是天线罩也会对理想天线的电磁辐射产生影响，使理想的天线电性能有所降低。

随着我国航空、气象及军事技术的进步和军事形势的发展，进行远程精密跟踪测量雷达等高精度雷达和高增益天线的研究与制造已成为紧迫的任务。而特殊地理位置的自然环境对设备的影响较大，配备天线罩成为这些雷达、天线必不可少的要求，金属桁架式天线罩以其良好的结构性能和电性能而受到欢迎，广泛应用于地面雷达、舰载雷达以及射电天文望远镜等天线上。

杜耀惟在1993年出版的经典著作《天线罩电信设计方法》一书中分析了金属桁架式天线罩中桁架散射对天线远场的影响，该方法首先依次求出单根肋的散射场，然后将所有肋的散射场加到天线的远场上，最终得到了加罩后天线的远场。该方法的不足是：只是分析了金属桁架式天线罩对天线电性能的影响，而没有考虑进行机电集成设计。

王从思在2008年的论文《面向大型反射面天线结构的机电综合设计与分析系统》中研究了天线机电综合集成技术和天线组合结构理论，并采用精确PO法分析天线远区辐射电场，建立了面天线参数化设计的层次结构，解决了由背架、反射面和中心体等组成的组合结构网格自动划分难题，实现了面天线结构机电集成设计，然而并未将机电集成设计应用于金属桁架式天线罩当中。但是天线罩机电集成优化时，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-based optimization.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，将代理模型应用于天线罩机电集成优化设计中的研究还未曾见到。

发明内容

本发明的目的是针对现有金属桁架式天线罩机电集成优化设计在求解时计算量过大，计算效率较低的问题，提供了一种基于自适应代理模型的天线罩肋截面尺寸优化方法，以减少计算量，提高设计质量和优化效率，使其结构性能和电性能最优并提高优化的效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于自适应代理模型的天线罩肋截面尺寸优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，确定设计变量及初始设计空间，令迭代次数k＝1，优化目标为带罩天线的指向误差的最大值和平均值、增益损失的最大值和平均值以及天线罩自重与节点位移的最大值多目标加权，建立如下金属桁架式天线罩结构机电集成优化模型计算最优肋尺寸：

Min y(x^(k))＝0.04·BSE_max+0.06·TL_max+0.04·BSE_mean+0.06·TL_mean+0.4·Def_max+0.4·Weight]

S.t.x_L≤x^(k)≤x_U