[发明专利]一种天线反射器形面控制系统与方法

说明书

本发明公开了一种天线反射器形面控制系统与方法，该系统包括天线反射器、高精度动态摄影测量系统、压电作动器、PC机、控制器。高精度动态摄影测量系统实时检测天线反射器的形面精度，当形面精度不满足设计要求时，PC机根据测量的数据结合控制方法解算最优的控制电压，随后电压信号由控制器功率放大加载到压电作动器上，进而实现反射器形面精度调整。本发明实现了天线反射器形面的闭环控制，解决了现有技术仅依靠开环控制难以保证控制系统的鲁棒性、稳定性和控制精度问题。

技术领域

本发明属于星载天线技术领域，具体说是一种天线反射器形面控制系统与方法。

背景技术

近年来，随着遥感技术的发展，对地观测和深空探测航天器对天线工作频率、增益和信号接收能力要求越来越高，高精度、大口径星载天线成为主要的发展方向。为了实现天线电性能的高增益和低旁瓣，反射器的形面精度(root-mean-square,RMS)应不超过工作频率波长的五十分之一。以对地观测领域中的气象卫星为例，为了全天候观测大气温度、湿度、水汽、云雨、降雨含量等主要气象信息，其核心载荷为口径2m的同步轨道微波辐射计天线，最高工作频率为183GHz，这就要求其反射面的RMS应小于32μm。此外，我国新一代微波气象卫星对3m口径425GHz天线也提出了明确的应用需求，这将需要反射面的形面精度更高。然而，受制造工艺的限制，随着天线工作频率的增加，反射器的制造成本和周期迅速增加；此外，由于空间热载荷、材料蠕变和结构节点松动等原因，反射器的形面精度会在轨发生变化以至不能满足设计要求。因此需要一种主动控制系统来调节反射器形面以满足形面精度的设计要求。

在反射器形面控制系统中，形面测量大多数采用V-STARS摄影测量系统。V-STARS摄影测量系统需要人为从多个角度拍摄反射器图像，再传输到相应的测量软件中得到传感点的坐标信息，进而计算作动器最优的控制输入。该系统操作繁琐，无法实现反射器的闭环控制。在目前的形面控制方法中，大多数采用基于线性模型的开环控制。然而，由于一些非线性因素的影响，仅采用开环控制反射器的形面精度很难达到设计要求。

发明内容

针对现有技术中其系统操作繁琐，无法实现反射器的闭环控制，且形面精度达不到设计要求等问题，本申请提出了一种天线反射器形面控制系统与方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种天线反射器形面控制系统，包括天线反射器、形面测量系统、压电作动器、PC机、控制器，所述压电作动器安装在天线反射器上，通过压电作动器的伸长或缩短控制天线反射器的形面；所述形面测量系统实时测量反射面传感点的坐标信息，并将坐标信息通过串口传输到PC机；所述PC机根据坐标信息解算最优控制电压并通过串口至控制器；所述控制器与压电作动器相连，将电压信号加载到压电作动器上，从而实现天线反射器形面精度的在线测量和调整。

进一步的，所述压电作动器为PZT压电作动器。

进一步的，所述形面测量系统为数字相关DIC高精度动态摄影测量系统。

为了实现反射器的高精度形面控制，高精度形面测量是非常重要的。采用多次测量反射面传感点的坐标，再将坐标值求和平均作为传感点坐标的方法以提高所述DIC摄影测量系统的测量精度。在天线反射器形面测量中均采用所述的多次测量再平均的方法。

所述天线反射器形面控制系统操作步骤包括：

1)DIC摄影测量系统实时测量反射面传感点的坐标信息，并将测量的反射面传感点的信息传输到所述的PC机；

2)所述的PC上运行有控制方法程序，判断形面精度是否满足精度要求，如果满足精度要求，继续执行第1步；如果不满足精度要求，启动控制方法程序；

3)所述的控制方法根据传感点的坐标信息解算所述作动器的最优控制电压；

4)所述的压电作动器电压信号通过控制器功率放大加载到压电作动器上；