面向智能蒙皮天线电补偿的结构形变重构方法研究

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智能蒙皮天线是一种将射频元件和传感元件高度融合并嵌入到各类平台蒙皮结构中的新型高密度有源相控阵天线。它既可以作为力学承载的机械结构,也可以作为收发电磁波的天线,同时还具有服役状态感知与性能自适应功能。然而,智能蒙皮天线服役环境复杂,在气动、振动、冲击等环境载荷作用下,天线结构难免会产生变形,进而带来辐射单元电性能下降的问题。利用智能蒙皮天线电补偿方法可以解决天线结构变形导致的电性能恶化问题,然而该方法是以准确的结构变形信息为前提的。本文基于模态法来实现天线结构的形变重构,但是该方法既需要准确的有限元模型提供模态信息,也需要将传感器布置在变形信息丰富的位置采集数据,两者很大程度上决定了形变重构的精度。因此,本文主要研究面向智能蒙皮天线的模型修正和传感器优化布局,具体工作如下:  1.基于Bayesian推理的基本原理,给出了Bayesian频域模型修正方法。研究了后验概率求解工具MH算法,利用数值算例得出了该算法采样效果与初始值和建议分布密切相关,且不适用于高维问题的结论,并通过悬臂梁模型修正算例对所得结论在实际有限元模型修正中进行验证。  2.提出了一种集成改进TMCMC和混合模型的Bayesian模型修正方法。该方法对TMCMC算法进行改进并引入混合模型进行似然函数的求解,解决了现有基于TMCMC的Bayesian模型修正方法缩放因子?难以选取、各阶段权重w不变以及计算量大的问题。用两个测试算例验证了该方法的正确性和可行性,最后将该方法应用于某机载蒙皮天线中,结果表明该方法不仅精度好而且效率高。  3.提出了一种面向形变重构的两步序列应变传感器优化布局方法。第一步,依据列主元QR分解确定范数较大且性态良好的初始传感器布局位置。第二步,考虑测试误差及信息冗余性因素,在第一步的基础上采用逐步累加方式确定最终传感器布局方案。将该方法应用于典型悬臂梁和某相控阵雷达实验平台中,结果表明该方法较S-EEM方法在空间分布可观性、计算效率、应变模态正交性、转换矩阵条件数等方面具有明显优势。  4.研制了智能蒙皮天线样件,并将所提两方法应用于所研制的样件中,结果显示本文方法相对现有方法优势依然明显,验证了本文方法在智能蒙皮天线中的适用性和有效性。通过搭建的实验系统进行形变重构实验,结果表明实测结果与形变重构结果吻合度较好,基本可以满足重构精度的要求,验证了形变重构方法的正确性和可行性。
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