不完备信息条件下反射面天线概率分析与优化设计研究

天线结构是天线电性能的载体，机械结构的随机误差会造成天线电性能的波动，甚至导致其功能失效。然而结构因素的随机性对电性能的影响机理尚不明确，如何从改进结构设计着手提高电性能的稳健性和可靠性，还缺乏有效的理论支持。针对这一现状，项目以反射面天线为对象，研究随机位移场与电磁场的相互作用问题, 从概率的角度将机电有机地集成起来。考虑到大型天线往往是单件或小批量生产，统计信息匮乏。项目以Bayes方法为核心，研究在不完备信息条件下，反射面随机位移场和结构随机稳态温度场的建模和动态更新问题。进而，从口径面随机场的离散化入手，建立一套面向反射面天线的机电热三场综合概率分析方法，并将电性能的失效概率表示为结构变量的显函数，从而将电性能可靠性与机械结构因素密切联系起来。在此基础上，进一步研究天线的机电综合概率优化问题，可望提高天线电性能的稳健性、可靠性和成品率。

课题从机电综合的角度研究了不完备信息条件下反射面天线的概率分析和优化设计等问题，建立了一套在不完备信息条件下对反射面天线进行概率分析和优化设计的理论和技术。取得的成果包括：1）对相位误差随机场的相关性予以了定量考虑，提出了考虑非均匀相关半径的反射面天线平均功率方向图的计算方法。便于定量评估反射面误差的分布细节对天线电性能的影响，以便在设计或调整阶段对反射面误差的分布予以有效控制；2）针对卡塞格伦天线，建立了综合考虑多项结构误差的天线功率方向图计算方法。便于定量考虑多项结构误差对天线辐射性能的综合影响效应。3）建立了不完备信息条件下，天线电性能可靠性的分析方法及其灵敏度分析方法。可在统计信息不足时给出失效概率的上下限。随着统计信息的积累可方便地对天线可靠度及其灵敏度进行重分析。该方法有效避免了传统可靠性分析过程中的嵌套循环，许多关键步骤都可解析地完成计算，较大程度上提高了可靠性分析的计算效率。 4）建立了对各项结构误差的公差进行最优分配的优化模型，并给出了求解方法。 5）提出了面向电性能的反射面型面精度控制技术，该技术兼顾了天线的增益和副瓣，可有效补偿反射面的变形细节对天线辐射性能的不利影响。6）提出了基于高斯过程分类的贝叶斯可靠性分析方法，可用于统计信息不完备或功能函数不连续场合的可靠性分析；7）针对空间可展开天线若干关键构件或关键机构，考虑太空环境荷载的特点，对其动力可靠性、疲劳可靠性和运动功能可靠性进行了分析计算。