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标题: 2021全国大学生数学建模竞赛A题思路 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2021-9-11 21:37
标题: 2021全国大学生数学建模竞赛A题思路
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2021全国大学生数学建模竞赛A题思路
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2021 年高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目& |2 o" b2 C1 P" b" `/ }
（请先阅读“全国大学生数学建模竞赛论文格式规范”）
( N$ ?/ o, M; J( R) }! Y! K8 N**A题思路下载链接**已上传我的资源
1 E9 q; @9 v$ m' P& AA 题 “FAST”主动反射面的形状调节6 f& e1 |2 ~0 d1 a- l7 x1 x
中国天眼——500 米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称 FAST），是我国具有自主知识产权的目前世界上单口径最大、灵敏度最高的射电望远镜。它的落成启用，对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。) S+ d+ R$ Q' p0 x: o
FAST 由主动反射面、信号接收系统（馈源舱）以及相关的控制、测量和支承系统组成（如图 1 所示），其中主动反射面系统是由主索网、反射面板、下拉索、促动器及支承结构等主要部件构成的一个可调节球面。主索网由柔性主索按照短程线三角网格方式构成，用于支承反射面板（含背架结构），每个三角网格上安装一块反射面板，整个索网固定在周边支承结构上。每个主索节点连接一根下拉索，下拉索下端与固定在地表的促动器连接，实现对主索网的形态控制。反射面板间有一定缝隙，能够确保反射面板在变位时不会被挤压、拉扯而变形。索网整体结构、反射面板及其连接示意图见图 2 和图 3。, l+ Q- \+ `; J. u; I$ l: v  `

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图 1 FAST 三维示意图
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图 2 整体索网结构
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图 3 反射面板、主索网结构及其连接示意图
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3 d1 f9 g2 d: M- T7 i  F主动反射面可分为两个状态：基准态和工作态。基准态时反射面为半径约 300 米、口径为
2 `( e2 e/ k( x7 X5 `500 米的球面（基准球面）；工作态时反射面的形状被调节为一个 300 米口径的近似旋转抛物面（工作抛物面）。图 4 是 FAST 在观测时的剖面示意图，C 点是基准球面的球心，馈源舱接收平面的中心只能在与基准球面同心的一个球面（焦面）上移动，两同心球面的半径差为 F=0.466R. U- b8 G) b) S1 _0 T. c
（其中 R 为基准球面半径，称 F/R 为焦径比）。馈源舱接收信号的有效区域为直径 1 米的中心圆盘。当 FAST 观测某个方向的天体目标 S 时，馈源舱接收平面的中心被移动到直线 SC 与焦面的交点 P 处，调节基准球面上的部分反射面板形成以直线 SC 为对称轴、以 P 为焦点的近似旋转抛物面，从而将来自目标天体的平行电磁波反射汇聚到馈源舱的有效区域。
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图 4 FAST 剖面示意图
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将反射面调节为工作抛物面是主动反射面技术的关键，该过程通过下拉索与促动器配合来完成。下拉索长度固定。促动器沿基准球面径向安装，其底端固定在地面，顶端可沿基准球面径向伸缩来完成下拉索的调节，从而调节反射面板的位置，最终形成工作抛物面。
4 y- j# T! B; g8 @6 H, X( i本赛题要解决的问题是：在反射面板调节约束下，确定一个理想抛物面，然后通过调节促动器的径向伸缩量，将反射面调节为工作抛物面，使得该工作抛物面尽量贴近理想抛物面，以: l: I( k# ?4 f' a

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% M' w+ L4 K2 l( f  l0 [0 E* \获得天体电磁波经反射面反射后的最佳接收效果。
$ j' |7 V3 k; f, y请你们团队根据附录中的要求及相关参数建立模型解决以下问题：+ z/ F7 q4 v; g$ O! d
1、当待观测天体𝑆位于基准球面正上方，即𝛼 = 0°, 𝛽 = 90°时，结合考虑反射面板调节因素，确定理想抛物面。
3 @7 x2 f1 q% I* R! S2、当待观测天体𝑆位于𝛼 = 36.795°, 𝛽 = 78.169°时，确定理想抛物面。建立反射面板调节模型，调节相关促动器的伸缩量，使反射面尽量贴近该理想抛物面。将理想抛物面的顶点坐标， 以及调节后反射面 300 米口径内的主索节点编号、位置坐标、各促动器的伸缩量等结果按照规定的格式（见附件 4）保存在“result.xlsx”文件中。
% N0 g/ ?- R6 e& I. z3、基于第 2 问的反射面调节方案，计算调节后馈源舱的接收比，即馈源舱有效区域接收到
+ ^9 V3 J) F* Q, Y( X$ N. X的反射信号与 300 米口径内反射面的反射信号之比，并与基准反射球面的接收比作比较。
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附录：要求及相关参数
- X; [3 ?' z  F0 X/ T1、主动反射面共有主索节点 2226 个，节点间连接主索 6525 根，不考虑周边支承结构连接8 K' f6 C8 f* O9 s4 e$ f
的部分反射面板，共有反射面板 4300 块。基准球面的球心在坐标原点，附件 1 给出了所有主索
- s+ ]  w! T5 B0 z, c* s& u节点的坐标和编号，附件 2 给出了促动器下端点（地锚点）坐标、基准态时上端点（顶端）的
0 q* X. n1 r. E- X/ L7 L坐标，以及促动器对应的主索节点编号，附件 3 给出了 4300 块反射面板对应的主索节点编号。 2、基准态下，所有主索节点均位于基准球面上。& N; T& H7 z( }# g, h' F  Y. k
3、每一块反射面板均为基准球面的一部分。反射面板上开有许多直径小于 5 毫米的小圆孔， 用于透漏雨水。由于小孔的直径小于所观察的天体电磁波的波长，不影响对天体电磁波的反射， 所以可以认为面板是无孔的。
2 g" G& Q2 G( E# N9 |% d4、电磁波信号及反射信号均视为直线传播。
3 v. w$ p+ C- _6 f% U8 O5、主索节点调节后，相邻节点之间的距离可能会发生微小变化，变化幅度不超过 0.07%。
) G: U: o: n0 ]: s& t/ E- K6、将主索节点坐标作为对应的反射面板顶点坐标。8 U- K/ n! Q1 J9 t7 T( j# F
7、通过促动器顶端的伸缩，可控制主索节点的移动变位，但连接主索节点与促动器顶端的下拉索的长度保持不变。促动器伸缩沿基准球面径向趋向球心方向为正向。假设基准状态下， 促动器顶端径向伸缩量为 0，其径向伸缩范围为-0.6～+0.6 米。
1 _/ Z: k2 o, }2 `/ l8、天体 S 的方位可用方位角𝛼和仰角𝛽来表示（见图 5）。
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图 5 天体 S 方位角与仰角示意图% {+ g7 {  z4 l7 d7 n8 X
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作者: 1051373629    时间: 2021-10-26 18:48
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