專利名稱：超半球工作空域并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。用于航天遙感、衛(wèi)星“三遙”技術(shù)(遙感、遙測(cè)、遙控技術(shù))及衛(wèi)星通信的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與伺服控制系統(tǒng)、饋源饋線系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱天、伺、饋)組成天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙感、遙測(cè)和遙控信息獲取和指令，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信信息傳遞和處理。尤其是能夠獲取衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器有效空域的遙測(cè)信號(hào)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無過頂“盲區(qū)”的連續(xù)跟蹤天線系統(tǒng)，圓滿解決天線超半球工作空域，即俯仰-1° 181°，方位0° 360° (假設(shè)水平面位置天線俯仰角為0°或180° )的任意位姿連續(xù)跟蹤。本發(fā)明技術(shù)方案屬于機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天線反射體部分一般有主反射器面板、背架結(jié)構(gòu)、中心體、平衡重結(jié)構(gòu)，副反射器和調(diào)焦裝置及其支撐結(jié)構(gòu)或前饋支撐結(jié)構(gòu)組成；天線座部分一般有天線座支撐結(jié)構(gòu)、驅(qū) 動(dòng)軸系及傳動(dòng)裝置、饋線和線纜纏繞裝置、數(shù)據(jù)檢測(cè)傳遞裝置和安全保護(hù)裝置組成。目前，世界上公知的航天遙感、衛(wèi)星“三遙”技術(shù)(遙感、遙測(cè)、遙控技術(shù))所采用經(jīng)典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天線，俯仰-方位型天線在天線天頂位置存在著一個(gè)無法“過頂”連續(xù)跟蹤的“盲錐”區(qū)域，盲錐區(qū)域的大小(即盲錐的錐頂角)取決于天線與飛行器的距離和飛行器水平飛行速度。對(duì)低軌遙感天線至今尚未圓滿解決“過頂”連續(xù)跟蹤的問題。先引入一個(gè)天線跟蹤“盲錐區(qū)”的概念，經(jīng)典的俯仰-方位型天線座在跟蹤目標(biāo)時(shí)，天線方位角速度β = V/(R*cos ε )(式中V為目標(biāo)飛行的水平速度；R為天線到目標(biāo)的直線距離；ε為天線仰角；β為天線方位角速度)，當(dāng)目標(biāo)從天線天頂附近通過時(shí)，仰角ε —90° ,cose爭(zhēng)0，β哆⑴。但電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率是有限的，天線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度也是有限的，在一定的驅(qū)動(dòng)功率下，天線只能跟蹤某一仰角以下的目標(biāo)，在俯仰-方位型天線天頂附近存在無法連續(xù)跟蹤的“盲錐區(qū)”。目前，工程實(shí)際中俯仰-方位型(EL-AZ型)天線在天線天頂位置存在著一個(gè)無法“過頂”連續(xù)跟蹤的“盲錐”區(qū)域，無法采用經(jīng)典的俯仰-方位型天線實(shí)現(xiàn)在天線天頂位置“過頂”連續(xù)跟蹤。只能選擇避開衛(wèi)星運(yùn)行軌道經(jīng)過天線天頂跟蹤盲區(qū)的位置建造衛(wèi)星地面站天線。傳統(tǒng)經(jīng)典的遙感遙測(cè)低軌衛(wèi)星天線設(shè)計(jì)一般采用俯仰-方位型(EL-AZ型)天線座，其存在過頂“盲錐區(qū)”，俯仰-方位型天線無法在衛(wèi)星過頂“盲錐區(qū)”空域連續(xù)跟蹤衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)信號(hào)不間斷連續(xù)工作的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于已有技術(shù)存在的問題提供一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無過頂“盲區(qū)”的連續(xù)跟蹤天線系統(tǒng)，圓滿解決天線半球工作空域任意姿態(tài)連續(xù)跟蹤，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)和數(shù)據(jù)不間斷連續(xù)工作的需求。由于求解并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程反解便捷容易，易于實(shí)現(xiàn)伺服控制。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、速度快、承載能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕和控制便捷等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程反解求解便捷容易，易于實(shí)現(xiàn)伺服控制。應(yīng)用于遙感遙測(cè)低軌衛(wèi)星天線的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。采用6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為天線座，采用空間六套直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)上、下兩個(gè)平臺(tái)，六套直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置上端分別通過球鉸與上平臺(tái)連接，其下端分別通過萬向鉸(虎克鉸)與下平臺(tái)連接，構(gòu)成Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)6/6-SPU型Stewart機(jī)構(gòu)天線座架。上平臺(tái)通過法蘭接口與各種形式的天線反射體聯(lián)結(jié)，下平臺(tái)與地基固定，也可以與其他載體機(jī)架(如車輛、艦船和飛行器等骨架)聯(lián)結(jié)構(gòu)成機(jī)動(dòng)天線系統(tǒng)。通過對(duì)6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的空間機(jī)構(gòu)分析、綜合和理論推導(dǎo),合理選取六套直線驅(qū)動(dòng)裝置的桿長(zhǎng)、伸縮長(zhǎng)度和空間角度，實(shí)現(xiàn)天線工作空域達(dá)到俯仰-1° 181°，方位0° 360° (假設(shè)水平面為俯仰角為0°或180° )的超半球工作空域的大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)角度運(yùn)動(dòng)位置無奇異位問題，實(shí)現(xiàn)航天遙感、遙測(cè)和遙控天線超半球工作空域連續(xù)跟蹤的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該發(fā)明與相應(yīng)的饋源系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成的天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器有效空域的遙測(cè)信號(hào)和數(shù)據(jù)，圓滿解決過頂跟蹤“盲區(qū)”問題，實(shí)現(xiàn)超半球工作空域無跟蹤盲區(qū)的一種特種天線系統(tǒng)?！?br> 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由一個(gè)天線反射體聯(lián)結(jié)一個(gè)天線座架構(gòu)成，其特征在于所述天線座架的結(jié)構(gòu)是六個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，該六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置的上端與一塊上平臺(tái)通過球鉸連接，而下端與一塊下平臺(tái)通過萬向鉸(虎克鉸)連接，構(gòu)成6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)。上述的六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置的每相鄰兩個(gè)上端通過球鉸與所述上平臺(tái)下底面的一個(gè)凸塊鉸連，而每相鄰兩個(gè)下端通過虎克鉸(萬向鉸)與所述與一塊下平臺(tái)上表面的一個(gè)凸塊鉸連。上述的上、下兩個(gè)平臺(tái)均為六邊形，上、下兩六邊形位置相差60°，且相互平行安裝。上述的上平臺(tái)與天線反射體固定連接，所述下平臺(tái)與地基機(jī)架或天線載體機(jī)架連接。上述的天線反射體的結(jié)構(gòu)是一個(gè)中心體外圍有背架結(jié)構(gòu)，背架結(jié)構(gòu)上表面鋪設(shè)住反射器面板，中心體通過一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)安裝副反射器。本發(fā)明的有益效果是可以圓滿地解決經(jīng)典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天線在天線過天頂“盲錐區(qū)”空域連續(xù)跟蹤衛(wèi)星問題，實(shí)現(xiàn)航天遙感、衛(wèi)星遙感遙測(cè)信號(hào)和衛(wèi)星通信信號(hào)和信息不間斷連續(xù)工作的需求。而且同樣口徑、技術(shù)指標(biāo)的天線，本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重量明顯低于經(jīng)典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天線重量，尤其在大口徑天線時(shí)更加明顯，僅為俯仰-方位型(EL-AZ型)天線重量的70%-50%，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。


圖I :是天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2 :是本發(fā)明的6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 :是圖2所示天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線俯仰角為-1°的姿態(tài)示意圖(假設(shè)水平面位置天線俯仰角為0°或180° )。圖4 :是本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)天線反射體的示意圖。圖5:是圖4的俯視圖。圖6 :是本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)天線座架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7:是圖6的俯視圖。圖8:是圖6的仰視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
在圖I示出天線系統(tǒng)(I)是由天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(2)與相應(yīng)的饋源系統(tǒng)(3)、伺服控制系統(tǒng)(4)及其相應(yīng)配套的電子設(shè)備共同組成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星和飛行器，完成衛(wèi)星或飛行器信號(hào)和數(shù)據(jù)傳遞、分析和處理。參見圖2和圖3，本并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由天線反射體(5)和天線座架(6)組成。參見圖4和圖5，本天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)天線反射體(5)由副反射器(前饋無副反射器，僅后饋型式有副反射器)及其支撐結(jié)構(gòu)(7)、主反射器面板(8)、背架結(jié)構(gòu)(9)和中心體
(10)組成。參見圖6、圖7和圖8，本天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)天線座架(6)由上平臺(tái)(11)、六套直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置(12)及其伺服電機(jī)(13)、下平臺(tái)(14)和地基機(jī)架(15)組成。伺服控制系統(tǒng)根據(jù)跟蹤要求指令伺服電機(jī)(13)驅(qū)動(dòng)空間六套直線伸縮裝置(12)，以驅(qū)動(dòng)上平臺(tái)(11)實(shí)現(xiàn)天線反射體指向所需跟蹤的衛(wèi)星或飛行器，由饋源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)、信息交換或接收。上述的直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置(12)及其伺服電機(jī)(13)可以是螺旋傳動(dòng)(如螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu))，其螺母由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿直線移動(dòng)；也可以是伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一個(gè)油泵提供動(dòng)力油，由動(dòng)力油驅(qū)動(dòng)油缸使活塞桿作直線移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種基于6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由一個(gè)天線反射體(5)聯(lián)結(jié)一個(gè)天線座架(6)構(gòu)成，其特征在于所述天線座架(6)的結(jié)構(gòu)是六個(gè)伺服電機(jī)(13)分別驅(qū)動(dòng)六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置(12)，該六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置(12)的上端與一塊上平臺(tái)(11)通過球鉸連接，而下端與(14) 一塊下平臺(tái)通過萬向鉸(虎克鉸)連接，構(gòu)成6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述上、下兩個(gè)平臺(tái)(11、14)均為六邊形，上、下兩六邊形位置相差60°，且相互平行安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述基于6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，經(jīng)分析和計(jì)算,獲得一組機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得該并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)天線工作空域達(dá)到俯仰-1 ° 181° ,方位0° 360° (假設(shè)水平面為俯仰角為0°或180° )的超半球空域的大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)角度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超半球工作空域連續(xù)跟蹤的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置(12)的每相鄰兩個(gè)上端通過球鉸與所述上平臺(tái)(11)下底面的一個(gè)凸塊鉸連，而每相鄰兩個(gè)下端通過虎克鉸(萬向鉸)與所述與一塊下平臺(tái)(14)上表面的一個(gè)凸塊鉸連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述上平臺(tái)(11)與天線反射體(5)固定連接，所述下平臺(tái)(14)與地基機(jī)架(15)或天線載體機(jī)架連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述天線反射體(5)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)中心體(10)外圍有背架結(jié)構(gòu)(9)，背架結(jié)構(gòu)(9)上表面鋪設(shè)住反射器面板(8)，中心體(10)通過一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)安裝副反射器(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它由一個(gè)天線反射體聯(lián)結(jié)一個(gè)天線座架構(gòu)成，天線座架是六個(gè)伺服電機(jī)或液壓油缸分別驅(qū)動(dòng)六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，該六個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置的上端選用球鉸鏈與一塊上平臺(tái)鉸連，而下端選用虎克鉸(萬向鉸)與一塊下平臺(tái)鉸連，上、下平臺(tái)分別為六邊形，構(gòu)成一種基于6/6-SPU型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本發(fā)明能圓滿解決獲取衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器的遙感遙測(cè)信號(hào)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天線“過頂”空域連續(xù)跟蹤，達(dá)到超半球工作空域，即俯仰-1°～181°，方位0°～360°(假設(shè)水平面位置天線俯仰角為0°或180°)的任意位姿連續(xù)跟蹤。
文檔編號(hào)H01Q15/16GK102904017SQ20121021860
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者沈龍, 龔振邦, 劉亮, 楊明德 申請(qǐng)人:上海創(chuàng)投機(jī)電工程有限公司