[發明專利]球面三自由度并聯機構天線結構系統

有效

• 申請號: 201010201192.4
• 申請日: 2010-06-12
• 公開（公告）號: CN101924266A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 沈龍;龔振邦;劉亮;楊明德;羅勝;李宇
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海創投機電工程有限公司
• 主分類號: H01Q1/12
• 分類號: H01Q1/12;H01Q3/02;H01Q19/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種基于球面三自由度并聯機構的天線結構系統。用于航天遙感、衛星“三遙”技術(遙感、遙測、遙控技術)和衛星通信的天線結構系統。

背景技術

天線反射體部分一般有主反射器面板、背架結構、中心體、平衡重結構，副反射器和調焦裝置及其支撐結構或前饋支撐結構組成；天線座架部分一般有天線座支撐結構、驅動軸系及傳動裝置、饋線和線纜纏繞裝置、數據檢測傳遞裝置和安全保護裝置組成。

目前，世界上公知的航天遙感、衛星“三遙”技術(遙感、遙測、遙控技術)所采用經典的俯仰-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無法“過頂”連續跟蹤的“盲錐”區域，盲錐區域的大小(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。對低軌遙感天線至今尚未圓滿解決“過頂”連續跟蹤的問題。先引入一個天線跟蹤“盲錐區”的概念，經典的俯仰-方位型天線座在跟蹤目標時，天線方位角速度：β＝V/(R*cosε)(式中：V為目標飛行的水平速度；R為天線到目標的直線距離；ε為天線仰角；β為天線方位角速度)，當目標從天線天頂附近通過時，仰角ε→90°，cosε→0，β→∞。但電機驅動功率是有限的，天線轉動的角速度也是有限的，在一定的驅動功率下，天線只能跟蹤某一仰角以下的目標，在俯仰-方位型天線天頂附近存在無法連續跟蹤的“盲錐區”。目前，工程實際中俯仰-方位型(EL-AZ型)天線在天線天頂位置存在著一個無法“過頂”連續跟蹤的“盲錐”區域，無法采用經典的俯仰-方位型天線實現在天線天頂位置“過頂”連續跟蹤。只能選擇避開衛星運行軌道經過天線天頂的地方建造衛星地面站天線。

傳統經典的遙感遙測低軌衛星天線設計一般采用俯仰-方位型(EL-AZ型)天線座，其存在過頂“盲錐區”，俯仰-方位型天線無法在衛星過頂“盲錐區”空域連續跟蹤衛星，實現信號不間斷連續工作的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術存在的問題，提供一種球面三自由度并聯機構天線結構系統，實現無過頂“盲區”的連續跟蹤天線系統，圓滿解決天線在半球工作空域(方位AZ：0°～360°，俯仰EL：0°～90°)或半球工作空域以上(俯仰角低于水平面以下)連續跟蹤(假設水平面EL＝0°)，實現衛星信號和數據不間斷連續工作的需求。由于求解并聯機構的運動方程反解便捷容易，易于實現伺服控制。

為了達到上述目的，本發明的構思是：利用并聯機構具有剛度大、精度高、速度快、承載能力大、結構簡單、重量輕和控制便捷等獨特優點，而且并聯機構的運動方程反解求解便捷容易，易于實現伺服控制。應用于遙感遙測低軌衛星天線的設計，充分發揮了并聯機構的特點。采用空間球面三自由度并聯機構作為天線座架，采用空間三套驅動裝置通過上、下園弧形支架分別通過轉動副聯結上、下兩個平臺構成空間球面三自由度機構，實現球面三自由度并聯機構天線座架。上平臺通過法蘭接口與各種形式的天線反射體聯結，下平臺與地基固定，也可以與其他載體(如：車輛、艦船和飛行器等骨架)聯結構成機動天線系統。通過對空間球面三自由度并聯機構的空間機構分析、綜合和理論推導，合理選取三套上、下園弧形支架的園弧半徑、園弧支架轉動副軸線夾角α和上、下平臺的空間分布位姿β角(β角為：上、下平臺與上、下園弧支架聯結轉動副軸線與鉛垂線的夾角)，解決大范圍轉動角度運動位置無奇異位問題，實現航天遙感、遙感遙測天線半球空域連續跟蹤天線結構系統。與相應的饋源系統和伺服控制系統構成的天線系統，實現衛星、運載火箭等飛行器有效空域的遙測信號和數據，圓滿解決過頂跟蹤“盲區”問題，實現“過頂”連續跟蹤的天線系統。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種球面三自由度并聯機構天線結構系統，由一個天線反射體聯結一個天線座架構成，其特征在于所述天線座架的結構是：它由上、下兩平臺通過結構相同的三個支路機構聯結構成。每個所述支路機構含有一根上園弧形支架和一根下園弧形支架，所述上平臺與所述上園弧形支架之間、所述所述上園弧形支架與所述下園弧形支架之間、以及所述下園弧形支架與所述下平臺之間，分別通過三個轉動副鉸鏈連接，一個電動機直接聯結或者通過一個變速器聯結所述三個轉動副中任一轉動副的回轉軸。

上述天線座的上、下兩個平臺聯結的轉動副位置相隔120°分別均勻分布，使轉動副中心分布成為正三角形。每個支路有3個轉動副，3個支路共9個轉動副的轉動軸線均匯交于同一球心，上、下兩個平臺相互平行安裝。

上述的上平臺與天線反射體固定連接，所述下平臺與地基機架或天線載體機架連接。