[發明專利]超半球工作空域并聯機構天線結構系統

有效

• 申請號: 201210218603.X
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102904017A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 沈龍;龔振邦;劉亮;楊明德
• 申請（專利權）人: 上海創投機電工程有限公司
• 主分類號: H01Q3/08
• 分類號: H01Q3/08;H01Q15/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種基于6/6-SPU型Stewart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)及衛星通信的天線結構系統。天線結構系統與伺服控制系統、饋源饋線系統(簡稱：天、伺、饋)組成天線系統，實現遙感、遙測和遙控信息獲取和指令，實現衛星通信信息傳遞和處理。尤其是能夠獲取衛星、運載火箭等飛行器有效空域的遙測信號和數據，實現無過頂“盲區”的連續跟蹤天線系統，圓滿解決天線超半球工作空域，即俯仰：-1°～181°，方位：0°～360°(假設水平面位置天線俯仰角為0°或180°)的任意位姿連續跟蹤。本發明技術方案屬于機電一體化技術領域。

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爭0，β哆∞。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跟蹤盲區的位置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

本發明的目的在于已有技術存在的問題提供一種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，圓滿解決天線半球工作空域任意姿態連續跟蹤，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6/6-SPU型Stewart并聯機構作為天線座，采用空間六套直線伸縮驅動裝置聯結上、下兩個平臺，六套直線伸縮驅動裝置上端分別通過球鉸與上平臺連接，其下端分別通過萬向鉸(虎克鉸)與下平臺連接，構成Stewart平臺機構，實現6/6-SPU型Stewart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，也可以與其他載體機架(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6/6-SPU型Stewart并聯機構的空間機構分析、綜合和理論推導，合理選取六套直線驅動裝置的桿長、伸縮長度和空間角度，實現天線工作空域達到俯仰：-1°～181°，方位：0°～360°(假設水平面為俯仰角為0°或180°)的超半球工作空域的大范圍轉動角度運動位置無奇異位問題，實現航天遙感、遙測和遙控天線超半球工作空域連續跟蹤的天線結構系統。該發明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，實現超半球工作空域無跟蹤盲區的一種特種天線系統。

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：六個伺服電機分別驅動六個直線伸縮驅動裝置，該六個直線伸縮驅動裝置的上端與一塊上平臺通過球鉸連接，而下端與一塊下平臺通過萬向鉸(虎克鉸)連接，構成6/6-SPU型Stewart并聯機構。