[發(fā)明專利]一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線及其伺服控制方法

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• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN116130925A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設計）人: 宋建虎;張寧;張立軍;張碩;吳云皓;米青超;張朋偉;王孟浩;齊子涵;王鴻哲;張義坡;馬吉文;郝會乾
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H01Q1/12
• 分類號: H01Q1/12;H01Q1/28;H01Q15/14;H01Q21/06
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

1.一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線，包括天線反射體，其特征在于，還包括兩自由度并聯(lián)差速的驅動機構；

驅動機構主要由支架、左側輸出機構、右側輸出機構和中央錐齒輪組成；

所述左側輸出機構和右側輸出機構均包括基座、輸出錐齒輪、輸出軸和驅動電機；所述輸出錐齒輪固定于輸出軸的末端，且輸出錐齒輪的中軸線和輸出軸的中軸線重合；

所述支架為T型結構，所述輸出錐齒輪均套裝在支架的其中一副枝節(jié)的內端并與支架軸承連接；支架副枝節(jié)的上套裝有所述基座，且支架副枝節(jié)的外端與基座軸承連接；所述基座和輸出軸均為筒狀結構，所述輸出軸套裝在支架上，并沿支架的副枝節(jié)向外延伸至基座內部，基座和輸出軸軸承連接；所述輸出軸的另一端固設有驅動齒輪，所述驅動齒輪位于基座內部，驅動電機帶動驅動齒輪轉動；

所述支架主枝節(jié)上還套裝有支柱和所述中央錐齒輪，且中央錐齒輪位于支架主枝節(jié)的內端；所述中央錐齒輪和支柱為一體式結構，兩者均與支架主枝節(jié)軸承連接；輸出錐齒輪均與中央錐齒輪嚙合；

所述支柱的末端設有作為支撐的三腳架；

所述天線反射體固定于并聯(lián)差速驅動機構的基座上；天線反射體包含微帶陣列天線、波導、低噪放大器、接收機和伺服控制板；其中，微帶陣列天線實現(xiàn)電磁信號的接收和發(fā)射，接收的電磁信號通過波導傳輸至低噪放大器，經(jīng)過調制處理，進而通過電纜傳輸至接收機和伺服控制板，實現(xiàn)信號鎖定、收發(fā)和伺服控制。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線，其特征在于，所述支架包括兩個副枝節(jié)和一個主枝節(jié)；兩個副枝節(jié)在同一直線上，且兩個副枝節(jié)均垂直于主枝節(jié)；兩個輸出錐齒輪的中軸線與副枝節(jié)的中軸線重合。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線，其特征在于，與支柱軸承連接的支架主枝節(jié)末端設有高頻滑環(huán)，用于防止線纜纏繞。

4.一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線的伺服控制方法，應用于權利要求1至3任意一項所述的一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線；其特征在于，具體過程如下：

系統(tǒng)上電后，首先進行初始化，然后天線自動展開，進行角度標校，并采集地理位置、航向和傾角姿態(tài)信息，等待系統(tǒng)命令；收到一鍵對星命令后，根據(jù)并聯(lián)差速傳動座架的結構形式及其數(shù)學模型，系統(tǒng)進行星位計算，驅動天線轉到理論計算的方位和俯仰角，隨后進入小范圍或者大范圍搜索程序，信標接收模塊鎖定后，自動運行俯仰主副瓣識別和方位主副瓣識別程序，確認主瓣后進入跟蹤程序，直到跟蹤到信號最強，實現(xiàn)鎖定；

完成對星鎖定后，系統(tǒng)根據(jù)天線的方位、俯仰角度值，并結合當?shù)亟?jīng)緯度信息，對航向值進行修正，以提高下次自動對星的速度和準確性；

系統(tǒng)完成鎖定和修正后，伺服控制跟蹤系統(tǒng)自動轉入休眠狀態(tài)，當自動檢測到信號下降1dB時，引入最大值掃描程序，確保天線不出現(xiàn)失鎖。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線的伺服控制方法，其特征在于，采用電子羅盤獲取天線的航向和傾角姿態(tài)信息，伺服控制板中的北斗模塊獲取天線當前的地理位置。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種基于并聯(lián)差速驅動機構的衛(wèi)通天線的伺服控制方法，其特征在于，并聯(lián)差速傳動座架的數(shù)學模型的建立過程如下：

驅動機構的輸入端具有兩個獨立的輸入變量，分別為θ_x、θ_y，輸出端具有兩個獨立變量，分別為θ_α、θ_β；由于是并聯(lián)結構，兩個輸入變量共同決定輸出變量值；

當天線反射器處于水平狀態(tài)，波束為水平方向，同時，天線波束指向為正北方向時，此狀態(tài)定義為初始狀態(tài)(t＝0)，并聯(lián)差速機構的垂向軸自由度定義為天線方位角θ_A，其轉動的角速度定義為方位角速度為ω_A，并聯(lián)差速機構的水平軸自由度定義為俯仰角θ_E，其轉動的角速度定義為俯仰角速度為ω_E：

在初始狀態(tài)下，天線方位角度：θ_A＝0；俯仰角度：θ_E＝0；

定義并聯(lián)差速機構中左側錐齒輪轉動角度為θ_x，轉動角速度為ω_x，右側錐齒輪轉動角度為θ_y，轉動角速度為ω_y，且在初始狀態(tài)下，θ_x＝0，θ_y＝0；

通過數(shù)學模型的推導和求解，建立了天線方位角θ_A和俯仰角θ_E關于并聯(lián)差速機構輸入變量的數(shù)學模型解：

建立了天線方位角速度和俯仰角速度關于并聯(lián)差速機構輸入變量的數(shù)學模型解：

以兩自由度的并聯(lián)差速驅動機構為基礎，建立天線伺服控制中指向角度的數(shù)學模型，

通過數(shù)學模型的推導和求解，建立天線伺服控制中指向理論位置的數(shù)學模型解：

式中，θ_x為左側錐齒輪輸入角度，θ_y為右側錐齒輪輸入角度，λ為衛(wèi)星經(jīng)度，λe為天線經(jīng)度，φ為天線緯度，R為地球半徑，Re為衛(wèi)星距離地心的距離。