CN101924266A - 球面三自由度并联机构天线结构*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球面三自由度并联机构天线结构***。它由一个天线反射体联结一个天线座架构成，天线座架由上、下两个平台通过结构相同的三个支路机构联结构成。每条支路有上平台、上园弧形支架、下园弧形支架和下平台均通过3个转动副联结组成，其中一个转动副联结一个电机。上平台与天线反射体固定连接，下平台与地基机架或天线载体机架连接，电机直接驱动或通过变速器驱动下园弧形支架、上园弧形支架和上平台及天线反射体作球面三自由度转动。本发明能圆满解决获取卫星、运载火箭等飞行器的遥感遥测信号和数据，实现天线“过顶”空域连续跟踪，达到半球工作空域或半球以上工作空域。

Description

球面三自由度并联机构天线结构***

技术领域

本发明涉及一种基于球面三自由度并联机构的天线结构***。用于航天遥感、卫星“三遥”技术(遥感、遥测、遥控技术)和卫星通信的天线结构***。

背景技术

天线反射体部分一般有主反射器面板、背架结构、中心体、平衡重结构，副反射器和调焦装置及其支撑结构或前馈支撑结构组成；天线座架部分一般有天线座支撑结构、驱动轴系及传动装置、馈线和线缆缠绕装置、数据检测传递装置和安全保护装置组成。

目前，世界上公知的航天遥感、卫星“三遥”技术(遥感、遥测、遥控技术)所采用经典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天线，俯仰-方位型天线在天线天顶位置存在着一个无法“过顶”连续跟踪的“盲锥”区域，盲锥区域的大小(即盲锥的锥顶角)取决于天线与飞行器的距离和飞行器水平飞行速度。对低轨遥感天线至今尚未圆满解决“过顶”连续跟踪的问题。先引入一个天线跟踪“盲锥区”的概念，经典的俯仰-方位型天线座在跟踪目标时，天线方位角速度：β＝V/(R*cosε)(式中：V为目标飞行的水平速度；R为天线到目标的直线距离；ε为天线仰角；β为天线方位角速度)，当目标从天线天顶附近通过时，仰角ε→90°，cosε→0，β→∞。但电机驱动功率是有限的，天线转动的角速度也是有限的，在一定的驱动功率下，天线只能跟踪某一仰角以下的目标，在俯仰-方位型天线天顶附近存在无法连续跟踪的“盲锥区”。目前，工程实际中俯仰-方位型(EL-AZ型)天线在天线天顶位置存在着一个无法“过顶”连续跟踪的“盲锥”区域，无法采用经典的俯仰-方位型天线实现在天线天顶位置“过顶”连续跟踪。只能选择避开卫星运行轨道经过天线天顶的地方建造卫星地面站天线。

传统经典的遥感遥测低轨卫星天线设计一般采用俯仰-方位型(EL-AZ型)天线座，其存在过顶“盲锥区”，俯仰-方位型天线无法在卫星过顶“盲锥区”空域连续跟踪卫星，实现信号不间断连续工作的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的问题，提供一种球面三自由度并联机构天线结构***，实现无过顶“盲区”的连续跟踪天线***，圆满解决天线在半球工作空域(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)连续跟踪(假设水平面EL＝0°)，实现卫星信号和数据不间断连续工作的需求。由于求解并联机构的运动方程反解便捷容易，易于实现伺服控制。

为了达到上述目的，本发明的构思是：利用并联机构具有刚度大、精度高、速度快、承载能力大、结构简单、重量轻和控制便捷等独特优点，而且并联机构的运动方程反解求解便捷容易，易于实现伺服控制。应用于遥感遥测低轨卫星天线的设计，充分发挥了并联机构的特点。采用空间球面三自由度并联机构作为天线座架，采用空间三套驱动装置通过上、下园弧形支架分别通过转动副联结上、下两个平台构成空间球面三自由度机构，实现球面三自由度并联机构天线座架。上平台通过法兰接口与各种形式的天线反射体联结，下平台与地基固定，也可以与其他载体(如：车辆、舰船和飞行器等骨架)联结构成机动天线***。通过对空间球面三自由度并联机构的空间机构分析、综合和理论推导，合理选取三套上、下园弧形支架的园弧半径、园弧支架转动副轴线夹角α和上、下平台的空间分布位姿β角(β角为：上、下平台与上、下园弧支架联结转动副轴线与铅垂线的夹角)，解决大范围转动角度运动位置无奇异位问题，实现航天遥感、遥感遥测天线半球空域连续跟踪天线结构***。与相应的馈源***和伺服控制***构成的天线***，实现卫星、运载火箭等飞行器有效空域的遥测信号和数据，圆满解决过顶跟踪“盲区”问题，实现“过顶”连续跟踪的天线***。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种球面三自由度并联机构天线结构***，由一个天线反射体联结一个天线座架构成，其特征在于所述天线座架的结构是：它由上、下两平台通过结构相同的三个支路机构联结构成。每个所述支路机构含有一根上园弧形支架和一根下园弧形支架，所述上平台与所述上园弧形支架之间、所述所述上园弧形支架与所述下园弧形支架之间、以及所述下园弧形支架与所述下平台之间，分别通过三个转动副铰链连接，一个电动机直接联结或者通过一个变速器联结所述三个转动副中任一转动副的回转轴。

上述天线座的上、下两个平台联结的转动副位置相隔120°分别均匀分布，使转动副中心分布成为正三角形。每个支路有3个转动副，3个支路共9个转动副的转动轴线均汇交于同一球心，上、下两个平台相互平行安装。

上述的上平台与天线反射体固定连接，所述下平台与地基机架或天线载体机架连接。

上述的天线反射体的结构是：一个中心体***有背架结构，背架结构上表面铺设主反射器面板，中心体通过一个支撑结构安装天线的馈源馈线***及其副反射器。

本发明的有益效果是：可以圆满地解决经典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天线在天线过天顶“盲锥区”空域连续跟踪卫星问题，实现航天遥感、卫星遥感遥测信号和卫星通信信号和信息不间断连续工作的需求。而且同样口径、技术指标的天线，本发明天线结构***的重量明显低于经典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天线重量，尤其在大口径天线时更加明显，仅为俯仰-方位型(EL-AZ型)天线重量的70％-50％，大大节省了生产成本。

附图说明

图1：是天线***的结构框图。

图2：是本发明的球面三自由度并联机构天线结构***的结构示意图。

图3：是图2所示球面三自由度天线结构***的天线水平指平姿态示意图。

图4：是本发明球面三自由度天线结构***天线反射体的示意图。

图5：是图4的俯视图。

图6：是本发明球面三自由度天线结构***天线座架的结构示意图。

图7：是图6的俯视图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1、图2和图3，本球面三自由度并联机构天线结构***，由一个天线反射体5联结一个天线座6构成，所述天线座6的结构是：它由上、下两个平台11、16，通过结构相同的三个支路机构联结构成。在图1示出天线***1是由天线结构***2与相应的馈源***3、伺服控制***4及其相应配套的电子设备共同组成，实现自动跟踪卫星和飞行器，完成卫星或飞行器信号和数据传递、分析和处理。

参见图2和图3，本球面三自由度并联机构天线结构***由天线反射体5和天线座架6组成。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：参见图6和图7，每个所述支路机构含有一根上园弧形支架12和一根下园弧形支架13，所述上平台11与所述上园弧形支架12之间、所述所述上园弧形支架12与所述下园弧形支架13之间、以及所述下园弧形支架13与所述下平台16之间，分别通过三个转动副铰链连接，一个电动机14直接联结或者通过一个变速器15联结所述三个转动副中任一转动副的回转轴。所述三个支路机构共九个转动副的回转轴线均汇交于同一球心。所述上、下两个平台11、16分别与上、下园弧形支架12、13连接的转动副中心点位置分布均为正三角形，该上、下两正三角形位置相同或相差某一相同角度，且相互平行安装。

参见图4和图5，本球面三自由度天线结构***天线反射体5由副反射器(前馈无副反射器，仅后馈型式有副反射器)及其支撑结构7、主反射器面板8、背架结构9和中心体10组成。

参见图6和图7，本球面三自由度天线结构***天线座架6由上平台11、三套变速器15及其伺服电机14、下平台16和地基机架17组成。伺服控制***根据跟踪要求指令伺服电机14分别直接驱动或通过变速驱动装置空间三套驱动装置15，驱动下园弧形支架13、上园弧形支架12和上平台11实现天线反射体指向所需跟踪的卫星或飞行器，由馈源***实现信号、信息交换或接收。

上述的三套伺服电机14及其变速器15，可以由伺服电机通过摆线传动、行星传动等变速装置驱动其旋转，也可以由伺服电机直接驱动，使得下园弧形支架13按要求作转动，驱动上园弧形支架12和上平台11及天线反射体作空间球面三自由度转动。

Claims (6)

1.一种球面三自由度并联机构天线结构***，由一个天线反射体(5)联结一个天线座(6)构成，其特征在于所述天线座(6)的结构是：它由上、下两个平台(11、16)，通过结构相同的三个支路机构联结构成。

2.根据权利要求1所述的球面三自由度并联机构天线结构***，其特征在于每个所述支路机构含有一根上园弧形支架(12)和一根下园弧形支架(13)，所述上平台(11)与所述上园弧形支架(12)之间、所述所述上园弧形支架(12)与所述下园弧形支架(13)之间、以及所述下园弧形支架(13)与所述下平台(16)之间，分别通过三个转动副铰链连接，一个电动机(14)直接联结或者通过一个变速器(15)联结所述三个转动副中任一转动副的回转轴。

3.根据权利要求2所述的球面三自由度并联机构天线结构***，其特征在于所述三个支路机构共九个转动副的回转轴线均汇交于同一球心。

4.根据权利要求2所述的球面三自由度并联机构天线结构***，其特征在于所述上、下两个平台(11、16)分别与上、下园弧形支架(12、13)连接的转动副中心点位置分布均为正三角形，该上、下两正三角形位置相同或相差某一相同角度，且相互平行安装。

5.根据权利要求1所述的球面三自由度并联机构天线结构***，其特征在于所述上平台(11)与天线反射体(5)固定连接，所述下平台(16)与地基或机架(17)连接。

6.根据权利要求1所述的球面三自由度并联机构天线结构***，其特征在于所述天线反射体(5)的结构是：一个中心体(10)***有连接的背架结构(9)，所述中心体(10)和背架结构(9)上表面铺设有主反射器面板(8)，所述天线反射体(5)通过一支撑结构安装天线配套的馈源馈线***(3)及其副反射器(7)。

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