CN102904017A - 超半球工作空域并联机构天线结构*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并联机构天线结构***。它由一个天线反射体联结一个天线座架构成，天线座架是六个伺服电机或液压油缸分别驱动六个直线伸缩驱动装置，该六个直线伸缩驱动装置的上端选用球铰链与一块上平台铰连，而下端选用虎克铰(万向铰)与一块下平台铰连，上、下平台分别为六边形，构成一种基于6/6-SPU型Stewart并联机构的天线结构***。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，达到超半球工作空域，即俯仰：-1°～181°，方位：0°～360°(假设水平面位置天线俯仰角为0°或180°)的任意位姿连续跟踪。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种基于6/6-SPU型Stewart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)及卫星通信的天线结构***。天线结构***与伺服控制***、馈源馈线***(简称：天、伺、馈)组成天线***，实现遥感、遥测和遥控信息获取和指令，实现卫星通信信息传递和处理。尤其是能够获取卫星、运载火箭等飞行器有效空域的遥测信号和数据，实现无过顶“盲区”的连续跟踪天线***，圆满解决天线超半球工作空域，即俯仰：-1°～181°，方位：0°～360°(假设水平面位置天线俯仰角为0°或180°)的任意位姿连续跟踪。本发明技术方案属于机电一体化技术领域。
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争0，β哆∞。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跟踪盲区的位置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
本发明的目的在于已有技术存在的问题提供一种并联机构天线结构***，实现无过顶“盲区”的连续跟踪天线***，圆满解决天线半球工作空域任意姿态连续跟踪，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6/6-SPU型Stewart并联机构作为天线座，采用空间六套直线伸缩驱动装置联结上、下两个平台，六套直线伸缩驱动装置上端分别通过球铰与上平台连接，其下端分别通过万向铰(虎克铰)与下平台连接，构成Stewart平台机构，实现6/6-SPU型Stewart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，也可以与其他载体机架(如：车辆、舰船和飞行器等骨架)联结构成机动天线***。通过对6/6-SPU型Stewart并联机构的空间机构分析、综合和理论推导，合理选取六套直线驱动装置的杆长、伸缩长度和空间角度，实现天线工作空域达到俯仰：-1°～181°，方位：0°～360°(假设水平面为俯仰角为0°或180°)的超半球工作空域的大范围转动角度运动位置无奇异位问题，实现航天遥感、遥测和遥控天线超半球工作空域连续跟踪的天线结构***。该发明与相应的馈源***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，实现超半球工作空域无跟踪盲区的一种特种天线***。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种并联机构天线结构***，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：六个伺服电机分别驱动六个直线伸缩驱动装置，该六个直线伸缩驱动装置的上端与一块上平台通过球铰连接，而下端与一块下平台通过万向铰(虎克铰)连接，构成6/6-SPU型Stewart并联机构。
上述的六个直线伸缩驱动装置的每相邻两个上端通过球铰与所述上平台下底面的一个凸块铰连，而每相邻两个下端通过虎克铰(万向铰)与所述与一块下平台上表面的一个凸块铰连。
上述的上、下两个平台均为六边形，上、下两六边形位置相差60°，且相互平行安装。
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住反射器面板，中心体通过一个支撑结构安装副反射器。
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6/6-SPU型Stewart并联机构天线结构***的结构示意图。
图3：是图2所示天线结构***的天线俯仰角为-1°的姿态示意图(假设水平面位置天线俯仰角为0°或180°)。
图4：是本发明天线结构***天线反射体的示意图。
图5：是图4的俯视图。
图6：是本发明天线结构***天线座架的结构示意图。
图7：是图6的俯视图。
图8：是图6的仰视图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：
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，本并联机构天线结构***由天线反射体(5)和天线座架(6)组成。
参见图4和图5，本天线结构***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、图7和图8，本天线结构***天线座架(6)由上平台(11)、六套直线伸缩驱动装置(12)及其伺服电机(13)、下平台(14)和地基机架(15)组成。伺服控制***根据跟踪要求指令伺服电机(13)驱动空间六套直线伸缩装置(12)，以驱动上平台(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。
上述的直线伸缩驱动装置(12)及其伺服电机(13)可以是螺旋传动(如：螺杆螺母传动机构)，其螺母由伺服电机直接驱动或者通过传动装置驱动其旋转，从而使螺杆直线移动；也可以是伺服电机直接驱动或者通过传动装置驱动一个油泵提供动力油，由动力油驱动油缸使活塞杆作直线移动。
Claims (6)
1.一种基于6/6-SPU型Stewart并联机构的天线结构***，由一个天线反射体(5)联结一个天线座架(6)构成，其特征在于所述天线座架(6)的结构是：六个伺服电机(13)分别驱动六个直线伸缩驱动装置(12)，该六个直线伸缩驱动装置(12)的上端与一块上平台(11)通过球铰连接，而下端与(14)一块下平台通过万向铰(虎克铰)连接，构成6/6-SPU型Stewart并联机构。
2.根据权利要求1所述的并联机构天线结构***，其特征在于所述上、下两个平台(11、14)均为六边形，上、下两六边形位置相差60°，且相互平行安装。
3.根据权利要求1所述的并联机构天线结构***，其特征在于所述基于6/6-SPU型Stewart并联机构的天线结构***机构，经分析和计算，获得一组机构结构参数，使得该并联机构天线结构***能够实现天线工作空域达到俯仰：-1°～181°，方位：0°～360°(假设水平面为俯仰角为0°或180°)的超半球空域的大范围转动角度运动，实现超半球工作空域连续跟踪的天线结构***。
4.根据权利要求1所述的并联机构天线结构***，其特征在于所述六个直线伸缩驱动装置(12)的每相邻两个上端通过球铰与所述上平台(11)下底面的一个凸块铰连，而每相邻两个下端通过虎克铰(万向铰)与所述与一块下平台(14)上表面的一个凸块铰连。
5.根据权利要求1所述的并联机构天线结构***，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(14)与地基机架(15)或天线载体机架连接。
6.根据权利要求1所述的并联机构天线结构***，其特征在于所述天线反射体(5)的结构是：一个中心体(10)***有背架结构(9)，背架结构(9)上表面铺设住反射器面板(8)，中心体(10)通过一个支撑结构安装副反射器(7)。
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