CN110361558B - 一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法 - Google Patents

一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，属于卫星通信和射电天文技术领域。本发明从俯仰丝杠式传动偏馈天线的结构特性和俯仰运动特性出发，建立该类型天线在任意俯仰角度下的偏馈天线俯仰运动速度的预估方法，可以实时获得天线在任意俯仰角度下的俯仰运动速度，为偏馈天线的指向跟踪和跟踪目标切换时速度能力的估算提供了有力的支撑。

Description

一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法
技术领域
本发明属于卫星通信和射电天文技术领域，特别是指一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，适用于采用丝杠式传动方式进行俯仰驱动的半转台结构型式的偏馈天线。
背景技术
在卫星通信和射电天文领域中，采用丝杠式传动进行俯仰运动的半转台型式的偏馈天线十分常见，应用十分广泛。
这种型式下，俯仰运动速度为非线性的，且与天线所处的俯仰角度有关系。而俯仰运动速度作为系统的主要指标，决定着天线在指向跟踪和跟踪目标切换时能否满足系统的要求。因此，对丝杠式传动的俯仰机构的运动速度进行预估就显得十分必要，尤其是天线在任意俯仰角度时的运动速度。但是，目前针对这种天线还没有具体成熟的预估方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，可以实时获得天线在任意俯仰角度下的俯仰运动速度，为偏馈天线的指向跟踪和跟踪目标切换时速度能力的估算提供了有力的支撑。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，用于对采用丝杠式传动方式进行俯仰驱动的半转台结构型式偏馈天线的俯仰运动速度进行预估，所述偏馈天线具有A、B、C三个焦点，该天线包括偏馈反射器1和天线座架2，所述天线座架2包括方位机构3和俯仰机构4，所述俯仰机构4包括俯仰箱体5、丝杠6、丝母7、驱动单元8、第一支座9、第二支座10和连接框架11，所述偏馈反射器通过连接框架安装在天线座架上，所述驱动单元8包括电机和传动链；该方法包括以下步骤：
a.确定基本结构参数：偏馈反射器1电轴与大地水平面的夹角Φ，偏馈反射器1电轴与连接框架11上天线安装面的夹角α，连接框架11的天线安装面与焦点A焦点C之间连线的夹角β，焦点A焦点B之间连线与方位轴的夹角γ；
b.进一步确定额外的结构参数：焦点A和焦点C之间的距离L1，焦点A和焦点B之间的距离L2，焦点B和焦点C之间的距离S，焦点A焦点B之间连线与焦点A焦点C之间连线的夹角θ；
c.将角θ的变化速度作为该天线俯仰运动的速度；
d.建立该天线俯仰运动速度的预估数学模型：
Figure BDA0002150977410000021
其中，ω为俯仰运动的速度，ν为丝杠6伸缩的速度，P为丝杠6的导程，n为电机的额定转速，i为传动链的总减速比；
e.根据步骤d所建立的数学模型得到天线俯仰运动速度的预估值。
本发明所取得的有益效果在于：
1、与现有技术相比，本发明提出的俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，可以实时得出偏馈天线在任意俯仰角度下的俯仰运动速度，具有算法简单、俯仰运动实时速度预估准确等优点。
2、本发明可用于卫星通信和射电天文领域中俯仰驱动采用丝杠式传动的半转台结构型式的偏馈天线，给出了在任意俯仰角度下的偏馈天线俯仰运动速度的预估方法，可以实时获得天线在任意俯仰角度下的俯仰运动速度，为偏馈天线的指向跟踪和跟踪目标切换时速度能力的估算提供了有力的支撑。
附图说明
图1是本发明实施例中偏馈天线的结构示意图。
图2是图1中天线座架的主视图。
图3是图1中天线座架的右视图。
图4是图1中俯仰机构的结构示意图。
图5是图1中俯仰机构驱动结构的排布示意图。
图6是图1中俯仰机构驱动结构排布的简化图。
图中：1.偏馈反射器；2.天线座架；3.方位机构；4.俯仰机构；5.俯仰箱体；6.丝杠；7.丝母；8.驱动单元；9.第一支座；10.第二支座；11.连接框架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，该方法应用于采用丝杠式传动方式进行俯仰驱动的半转台结构型式偏馈天线，该天线的结构如图1～5所示，该天线具有A、B、C三个焦点。具体来说，该天线包括偏馈反射器1和天线座架2，所述天线座架2包括方位机构3和俯仰机构4，所述俯仰机构4包括俯仰箱体5、丝杠6、丝母7、驱动单元8、第一支座9、第二支座10和连接框架11，所述偏馈反射器通过连接框架安装在天线座架上，所述驱动单元8包括电机和传动链。
本方法基于对俯仰丝杠式传动偏馈天线的结构特性和俯仰运动特性的分析，确定俯仰丝杠式传动偏馈天线的俯仰运动的等效节点，建立该俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度的预估数学模型，从而对俯仰运动速度进行预估。具体预估方式如下：
a.简化俯仰丝杠式传动偏馈天线的结构模型，确定结构关键参数：偏馈反射器1电轴与大地水平面的夹角为Φ，偏馈反射器1电轴与连接框架11上天线安装面的夹角为α，连接框架11的天线安装面与焦点A焦点C之间连线的夹角为β，焦点A焦点B之间连线与方位轴的夹角为γ；
b.简化俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动部分的结构模型：该俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动部分可简化为三角形，其中焦点A和焦点C之间的距离为L1、焦点A和焦点B之间的距离为L2，焦点B和焦点C之间的距离为S，焦点A焦点B之间连线与焦点A焦点C之间连线的夹角为θ；
c.确定俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动的等效节点：该俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动的速度即为角θ的变化速度；
d.根据步骤c中确定的俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动的等效节点，建立该类型天线俯仰运动速度的预估数学模型：
Figure BDA0002150977410000041
其中，ω为俯仰运动的速度，ν为丝杠6伸缩的速度，P为丝杠6的导程，n为电机的额定转速，i为传动链的总减速比。
一般来说，该天线的俯仰运动速度是非线性的。
上述方法的推导过程如下：
第一步，如图6所示，有余弦定理可得：
L1 2+L2 2-2·L1·L2cos(θ)＝S2 (1)
第二步，如图1、5所示，可得：
θ＝φ-α-β-γ (2)
第三步，将式(2)代入式(1)可得：
Figure BDA0002150977410000042
第四步，对式(3)进行求导，可得：
Figure BDA0002150977410000043
第五步，由驱动单元中电机转速、减速比和丝杠的导程，可得丝杠的直线伸缩速度为：
Figure BDA0002150977410000044
第六步，由根据俯仰角度与俯仰运动速度的关系可得：
ω＝φ′ (6)
第七步，将式(5)、式(6)代入到式(4)中，可得：
Figure BDA0002150977410000051
第八步，将式(7)进行整理，可得俯仰运动速度的预估方法：
Figure BDA0002150977410000052
总之，本发明从俯仰丝杠式传动偏馈天线的结构特性和俯仰运动特性出发，建立该类型天线在任意俯仰角度下的偏馈天线俯仰运动速度的预估方法，可以实时获得天线在任意俯仰角度下的俯仰运动速度，为偏馈天线的指向跟踪和跟踪目标切换时速度能力的估算提供了有力的支撑。

Claims (1)

1.一种俯仰丝杠式传动偏馈天线俯仰运动速度预估方法，其特征在于，用于对采用丝杠式传动方式进行俯仰驱动的半转台结构型式偏馈天线的俯仰运动速度进行预估，所述偏馈天线具有A、B、C三个焦点，该天线包括偏馈反射器(1)和天线座架(2)，所述天线座架(2)包括方位机构(3)和俯仰机构(4)，所述俯仰机构(4)包括俯仰箱体(5)、丝杠(6)、丝母(7)、驱动单元(8)、第一支座(9)、第二支座(10)和连接框架(11)，所述偏馈反射器通过连接框架安装在天线座架上，所述驱动单元(8)包括电机和传动链；所述焦点A位于天线俯仰轴和方位轴的交点处，所述焦点B位于丝杠(6)与第一支座(9)的铰接点处，所述焦点C位于丝母(7)处；该方法包括以下步骤：
a.确定基本结构参数：偏馈反射器(1)电轴与大地水平面的夹角Φ，偏馈反射器(1)电轴与连接框架(11)上天线安装面的夹角α，连接框架(11)的天线安装面与焦点A焦点C之间连线的夹角β，焦点A焦点B之间连线与方位轴的夹角γ；
b.进一步确定额外的结构参数：焦点A和焦点C之间的距离L1，焦点A和焦点B之间的距离L2，焦点B和焦点C之间的距离S，焦点A焦点B之间连线与焦点A焦点C之间连线的夹角θ；
c.将角θ的变化速度作为该天线俯仰运动的速度；
d.建立该天线俯仰运动速度的预估数学模型：
Figure FDA0002944147310000011
其中，ω为俯仰运动的速度，P为丝杠(6)的导程，n为电机的额定转速，i为传动链的总减速比；
e.根据步骤d所建立的数学模型得到天线俯仰运动速度的预估值。
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