CN110450907B - 一种大型舰载雷达稳定跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型舰载雷达稳定跟踪装置，该装置包括固定基座、驱动分支、上平台、方位驱动机构和俯仰驱动机构。上平台通过驱动分支的运动，实现两个转动自由度和一个移动自由度，可补偿船的横摇、纵摇及垂荡运动，使上平台平面保持稳定，方位转台可带动俯仰座做方位转动，俯仰座带动雷达天线进行俯仰转动，从而实现俯仰座上雷达天线的方位角和俯仰角的调节。这种五轴形式，隔离了舰船摇晃对跟踪雷达的影响，提高雷达天线的跟踪精度。该装置的伸出杆通过固定基座内的柱状筒导向，提高了机构的整体刚度和承载能力，并且体积小，占地面积小，方便布置。

Description

一种大型舰载雷达稳定跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种雷达稳定跟踪设备，特别是一种大型舰载雷达稳定跟踪装置。

背景技术

舰载雷达由于具有发现目标距离远，测定目标坐标速度快等特点，在武器控制、侦察、航行保障、气象观测和卫星通讯等方面获得广泛应用，成为现代战争中一种重要的电子技术装备。可舰船在海上航行过程中，会受风、浪、流、潮等恶劣环境和舰体自身特性的影响，舰体无法保持平衡，会不可避免地产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六个自由度的无规则随机运动，影响雷达的性能，这样就需要稳定平台来隔离舰体姿态变化，使雷达时刻保持在稳定的工作环境下，提高雷达的工作精度。而现有雷达稳定平台多为二、三轴串联构型，其只能实现姿态稳定，不能隔离舰体的摇晃，大大限制了舰载设备的精度和应用范围。因此研发补偿范围大、能实现高精度稳定跟踪、机构刚度大、结构紧凑、适应海上环境的混联基座系统具有重要意义。

公开号为CN 107942294 A提出一种六自由度自重构的并联式舰载雷达稳定架，可根据海浪大小调节稳定架的构型，实现雷达的稳定功能，但该结构整体刚度低，仅能实现姿态稳定。公开号为CN 105655682 A提出一种新型并联舰载雷达天线稳定平台，由三条相互耦合的运动支链构成，刚度较大，但由于并联机构工作空间的限制，该机构的运动范围较小。公开号为CN 105752288 A提出一种三转动自由度空间串并联机构，可用于雷达追踪，但该机构结构复杂，承载能力较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种刚度大、补偿调节范围大、承载能力高、结构紧凑的、能实现船用雷达稳定跟踪的装置。

为解决上述技术问题，本发明公开一种大型舰载雷达稳定跟踪装置，该装置包括固定基座、驱动分支、上平台、方位驱动机构和俯仰驱动机构；

所述固定基座包括底板和三个沿圆周120°均匀分布的柱状筒，所述柱状筒与所述固定基座的底板面垂直；

所述驱动分支包括三个伸出杆、三个第一万向铰、三个第一驱动单元和三个连接部件，所述每个伸出杆的上部分别与一个所述第一万向铰的第一端连接，所述每个伸出杆的下部分别与一个所述第一驱动单元固定连接；所述每个第一驱动单元分别固定在一个所述柱状筒的下方，并与一个所述伸出杆下部固定连接，带动所述伸出杆在所述柱状筒内运动；每个所述第一万向铰的第一端分别与一个所述伸出杆的上部连接，每个所述第一万向铰的第二端分别与一个所述连接部件的下端连接；

所述上平台的下平面通过第一转动副与所述三个连接部件的上端相连，所述上平台的上平面与所述方位转台连接；

所述方位驱动机构包括方位转台和第二驱动单元，所述方位转台与所述上平台的上平面连接，所述第二驱动单元用以驱动所述方位转台作方位旋转；以及

所述俯仰驱动机构包括俯仰座和第三驱动单元，所述俯仰座的第一端与所述方位转台的上部连接，所述俯仰座的第二端与一雷达天线固连，所述第三驱动单元用以驱动所述俯仰座带动所述雷达天线作俯仰运动。

上述技术方案中，上平台通过三个伸出杆、三个第一万向铰、三个第一驱动单元和三个连接部件所组成的驱动分支的运动，实现两个转动自由度和一个移动自由度，可补偿船的横摇、纵摇及垂荡运动，使上平台平面保持稳定，上平台上的方位转台可实现沿第二转动副轴线的方位转动，俯仰座可实现沿第三转动副轴线的俯仰转动，从而实现俯仰座上雷达的方位角和俯仰角的调节。这种五轴形式，隔离舰船摇晃对跟踪雷达的影响，提高雷达天线的跟踪精度。伸出杆通过固定基座内的圆柱筒导向，提高了机构的整体刚度和承载能力，并且体积小，占地面积小，方便布置。

优选的，所述方位转台通过第二转动副与所述上平台连接，所述第二驱动单元固定在上平台的下方，第二转动副的轴线垂直于上平台平面。

优选的，所述上平台与所述方位转台固连，所述固定基座通过第二转动副与底座相连，所述底座与舰体的甲板固连，并且第二转动副的轴线垂直于船的甲板面，第二驱动单元位于所述底座的内部。

优选的，所述方位转台为U形结构，所述俯仰座为倒U型结构，所述俯仰座一端与雷达天线固连，另一端通过两个共轴的第三转动副与所述方位转台连接，所述第三转动副和所述第二转动副轴线相互垂直，两组第三驱动单元平行双向布置于U形方位转台的内部。

优选的，所述第二驱动单元和第三驱动单元可为双伺服电机齿轮驱动。这样可以消除齿轮传动间隙，保障这样雷达工作在稳定的状态下并实现对目标的稳定跟踪。

优选的，所述第二转动副的转轴处设有方位编码器；所述第三转动副的转轴处设有俯仰编码器。

优选的，所述第一驱动单元为伺服液压缸，所述第二驱动单元和第三驱动单元为伺服液压马达。

附图说明

图1为实施例1中的大型舰载雷达稳定跟踪装置的三维示意图；

图2为图1所示稳定装置固定基座的局部剖视图；

图3为图1所示稳定装置上平台、方位转台和俯仰座的局部剖视图；

图4为实施例2中大型舰载雷达稳定跟踪装置的示意图；以及

图5为实施例3中大型舰载雷达稳定跟踪装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。

实施例1

在图1所示的大型舰载雷达稳定跟踪装置示意图中，整个系统通过固定基座1固定在船体的甲板上，雷达19固定在俯仰座17上。

如图2、图3所示，稳定跟踪装置的固定基座1与船的甲板相固连，固定基座1为框架结构，且内部在圆周方向均匀分布有三个轴线与底板面垂直的圆柱筒；伸出杆5为圆柱形结构，三个伸出杆均为空心圆柱结构，分别通过第一圆柱副与固定基座1中的三个圆柱筒相连；第一驱动单元中的伺服电机201通过电机安装座固定在固定基座1中圆柱筒的下方，电机安装座的上部装有轴承等部件使丝杆202的下端得到固定，丝杆202位于空心伸出杆的内部，电机输出轴通过联轴器与丝杆202连接，丝母203通过丝母安装座固定在伸出杆5的下部；连接件6为三角形框架结构，其下部通过第一万向铰7与伸出杆5的上部相连，其上部与两两一组共轴的第一转动副相连；上平台8为圆形，其下方通过三组两两一组共轴的第一转动副与三个连接件6的上部相连；且三组转动副轴线相互所夹锐角均为60度；上述第一万向铰7中的一根轴线垂直于第一圆柱副的轴线且另一根轴线平行于第三转动副的轴线；这样通过驱动分支中的伺服电机201带动丝杆202旋转，可使三个伸出杆5在圆柱筒内运动，进而可使上平台实现相应的运动；方位转台14为U形结构，其下方通过转盘轴承11与上平台8连接，转盘轴承11的一端固定在上平台8上，另一端与方位转台14的下方相连，这样通过转盘轴承的连接可以使方位转台14可以在上平台8上旋转，这样就构成了第二转动副，且第二转动副的轴线垂直于上平台8所在平面；两组第二驱动单元10呈一定角度布置于上平台8的下方，并通过齿轮同步驱动转盘轴承11上的大齿圈，从而带动方位转台14旋转，进行雷达方位角度的调节；俯仰座17为倒U形结构，并通过两个共轴的第三转动副与方位转台14的上方连接，且倒U型结构两侧的内部分别固定有大的内齿轮；两个第三驱动单元15平行双向布置于方位转台14的内部的两侧，两者同步驱动俯仰座17两侧的内齿轮，从而带动俯仰座17沿着第三转动副的轴线进行旋转，进而调节固定在俯仰座17上雷达的俯仰角度；上述第三转动副的轴线垂直于第二转动副轴线；上述装置中驱动方位转台14进行方位角度调节的第二驱动单元和驱动俯仰座17进行俯仰角度调节驱动第三驱动单元15均为齿轮驱动，为消除齿轮传动的传动间隙，方位转台驱动和俯仰座驱动均为两组，从而消除齿轮传动以及换向时的间隙；为了实现高精度的伺服控制，在第二转动副处设有回转编码器13，回转编码器13的一端与方位转台14连接，另一端与上平台8连接，从而测得当前方位转台14的方位角度；在第三转动副处设有俯仰编码器18，俯仰编码器18一端与方位转台14连接，另一端与俯仰座17相连，可测得俯仰座17的俯仰转角；进而实现全闭环控制。

如图1所示，为适应海上潮湿盐雾环境，装置上平台8和固定基座1间要加装密封装置，U型的方位转台14也要加装密封装置。

本实施例中，所述雷达稳定跟踪装置，通过舰船上惯性测量元件可测得舰船的摇晃运动，在驱动分支中的三个第一驱动单元中的伺服电机作用下，带动伸出杆5在固定基座1中的圆柱筒中进行运动，使上平台8反向运动，可实现沿横向和纵向两个方向的转动自由度和一个沿垂直方向的移动自由度，对相应舰船摇晃的横摇和纵摇角度进行反向补偿，使上平台平面保持稳定，从而使装置中的上平台8始终处于水平状态。上平台8上的方位转台14和俯仰座17的旋转运动可实现雷达方位角和俯仰角的调节，因此整个机构可以在抵消舰船摇摆运动的影响的情况下通过方位角度俯仰角度的调节实现对目标的稳定跟踪。这种五轴形式，能够隔离舰船摇晃对跟踪雷达的影响，提高雷达天线的跟踪精度。伸出杆通过固定基座内的圆柱筒导向，提高了机构的整体刚度和承载能力，并且体积小，占地面积小，方便布置。

实施例2

如图4所示，稳定跟踪装置的底座21与船体的甲板固连，转盘轴承11一端与底座21连接，另一端与固定基座1连接，从而构成了第二转动副，并且第二转动副的轴线垂直于船的甲板面，第二驱动单元10位于固定底座21的内部，可通过齿轮驱动转盘轴承实现沿第二转动副轴线的转动；上平台8的上方直接与方位转台14的下方固连；其他部件连接方式与实施例1相同。

实施例3

如图5所示，稳定跟踪装置中的第一驱动单元可换为伺服电动缸或伺服液压缸驱动，伺服液压缸22的缸筒底部与固定基座1相连，活塞杆与伸出杆5相连，其他连接方式与实施例1相同。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述装置包括固定基座、驱动分支、上平台、方位驱动机构和俯仰驱动机构；

所述固定基座包括底板和三个沿圆周120°均匀分布的柱状筒，所述柱状筒与所述底板垂直；

所述驱动分支包括三个伸出杆、三个第一万向铰、三个第一驱动单元和三个连接部件，每个所述伸出杆的上部分别与一个所述第一万向铰的第一端连接，每个所述伸出杆的下部分别与一个所述第一驱动单元固定连接；所述每个第一驱动单元分别固定在一个所述柱状筒的下方，并与一个所述伸出杆的下部固定连接，带动所述伸出杆在所述柱状筒内运动；每个所述第一万向铰的第一端分别与一个所述伸出杆的上部连接，每个所述第一万向铰的第二端分别与一个所述连接部件的下端连接；

所述上平台的下平面通过第一转动副与所述三个连接部件的上端相连，所述上平台的上平面与所述方位驱动机构的方位转台连接；

所述方位驱动机构包括方位转台和第二驱动单元，所述方位转台与所述上平台的上平面连接，所述第二驱动单元用以驱动所述方位转台作方位旋转；以及

所述俯仰驱动机构包括俯仰座和第三驱动单元，所述俯仰座的第一端与所述方位转台的上部连接，所述俯仰座的第二端与一雷达天线固连，所述第三驱动单元用以驱动所述俯仰座带动所述雷达天线作俯仰运动。

2.根据权利要求1所述的大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述方位转台通过第二转动副与所述上平台连接，所述第二驱动单元固定在上平台的下方，所述第二转动副的轴线垂直于所述上平台的下平面。

3.根据权利要求1所述的大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述方位转台与所述上平台固连，所述固定基座通过第二转动副与一底座相连，所述底座与舰体的甲板固连，并且第二转动副的轴线垂直于所述甲板，所述第二驱动单元位于所述底座的内部。

4.根据权利要求2或者3所述的大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述方位转台为U形结构，所述俯仰座为倒U型结构，所述俯仰座的第一端与一雷达天线固连，所述俯仰座的第二端通过两个共轴的第三转动副与所述方位转台连接，所述第三转动副和所述第二转动副的轴线相互垂直，二个所述第三驱动单元平行双向布置于所述方位转台的内部。

5.根据权利要求2或者3所述的大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述第二驱动单元和第三驱动单元为双伺服电机齿轮驱动，以消除齿轮传动间隙。

6.根据权利要求4所述的大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述第二转动副的转轴处设有方位编码器；所述第三转动副的转轴处设有俯仰编码器。

7.根据权利要求1所述的大型舰载雷达稳定跟踪装置，其特征在于：所述第一驱动单元为伺服液压缸，所述第二驱动单元和第三驱动单元为伺服液压马达。

Images