CN113571905B - 一种分体座架式过顶跟踪天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体座架式过顶跟踪天线，属于天线技术领域。该天线包括方位转台、座架和位于座架顶部的反射体，方位转台和座架之间设有倾斜机构；倾斜机构包括多个倾斜组；每个倾斜组均包括升降装置；升降装置均匀排布在方位转台的顶部。升降装置包括互为备份的两组液压伺服结构；互为备份的两组液压伺服结构的液压缸紧贴并立设置。倾斜组还包括上平台和下平台；上平台位于液压缸的活塞杆顶部，下平台位于液压缸缸筒底部。本发明实现了过顶跟踪功能，并且具有结构紧凑、可靠性高的优点。

Description

一种分体座架式过顶跟踪天线

技术领域

本发明涉及到天线技术领域，特别涉及一种分体座架式过顶跟踪天线。

背景技术

卫星地面固定跟踪测量站天线常常采用方位-俯仰型天线座。这种座架型式具有结构简单、传统可靠、精度高等优点。但却解决不了过顶跟踪的问题。过顶跟踪是动目标跟踪中的关键技术。尤其是对于低轨卫星，会在90°的天顶附近出现一个“盲区”。当卫星飞经这个盲区时，天线的方位速度变化剧烈而俯仰速度变化缓慢，地面站天线会因方位速度不够大而丢失跟踪目标。“盲区”的大小与地面站天线的方位速度和目标高度有关。提高方位速度可以减小“盲区”的范围，但“盲区”依然存在。因为要完全消除盲区理论上需要方位速度无穷大，而受制于电机调速范围，天线座体积和重量等因素，方位速度也不能无限制提高。

近年来随着低轨卫星遥感技术的不断发展，使用低轨卫星进行地面资源勘察或军事侦察已经相当普遍，过顶跟踪问题愈发显得迫切。到目前为止，各国科学家解决目标过顶跟踪问题主要采用了如下的一些方式：

X-Y型天线座：X-Y型天线座的二根轴都是水平配重，互相正交，相当于把方位-俯仰型天线座的方位轴转到水平位置。因此，它的盲区在地平线上。通常该区域不在要求的工作空域内，所以可以很好的解决过顶跟踪问题。但其缺点是：结构不紧凑，两轴均需加平衡重量，从而造成两轴的转动惯量很大，不适合大型天线。

方位轴倾斜天线座：将天线方位轴向某个方向倾斜一个角度，使得测站天线偏离跟踪盲区，从而降低对天线方位转动最大速度的要求，实现对天顶区域的有效跟踪。由于跟踪目标的轨道的不同，方位轴倾斜具有明显的方向性，故而该形式相当于是把方位-俯仰型天线座安装在了倾斜机构上。但其缺点是：1、倾斜机构的转动回差会直接影响天线座的基础刚度和跟踪精度，从而使天线座的谐振频率降低，2、倾斜机构距离天线反射面太远，使得天线本身承受较大的倾覆力矩；3、承受能力有限，制作和调整困难，也不适合于大型天线。

方位-俯仰天线座增加抬升机构：针对于方位俯仰型的天线，在其天线座下方增加了抬升装置。相当于将整个天线抬起来，并抬起的方向还可以调整。抬升装置的一般采用液压或丝杠等形式。一个方向的抬升到某一固定角度，就相当于方位轴倾斜天线座的情况。该种形式的缺点也是不适合于大型天线。

并联机构天线座：抛开了传统的轴系运动，而直接使用多杆并联机构作为天线座。各杆使用直线驱动机构以及铰接方式，实现了天线头相对于天线座的多自由度运动，尤其对于天顶区域的指向更加准确灵活。其缺点是变换速度有限，承载能力有限，该结构形式也不适合大型天线。

主动反射面技术：贵州平塘大窝凼建成的500迷口径球面天线(FAST)，由于口径巨大，完全超过了传统天线座的承载范围，故而采用了反射面的主动变形技术。其4450块巨大的反射面直接安装在一张柔性索网上，通过2227根下拉地锚促动器对柔性索网的节点进行实时数控的拉力驱动，使得反射面被张拉成瞬时不同指向的抛物面。FAST采用了主动反射面形式，并没有天线座结构。该形式也有一些引申的结构，比如无天线座而直接三杆(四杆，六杆等)顶升支撑反射面等。该类形式天线虽然不存在天顶盲区的问题，但是观测角度有限，集中于天顶区域附近。另外，该天线形式具有较大局限性，除特殊情况外并不适合推广。

综上所述，以上各种方法虽然可以解决小口径天线的过顶问题，但并不能有效解决大型全可动天线的过顶跟踪问题，主要是难以克服大型天线的体量问题。对于大型全可动天线，其反射体加上座架的重量非常之大，动辄几千吨，且其高度达百米左右，在运动过程中会产生巨大惯量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分体座架式过顶跟踪天线。该天线结构在传统形式大型天线俯仰方位运动的基础上，通过增加倾斜机构实现了天线的倾斜运动，从而实现了过顶跟踪功能，并且具有结构紧凑、可靠性高的优点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种分体座架式过顶跟踪天线，包括反射体、俯仰座架、方位转台和倾斜机构，所述反射体位于俯仰座架顶部，方位转台通过滚轮机构设置在地基环形轨道上。倾斜机构设置于方位转台和俯仰座架之间。

进一步的，所述倾斜机构包括多个倾斜组合；每个倾斜组合均包括上平台、升降装置、下平台等；所述倾斜组合均匀排布在方位转台的顶部周围，通过上平台及下平台分别和俯仰座架及方位转台连接。

进一步的，所述升降装置包括互为备份的两组液压伺服结构；每组液压伺服结构主体是一个可双向运动的液压缸。互为备份的两组液压伺服结构的液压缸紧贴并立设置。

进一步的，所述上平台位于液压缸的伸出段的顶部，所述下平台位于液压缸缸筒底部。

进一步的，所述反射体的底部设有俯仰轴，俯仰座架顶部安装有用于配合俯仰轴的俯仰轴座。

进一步的，所述俯仰座架还包括索驱动装置。索驱动装置设置于俯仰座架底部在俯仰轴的两侧位置。索驱动装置主要包括伺服驱动电机、卷扬筒、控制系统以及索。索主要缠绕在卷扬筒上，伸出的一端系留在反射体的底部。该天线通过索驱动装置实现了反射体的俯仰运动。

进一步的，还包括用以稳定索的稳索结构，所述稳索结构包括稳绳、滑轮和拉力传感器；所述稳绳一端通过滑轮与索连接，另一端穿过拉力传感器并固定在座架上。

进一步的，还包括俯仰限位机构。所述俯仰限位机构包括主体钢架，缓冲机构，锁定机构。在索驱动俯仰运动过程中，当反射体接近运动极限时，反射体底部的特定位置就会首先接触缓冲机构，经过缓冲后将速度将为0，这时再通过锁定机构机型锁定。

进一步的，以竖直向上为基准姿态，反射体在其两侧具有相等或不相等的旋转范围。

进一步的，所述方位转台包括方位转盘和若干滚轮机构。方位转盘是平层桁架结构的钢制部件，滚轮机构均匀布置于方位转盘底部。方位转台通过滚轮机构行走在地基的环形轨道上，支撑起天线的俯仰座架和反射体等上部机构并带动其作方位圆周运动。

进一步的，天线结构还包括非接触实时测量系统。在方位转台上设置全站仪或激光跟踪仪等设备，在反射体背部的合适位置设置反光靶标。在天线运动过程中通过全站仪实时观测靶标位置变化，可计算或验证反射体的姿态角度是否正常。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1.本发明通过将传统的方位-俯仰天线座分成两部分并在其间增设倾斜机构的方式，增加了天线的倾斜运动，从而实现了天线的过顶跟踪功能。

2.本发明通过双向索驱动的方式实现了天线的俯仰运动，消除了传统的大型扇齿轮机构，有效减少了天线中可运动部分的重量，降低了总体高度。

3.本发明对于可运动的反射体部分来说，形成了大尺度上的空间支撑受力，使得运动更加稳定可靠。

4.本发明摒弃了传统的配重平衡的方式，巧妙的通过两侧索的拉力相平衡，也可大大减轻天线可运动反射体部分的重量。

5.本发明所提供的技术方案结构紧凑，可靠性高，维护方便。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的截面示意图。

图3是本发明实施例中互为备份的液压缸示意图。

图4是本发明实施例中反射体的截面示意图。

图5是本发明实施例中索驱动装置结构示意图。

图6是本发明实施例中稳索结构示意图。

图7是本发明实施例中的俯仰限位结构示意图。

图中：1、方位转台，2、倾斜机构，3、俯仰座架，4、反射体，5、索驱动装置，6、稳索机构，7、俯仰限位结构，8、地基，1.1、方位转盘，1.2、滚轮机构，2.1、下平台，2.2、升降装置，2.3、上平台，3.1、空间骨架，3.2、俯仰轴座，4.1、反射面，4.2、空间网架，4.3，俯仰轴机构，5.1、索驱动装置，5.2、索受力结构，5.1.1,伺服驱动电机，5.1.2、卷扬筒，5.1.3、索，5.1.4、拉力传感器，5.1.5、控制单元，6.1、稳绳，6.2、滑轮组件，6.3、可调保持架，7.1、主体钢架，7.2、缓冲结构、7.3、锁定机构，8.1环形钢轨，

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一种分体座架式过顶跟踪天线，包括反射体、俯仰座架、倾斜机构、方位转台、索驱动装置、地基。

反射体位于俯仰座架顶部，倾斜机构位于俯仰座架和方位转台之间，实现了对于俯仰座架和反射体的倾斜运动。索驱动装置设置于俯仰座架上，实现了反射体的俯仰运动。方位转台包含方位桁架和滚轮机构，实现了天线的方位运动。

进一步的，所述倾斜机构包括多个倾斜组合；每个倾斜组合均包括上平台、下平台和升降装置；上平台和下平台分别安装在升降装置上下两端，用于连接俯仰座架和方位转台。

进一步的，所述升降装置包括互为备份的两组液压伺服结构；互为备份的两组液压伺服结构的液压缸并立设置。

进一步的，所述反射体的底部设有俯仰轴，俯仰座架顶部安装有用于配合俯仰轴的俯仰轴座。

进一步的，还包括索以及用来拉动索的索动力装置；所述天线座架底部相对的两侧均设有所述索动力装置，所述索一端连接对应的索动力装置，另一端连接在索动力装置上方的反射体上；索动力装置通过索来驱动反射体俯仰运动。

进一步的，还包括用以稳定索的稳索结构，所述稳索结构包括稳绳、滑轮和拉力传感器；所述稳绳一端通过滑轮与索连接，另一端穿过拉力传感器并固定在座架上。

进一步的，以竖直向上为基准姿态，反射体在其两侧具有同样大小的旋转角范围。

进一步的，所述方位转台包括地基和方位台，在地基上设有环形钢轨；所述方位台底部设有在环形钢轨上运动的滚轮，所述滚轮带动方位台在环形钢轨做圆周运动；所述倾斜机构位于方位台的上表面。

下面为一更具体的实施例：

参照图1～图7，一种分体座架式过顶跟踪天线，相对于传统的方位-俯仰型座架，首先具有方位运动部分和俯仰运动部分相分离的分体式座架，并在其间增加了倾斜机构。倾斜机构实现了反射体的倾斜运动，这使得天线不仅可以实现天线座架常规的方位运动和俯仰运动，还增加了反射体的倾斜运动，从而在一定程度上扫除了天顶盲区，实现了过顶跟踪。

一种分体座架式过顶跟踪天线，包括方位转台1，倾斜机构2，俯仰座架3，反射体4和索驱动装置5等主要部分，还包括稳索机构6，俯仰限位装置7，地基8等部分。

所述方位转台1主要包括方位转盘1.1。在其底部设置有一组滚轮机构1.2，可以实现自身的方位转动功能。

所述倾斜机构2，包含多组，安装在方位转台的上平面。每组倾斜机构主要包括下平台2.1，升降装置2.2，上平台2.3等部分。其中，升降装置采用了液压伺服机构，可以实现很大顶升力量、升降装置上端连接上平台。本实施例中，倾斜机构包含对称四组，且每组升降装置都有备用伺服机构，以防主伺服机构出现故障情况。升降装置和上下平台之间采用铰接形式固定。

所述俯仰座架3主要包括空间骨架3.1。在其上部对称设置的两个俯仰轴座3.2，用于上部机构的支撑。座架固定在倾斜机构的上平台上。

所述反射体4包括反射面4.1以及支撑反射面的空间网架4.2。反射体安装在座架上且具有转动的自由度。其下部设置有俯仰轴机构4.3，其与俯仰座架3顶部安装的俯仰轴座3.2配合连接，使反射体4相对于俯仰座架3沿俯仰轴具有转动的自由度，并相配合实现反射体相对于俯仰轴(可视为两个俯仰轴座连线)的俯仰转动。

所述索驱动装置5主要包括索动力装置5.1，以及索受力机构5.2。索驱动装置，实现了反射体向俯仰轴两侧同等程度旋转的俯仰运动目的。索动力装置在座架底部的两侧对称设置。索动力装置5.1采用了电机伺服的卷扬机结构，主要包括电机减速机组合5.1.1，卷扬筒5.1.2，缠绕在卷扬筒上的索5.1.3，拉力传感器5.1.4，以及控制单元5.1.5等。电机减速机组合驱动卷扬筒正反方向转动，从而带动卷扬筒上缠绕的索伸长或缩短。拉力传感器用于监控索的拉力是否均匀且在合理范围内。控制单元采集拉力传感器数据，经分析后反馈电机减速机组合予以调整。对应于座架上的索动力装置，索受力机构5.2设置于反射体下部，同样两侧对称分布。索动力装置和索受力机构两者之间通过索连接。

上述的索设置一根至多根。多根索对应着不止一个的索动力装置。多根索中设有安全索，在望远镜正常使用中并不主要提供拉力，而在其他索断裂等特殊情况下发挥作用，保证反射体在极端情况下也可以安全回落到稳定姿态。

进一步的，还包括稳索机构6。稳索机构安装在座架上，利用稳绳6.1伸出端的滑轮组件6.2与索连接，索和伸出端通过滑轮接触，并不固定位置。对于多索情况，还具有可调保持架6.3结构。保持架结构类似高空高压电线之间的约束，用于限定一个截面附近多根索之间的位置和距离。由于俯仰运动过程中，多索之间的相对角度和距离会发生变化，保持架具有弹簧等弹性部件对于不同约束点之间进行调整。稳索机构的作用是克服在大风，设备震动等情况下可能出现的索异常的抖动振动等不利情况。

进一步的，还包括俯仰限位装置7。俯仰限位装置有两个，对称安装在座架的两侧，分别对应其俯仰角度极限。俯仰限位装置主要包括主体钢架7.1，缓冲机构7.2，锁定机构7.3等部分。其中的接触平台位于主体钢架的突出端部，缓冲机构和锁定机构分别安装在接触平台上。当俯仰运动快到极限位置时，反射体既定的突出位置会首先接触到俯仰限位装置的缓冲机构，在其冲击力量和速度得到缓冲后达到极限位置并停止运动。这个时候锁定机构可以对反射体进行强力的有效锁定。

进一步的，还包括地基8，在地基上设有环形钢轨8.1，与所述方位转台1底部的滚轮机构1.2对应，实现座架整体在环形钢轨上的方位回转运动。

综上所述，本发明专利提供的技术方案通过拆分座架为方位运动部分和俯仰运动部分，并在其间增加倾斜机构实现了天线的倾斜运动，从而扫除了天顶盲区，实现了天线的过顶跟踪功能。同时，采用索驱动的方式实现了望远镜天线的俯仰运动，消除了传统的大型扇齿轮机构，有效减少了望远镜天线中可运动反射体部分的重量，降低了总体高度。本技术方案结构紧凑，稳定可靠，实现性强，维护方便。是对现有技术方案的的一个创造性的重要的改进。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分体座架式过顶跟踪天线，包括方位转台（1）、俯仰座架（3）和位于座架顶部的反射体（4），其特征在于，所述方位转台和俯仰座架之间设有倾斜机构（2）；所述倾斜机构包括多个倾斜组合；每个倾斜组合均包括升降装置；所述升降装置（2.2）均匀排布在方位转台的顶部，每一升降装置单独工作；所述升降装置包括互为备份的两组液压伺服结构；互为备份的两组液压伺服结构的液压缸并立紧贴。

2.根据权利要求1所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，所述倾斜组合还包括上平台（2.3）和下平台（2.1）；所述上平台位于液压缸的活塞杆顶部，所述下平台位于液压缸缸筒底部。

3.根据权利要求1所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，所述反射体的底部设有俯仰轴，俯仰座架顶部安装有用于配合俯仰轴的俯仰轴座（3.2）。

4.根据权利要求3所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，还包括索（5.1.3）以及用来拉动索的索动力装置；所述俯仰座架底部相对的两侧均设有所述索动力装置，所述索一端连接对应的索动力装置，另一端连接在索动力装置上方的反射体上；索动力装置通过索来驱动反射体俯仰运动。

5.根据权利要求4所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，还包括用以稳定索的稳索结构，所述稳索结构包括稳绳（6.1）、滑轮和拉力传感器；所述稳绳一端通过滑轮与索连接，另一端穿过拉力传感器并固定在座架上。

6.根据权利要求5所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，以竖直向上为基准姿态，反射体在其两侧具有同样大小的旋转角范围。

7.根据权利要求3所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，还包括俯仰限位结构（7）。

8.根据权利要求1所述的一种分体座架式过顶跟踪天线，其特征在于，所述方位转台包括方位转盘（1.1）和滚轮机构（1.2）；在地基上设有环形钢轨（8.1）；滚轮机构带动方位转台在环形钢轨做圆周运动；所述倾斜机构位于方位转盘的上部。

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