CN113964475B - 一种大型自控型雷达天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型自控型雷达天线，属雷达制造技术领域。主要由天线阵面、控制系统等构成；天线阵面由成竖向排列安装为一体的子阵一、子阵二和子阵三组成；子阵一与子阵二及子阵三与子阵二之间各自设置有锁紧销和折叠油缸；转台上安装的俯仰机构上端销轴连接天线阵面、下端销轴连接阵面举高机构；转台固装在天线座上，主塔举升机构上端销轴装接天线座，下端销轴装接举升支架；控制系统由主控、显示接口、输入接口、输出接口和通讯接口单元及到位传感器组成，与俯仰机构、阵面举高机构、天线座和主塔举升机构电连接。机电一体优化设计，天线阵面口径大高度高，探测效果好，收缩速度快体积小，装载适配性强，天线具备突出的综合性能。

Description

一种大型自控型雷达天线

技术领域

本发明涉及一种大型自控型雷达天线，属雷达制造技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，对低空飞行目标实施准确捕捉和探测已成为一种迫切需求，从而要求雷达的天线阵面口径要大，高度要高，而架设撤收的速度要更快；折叠后体积要更小，确保适配装载运输快速转移；这对雷达天线的结构设计和制造提出了新的挑战；现有的雷达天线尽管其天线阵面水平展开后口径很大，但高度不够，且运动机构与控制系统6配合的协调性较差，导致撤收和展开速度较慢，还有就是折叠后的装载适配性较差，难以满足现代雷达尤其是对探测低空飞行目标雷达的高标准要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种针对低空飞行目标探测研制的大型自控型雷达天线，将多种运动机构与控制系统协调整合进行机电一体化设计，天线阵面口径大，高度高，探测效果好，撤收后体积小、收缩速度快，装载适配性强，确保雷达天线具备突出的综合性能。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种大型自控型雷达天线，主要由天线阵面、转台、天线座、主塔举升机构、举升支架、控制系统和多个销轴构成；其特点是：所述天线阵面由子阵一、子阵二和子阵三组成，所述子阵一、子阵二和子阵三成竖向排列安装为一体；子阵一与子阵二之间及子阵三与子阵二之间各自设置有锁紧销、折叠油缸；所述转台上安装有俯仰机构、阵面举高机构和驱动油缸，所述俯仰机构上端通过销轴连接有天线阵面，俯仰机构下端与阵面举高机构上端通过销轴连接；转台通过螺钉固装在天线座的电机的输出轴上，所述天线座通过销轴安装在主塔举升机构的上端，所述主塔举升机构下端通过销轴装接有举升支架；所述控制系统由主控单元、显示接口单元、输入接口单元、输出接口单元、通讯接口单元和到位传感器组成，所述主控单元由核心处理芯片、通讯传输电路、信息采集电路、运算放大电路、电源转换电路、模数转换电路、状态显示电路、电平转换输出电路和到位传感器组成；控制系统与俯仰机构、阵面举高机构、主塔举升机构、举升支架和天线座电连接，对应控制其动作。

所述的天线座包括基座、电机、减速机、小齿轮、回转支承和旋转关节。

所述的天线单元安装在天线阵面上的平面度小于1mm，天线单元之间的间隔度小于0.3mm。

所述的阵面举高机构上安装有到位传感器。

所述的子阵一通过销轴与子阵二的上端连接，子阵二的下端通过销轴与子阵三连接，子阵一和子阵三在折叠油缸的驱动下作90°翻转呈打开或折叠状；当天线阵面展开时，子阵一与子阵二之间及子阵三与子阵二之间通过锁紧销将相邻两个子阵连接固定成一体。

所述的俯仰机构由俯仰油缸、过度杆和销轴组成，过度杆的一端通过销轴与子阵二的转动点连接，子阵二的支撑点通过销轴与俯仰油缸的活塞杆连接；俯仰油缸缩回时，天线阵面翻转至水平状态；俯仰油缸伸出时，天线阵面翻转至工作角度，同时抬高天线阵面的中心高度。

所述的阵面举高机构由驱动臂、联动臂、过度杆、驱动油缸及销轴组成；驱动臂、联动臂、过度杆和转台构成四杆机构，在驱动油缸的作用下将天线阵面和俯仰机构举高。

所述的主塔举升机构由主大臂、副大臂、联动板、主驱动油缸和销轴组成；主大臂、副大臂、天线座和举升支架相邻两个部件之间通过销轴连接构成平行四边形结构；联动板通过销轴与主大臂和副大臂连接，联动板的连接轴线与天线座的安装轴线平行，联动板形成虚约束；主驱动油缸的一端与举升支架连接，另一端与联动板连接，驱动主塔举升机构作上升、下降、平行四边形展开或折叠动作。

所述的主塔举升机构、阵面举高机构和俯仰机构形成串联连接结构关系，工作时向上完全伸展举高天线阵面；运输时折叠、向下收缩，将天线阵面折叠收藏于运输界限内。

该大型自控型雷达天线具有以下特点：

整个天线阵面在高度方向分为三个子阵即子阵一、子阵二和子阵三，三个子阵之间销轴连接，通过折叠油缸实现对应子阵二的90°阵面折叠；

通过控制系统控制俯仰机构、阵面举高机构、天线座、主塔举升机构和举升支架相互配合，有效提升天线阵面工作高度；

通过控制系统控制俯仰机构、阵面举高机构、主塔举升机构和举升支架形成多个折叠机构进行折叠收纳，完全满足大型天线机动运输界限要求；

通过控制系统实现俯仰机构、阵面举高机构、主塔举升机构、举升支架和天线座动作的自动控制，无需人工干预，极大提高天线阵面的快速架设和撤收要求。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该大型自控型雷达天线，针对低空飞行目标探测研制，通过将俯仰机构、阵面举高机构、主塔举升机构和举升支架等多种运动机构与控制系统协调整合进行机电一体化设计，实现天线阵面口径大，高度高，探测效果好，撤收后体积小、收缩速度快，装载适配性强的发明目的，天线阵面上安装的天线单元具有高标准安装位置精度要求，确保雷达天线具备突出的综合性能；解决了现有天线阵面高度不够，且运动机构与控制系统配合的协调性较差，导致撤收和展开速度较慢，折叠后的装载适配性较差，难以满足现代雷达尤其是对探测低空飞行目标雷达的高标准要求的问题。

附图说明

图1为本发明的工作状态平面结构示意图；

图2为图1的侧视结构示意图；

图3为本发明的折叠运输状态示意图；

图4为俯仰机构和阵面举高机构的工作状态示意图；

图5为俯仰机构和阵面举高机构的折叠状态示意图；

图6为主塔举升机构的折叠状态示意图；

图7为天线阵面的折叠状态示意图；

图8为天线座的结构示意图；

图9为控制系统的工作电路方框结构示意图。

图中：1天线阵面，2转台，3天线座，4主塔举升机构，5举升支架，6控制系统；

100子阵一，101子阵二，102子阵三，103锁紧销，104折叠油缸；

200俯仰机构，201阵面举高机构，202驱动油缸；

2001俯仰油缸，2002过渡杆；

2011驱动臂，2012联动臂；

300基座，301电机，302减速机，303小齿轮，304回转支承，305旋转关节；

400主大臂，401副大臂，402联动板，403主驱动油缸；

600主控单元，601通讯接口单元，602输入接口单元，603显示接口单元，604输出接口单元。

具体实施方式

本发明申请人的发明设计思想是：现代防空系统以及环境保护系统对低空飞行目标的探测已成为一种迫切需求，这种需求又对新型雷达天线的设计提出了新的要求和挑战。中国科学技术突飞猛进的发展，促使雷达相关领域的科研工作者与时俱进，不懈努力，不断进步，不敢有丝毫懈怠。雷达低空探测相对于高空探测要困难许多，而雷达天线是关键因素，探测低空飞行目标，1）天线阵面的口径要大；2）天线阵面的工作高度要高；3）天线的架设和撤收的速度要快；4）天线的机动运输要满足运输界限要求。但雷达天线阵面的口径越大，天线阵面工作高度越高，天线架设撤收难度就越大，再加上还要满足机动运输界限的要求，对于天线的结构设计及控制系统与运动结构系统的一体化整合协调设计更是困难。本发明申请人将多种运动机构组合与控制系统整合协调设计、计算，并对天线阵面的天线单元做出高精度值的位置设计安装，合理取舍，扬长避短，对各器件进行最合适实验选配，针对低空飞行目标的探测需求，提供一种整体机电一体化联动效果好，完全满足天线阵面口径大、工作高度高、架设撤收快、适配运输界限要求，切实保证天线良好综合性能的大型自控型雷达天线，为其他类似雷达天线设计提供有价值参考。

下面结合附图对该大型自控型雷达天线的实施方式作进一步详细说明：

（参见图1～9），本发明一种大型自控型雷达天线，主要由天线阵面1、转台2、天线座3、主塔举升机构4、举升支架5、控制系统6和多个销轴构成；所述天线阵面1由子阵一100、子阵二101和子阵三102组成，子阵一100、子阵二101和子阵三102成竖向排列安装为一体，构成整块天线阵面1高度；子阵一100与子阵二101之间设置有锁紧销103和折叠油缸104，子阵三102与子阵二101之间也设置有锁紧销103和折叠油缸104；所述天线阵面1上安装有天线单元，所述天线单元设计有很高的安装位置精度要求，所述天线单元安装在天线阵面1上的平面度小于1mm，天线单元之间的间隔度小于0.3mm。

所述转台2上安装有俯仰机构200、阵面举高机构201和驱动油缸202，所述天线阵面1通过销轴与俯仰机构200的上端连接，俯仰机构200的下端通过销轴与阵面举高机构201的上端连接，阵面举高机构201的下端通过销轴安装在转台2上；所述转台2用螺钉固定在天线座3的输出轴上，天线座3两侧面通过销轴与主塔举升机构4的上端连接，主塔举升机构4的下端通过销轴与举升支架5连接。

（参见图1、图2和图3），天线阵面1在高度方向分为子阵一100、子阵二101和子阵三102；子阵一100通过销轴与子阵二101的上端连接，子阵三102通过销轴与子阵二101的下端连接，子阵一100与子阵二101之间安装有折叠油缸104，子阵三102与子阵二101之间也安装有折叠油缸104，在所述折叠油缸104的驱动下，子阵一101和子阵三102实现90°翻转。

子阵一100与子阵二101之间设置有锁紧销103，子阵三102与子阵二101之间也设置有锁紧销103，天线阵面1展开时，通过锁紧销103将相邻的子阵一100和子阵三102与子阵二101锁紧连接固定成一体。

（参见图1、图2和图4），俯仰机构200由俯仰油缸2001、过度杆2002和销轴组成；过度杆2002的一端与子阵二101的转动点通过销轴连接，子阵二101的支撑点与俯仰油缸2001的活塞杆通过销轴连接；俯仰油缸2001缩回时，天线阵面1翻转至水平状态；俯仰油缸2001伸出时，天线阵面1翻转至工作角度，同时天线阵面1的中心高度被抬高。

（参见图2和图4），阵面举高机构201由驱动臂2011、联动臂2012、过度杆2002、驱动油缸202和销轴组成；驱动臂2011、联动臂2012、过度杆2002和转台2构成四杆机构，在驱动油缸202的作用下向上举高俯仰机构200、阵面举高机构201和天线阵面1。

（参见图1、图6和图7），主塔举升机构4由主大臂400、副大臂401、联动板402、主驱动油缸403和销轴组成；主大臂400、副大臂401、天线座3和举升支架5这四个部件的相邻两个部件之间用销轴连接，形成平行四边形结构；联动板402通过销轴与主大臂400和副大臂401连接，联动板402的连接轴线与天线座3的安装轴线平行，主大臂400和副大臂401的顶部与天线座3固装，联动板402形成虚约束；主驱动油缸403的一端与举升支架5连接，另一端与联动板402连接，在主驱动油缸403的驱动下，主塔举升机构4将天线阵面1大幅举高。

（参见图3、图5、图6和图7）主塔举升机构4、阵面举高机构201和俯仰机构200形成串联连接关系，在控制系统6的控制下，主塔举升机构4、阵面举高机构201和俯仰机构200同时完全展开，实现快速举高天线阵面1，迅速进入探测状态；运输时，在控制系统6的控制下，主塔举升机构4、阵面举高机构201和俯仰机构200同时完全折叠收缩，将整个天线折叠收纳于运输界限以内。

（参见图8）天线座3包括基座300、电机301、减速机302、小齿轮303、回转支承304和旋转关节305，电机301与减速机302连接，减速机302转轴上通过小齿轮303啮合安装有回转支承304，回转支承304正中间安装有旋转关节305，旋转关节305的输出轴上安装有转台2。

（参见图9），所述控制系统6由主控单元600、通讯接口单元601、输入接口单元602、显示接口单元603、输出接口单元604和到位传感器组成，所述主控单元600由核心处理芯片、通讯传输电路、信息采集电路、运算放大电路、电源转换电路、模数转换电路、状态显示电路、电平转换输出电路组成；所述模数转换电路与液压系统连接，所述电平转换输出电路分别与电机驱动、电磁阀驱动电路连接，所述运算放大电路与比例流量阀驱动电路连接。

（参见图9），所述控制系统6的主控单元600的控制过程为：核心处理芯片通过通讯传输电路和通讯接口单元601与上位机实现信息互联，接收上位机的控制指令，并上报天线阵面1的姿态信息；信号采集电路用于收集输入接口单元602设置的行程开关和按键开关的状态信息，并上报核心处理芯片；模数转换电路用于收集液压系统的压力、油温、锁紧力等状态信息，并上报核心处理芯片；状态显示电路用于接收核心处理芯片发出的显示信息，并驱动显示接口单元603设置的LED显示矩阵模块和LED指示灯工作，电平转换输出电路将核心处理芯片发出的控制信号转换为开关信号，控制输出接口单元604设置连接的电机驱动和电磁阀驱动电路的通断；运算放大电路用于将核心处理芯片发出的控制信号转换为模拟信号，驱动设置连接于输出接口单元604的比例流量阀的开合度。

所述控制系统6的核心处理芯片的型号为GD32F4ZKT6。

该大型自控型雷达天线的工作原理如下所示：

（参见图1～图9），控制系统6的核心处理芯片发出天线架设信号，控制液压系统为折叠油缸104供油，布置在天线阵面1上的折叠油缸104的活塞杆伸出，推动天线阵面1的子阵一100和子阵三102作90°翻转，使天线阵面1完全展开到位，随后，液压系统接收到控制系统6的阵面展开到位信号，开始为锁紧销103供油，分别设置在相邻两个子阵之间的锁紧销103将子阵一100和子阵二101，子阵三102和子阵二101锁紧形成天线阵面1整体；控制系统6在接收到锁紧销103的锁紧信号后，控制液压系统给驱动油缸202供油，驱动油缸202驱动阵面举高机构201转换至工作状态，安装在阵面举高机构201上的到位传感器将到位信号反馈给控制系统6，控制系统6控制液压系统为俯仰油缸2001供油，俯仰油缸2001的活塞杆伸出，推动天线阵面1翻转至工作角度；天线阵面1翻转到工作角度后，所述到位传感器发出到位信号，控制系统6接收到天线阵面1的到位信号后，控制液压系统为主驱动油缸403供油，主驱动油缸403的活塞杆伸出，驱动主大臂400翻转，主大臂400通过联动板402带动整个主塔举升机构4作向上展开运动，将整个天线大幅举升。天线撤收过程为上述展开过程的逆过程。

该大型自控型雷达天线具有以下特点：

整个天线阵面1在高度方向分为三个子阵，即子阵一100、子阵二101和子阵三103，所述三个子阵之间为销轴连接，通过折叠油缸104，实现子阵一100、子阵三103相对于子阵二101的90°阵面折叠。

通过控制系统6控制俯仰机构200、阵面举高机构201、主塔举升机构4和举升支架5相互配合，有效提升天线阵面1的工作高度。

通过控制系统6控制俯仰机构200、阵面举高机构201、主塔举升机构4和举升支架5形成多个折叠机构进行折叠收纳，完全满足大型天线机动运输界限要求。

通过控制系统6实现俯仰机构200、阵面举高机构201、主塔举升机构4、举升支架5和天线座3动作的自动控制，无需人工干预，极大提高天线阵面1的架设和撤收速度。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种大型自控型雷达天线，主要由天线阵面（1）、转台（2）、天线座（3）、主塔举升机构（4）、举升支架（5）、控制系统（6）和多个销轴构成；其特征在于：所述天线阵面（1）由子阵一（100）、子阵二（101）和子阵三（102）组成，所述子阵一（100）、子阵二（101）和子阵三（102）成竖向排列安装为一体；子阵一（100）与子阵二（101）之间及子阵三（102）与子阵二（101）之间各自设置有锁紧销（103）、折叠油缸（104）；所述转台（2）上安装有俯仰机构（200）、阵面举高机构（201）和驱动油缸（202），所述俯仰机构（200）上端通过销轴连接有天线阵面（1）；俯仰机构（200）下端与阵面举高机构（201）上端通过销轴连接；转台（2）通过螺钉固装在天线座（3）输出轴上，所述天线座（3）通过销轴安装在主塔举升机构（4）的上端，所述主塔举升机构（4）下端通过销轴装接有举升支架（5）；所述控制系统（6）由主控单元（600）、通讯接口单元（601）、输入接口单元（602）、显示接口单元（603）、输出接口单元（604）和到位传感器组成，所述主控单元（600）由核心处理芯片、通讯传输电路、信息采集电路、运算放大电路、电源转换电路、模数转换电路、状态显示电路、电平转换输出电路组成；控制系统（6）与俯仰机构（200）、阵面举高机构（201）、主塔举升机构（4）和天线座（3）电连接，对应控制其动作；所述的阵面举高机构（201）上安装有到位传感器。

2.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的天线座（3）包括基座（300）、电机（301）、减速机（302）、小齿轮（303）、回转支承（304）和旋转关节（305）。

3.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的天线阵面（1）上安装有天线单元，天线单元安装的平面度小于1mm，天线单元之间的间隔度小于0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的子阵一（100）通过销轴与子阵二（101）的上端连接，子阵二（101）的下端通过销轴与子阵三（102）连接，子阵一（100）和子阵三（102）在折叠油缸（104）的驱动下作90°翻转呈打开或折叠状；当天线阵面（1）展开时，子阵一（100）与子阵二（101）之间及子阵三（102）与子阵二（101）之间通过锁紧销（103）将相邻两个子阵连接固定成一体。

5.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的俯仰机构（200）由俯仰油缸（2001）、过度杆（2002）和销轴组成，过度杆（2002）的一端通过销轴与子阵二（101）的转动点连接，子阵二（101）的支撑点通过销轴与俯仰油缸（2001）的活塞杆连接；俯仰油缸（2001）缩回时，天线阵面（1）翻转至水平状态；俯仰油缸（2001）伸出时，天线阵面（1）翻转至工作角度，同时抬高天线阵面（1）的中心高度。

6.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的阵面举高机构（201）由驱动臂（2011）、联动臂（2012）、过度杆（2002）、驱动油缸（202）和销轴组成；驱动臂（2011）、联动臂（2012）、过度杆（2002）和转台（2）构成四杆机构，在驱动油缸（202）的作用下将天线阵面（1）和俯仰机构（200）举高。

7.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的主塔举升机构（4）由主大臂（400）、副大臂（401）、联动板（402）、主驱动油缸（403）和销轴组成；主大臂（400）、副大臂（401）、天线座（3）和举升支架（5）相邻两个部件之间通过销轴连接构成平行四边形结构；联动板（402）通过销轴与主大臂（400）和副大臂（401）连接，联动板（402）的连接轴线与天线座（3）的安装轴线平行，联动板（402）形成虚约束；主驱动油缸（403）的一端与举升支架（5）连接，另一端与联动板（402）连接，驱动主塔举升机构（4）作上升、下降、平行四边形展开或折叠动作。

8.根据权利要求1所述的一种大型自控型雷达天线，其特征在于：所述的主塔举升机构（4）、阵面举高机构（201）和俯仰机构（200）形成串联连接结构关系，工作时向上完全伸展举高天线阵面（1）；运输时折叠、向下收缩，将天线阵面（1）折叠收藏于运输界限内。

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