一种可实现过顶跟踪功能的大型天线的制作方法

1.本发明涉及到天线技术领域，特别涉及一种可实现过顶跟踪功能的大型天线。


背景技术：

2.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。
3.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：
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.纵观现今世界上所有的大型全可动天线，无一例外的都没有解决这个过顶跟踪的问题。如德国波恩100米艾菲尔斯伯格天线，美国西弗吉尼亚州100米绿地天线，我国北京50米天线，上海65米天马望远镜，佳木斯66米深空探测站，天津建设中的70米天线，云南建设中的120米天线，等等。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明提供了一种可实现过顶跟踪功能的大型天线。该天线主要通过在反射体和天线座架之间增加倾斜机构，除了传统天线的方位运动和俯仰运动外又实现了反射体的倾斜运动，因而实现了大型天线的过顶跟踪功能。该天线形式具有结构合理，力学稳定，可靠性高，维护方便等优点。
12.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
13.一种可实现过顶跟踪功能的大型天线，主要包括反射体、倾斜机构、天线座架等部分。
14.进一步的，倾斜机构设置于反射体和天线座架之间。
15.进一步的，所述反射体主要包含反射面，支撑反射面的空间网架，以及位于底部的俯仰轴机构。所述天线座架主要包括空间骨架，滚轮机构和顶层平台等。滚轮机构位于空间骨架底部，顶层平台对称分为两个，高度一致，位列空间骨架两侧。
16.进一步的，所述倾斜机构包括两个，分别设置于天线座架的顶层平台上。倾斜机构主要包括下平台、升降装置和上平台。升降装置位于上下平台之间。下平台和天线座架的顶层平台连接固定；上平台上设置有俯仰轴座，和反射体的俯仰轴相配合连接。
17.倾斜机构和天线座架的连接至少一个为铰接。
18.进一步的，所述升降装置包括并列设置的至少两组液压伺服机构，相互之间作为安全备份。通过天线的控制系统控制液压伺服机构伸出端的伸出量，可以使得反射体产生一定角度的倾斜(相当于将天线俯仰轴的一端抬起来)。
19.进一步的，所述天线座架还包括索驱动装置。索驱动装置设置于天线座架底部相对于俯仰轴的两侧位置。索驱动装置主要包括索动力装置和索受力机构。索动力装置主要包括电机减速机组合、卷扬筒、控制系统、索力传感器以及柔性的索。索受力机构设置于反射体空间网架底部两侧，和索动力装置相对应。索主要缠绕在卷扬筒上，伸出的一端系留在的反射体的索受力机构。该天线通过双向索驱动装置对天线两侧的索的不同拉力实现了反射体的俯仰运动(相对于俯仰轴的旋转)。
20.上述的索设置可以一根也可以多根。多根索对应着不止一个的索驱动装置。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。
21.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。
22.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。
23.进一步的，还包括地基，地基上设置环形轨道。所述天线座架的滚轮机构行走在环形轨道上，实现了天线的圆周方位运动。
24.本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
25.1.本发明在传统的方位
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俯仰天线座的结构形式上，通过在天线座架和反射体之间增设倾斜机构增加了反射体的倾斜运动，从而实现了天线的过顶跟踪功能。
26.2.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。
27.3.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。
28.4.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。
29.5.本发明所提供的技术方案结构合理，力学稳定，可靠性高，维护方便。
附图说明
30.图1是本发明实施例的结构示意图。
31.图2是本发明实施例的截面示意图。
32.图3是本发明实施例中互为备份的液压缸示意图。
33.图4是本发明实施例中反射体的截面示意图。
34.图5是本发明实施例中索驱动装置结构示意图。
35.图6是本发明实施例中稳索结构示意图。
36.图7是本发明实施例中的俯仰限位结构示意图。
37.图中：天线座架1，倾斜机构2，反射体3，索驱动装置4，
38.空间骨架1.1，滚轮机构1.2，顶层平台1.3，
39.下平台2.1，升降装置2.2，上平台2.3，俯仰轴座2.4
40.反射面3.1，空间网架3.2，俯仰轴机构3.3，
41.索动力装置4.1，索受力机构4.2，电机减速机组合4.1.1，卷扬筒4.1.2，索4.1.3，索力传感器4.1.4，控制系统4.1.5，
42.地基5，环形轨道5.1，
43.稳索机构6，稳绳6.1，滑轮组件6.2，可调保持架6.3，
44.俯仰限位装置7，主体钢架7.1，缓冲机构7.2，锁定机构7.3。
具体实施方式
45.下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
46.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。
47.一种可实现过顶跟踪功能的大型天线，在传统方位
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俯仰型反射面天线结构基础上增加了作用于反射体的倾斜机构。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，还增加了反射体在垂直于俯仰运动方向上的倾斜运动，从而扫除了天顶盲区，实现了过顶跟踪。
48.一种可实现过顶跟踪功能的大型天线，包括天线座架1，倾斜机构2，反射体3和索驱动装置4等主要部分。
49.所述天线座架1主要包括空间骨架1.1。在其底部均匀设置有一组滚轮机构1.2，可以实现自身的方位转动功能；在其上部设置有两个顶层平台1.3，用于上部机构的支撑。
50.所述倾斜机构2，包含两组，分别安装在座架的顶层平台上。倾斜机构2主要包括下平台2.1，升降装置2.2，上平台2.3，以及俯仰轴座2.4。下平台安装在座架的顶层平台上。升降装置是电气伺服液压缸结构，通过控制液体压力可以实现很大顶升力量，驱动上平台的升降运动。其上端连接上平台。俯仰轴座安装在上平台上。
51.所述反射体3包括反射面3.1以及支撑反射面的空间网架3.2。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3.3，其与倾斜机构2顶部安装的俯仰轴座2.4配合连接，使反射体3相对于座架1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。
52.所述索驱动装置4主要包括索动力装置4.1，以及索受力机构4.2。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4.1采用了电机伺服的卷扬机结构，主要包括电机减速机组合4.1.1，卷扬筒4.1.2，缠绕在卷扬筒上的索4.1.3，索力传感器4.1.4，以及控制系统4.1.5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。索力传感器用于监控索的拉力是否均匀且在合理范围内。控制系统采集索力传感器数据，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4.2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。索受力机构本质是反射体支撑网架的受力集中点。
53.上述的索设置一根至多根。多根索对应着不止一个的索驱动装置。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。
54.本实施例中天线每侧的索驱动装置分别设置五根索，五根索在反射体支撑网架上分布均匀，有效减少了索驱动启动或关闭过程索的冲击，使得俯仰运动更加的顺畅，受力合理。经计算，五根索具有较大的安全余量，如果发生极端情况有几根索断裂，剩余索的拉力也能保证天线可以安全回落到稳定姿态。
55.进一步的，还包括地基5，在地基上设有环形钢轨5.1，与所述座架底部的滚轮机构1.2对应，实现座架在环形钢轨上的回转运动。
56.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。
57.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。
58.综上所述，本发明专利提供的技术方案通过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；还通过增加倾斜机构实现了反射体在垂直于俯仰运动方向上的倾斜运动，从而扫除了天顶盲区，实现了天线的过顶跟踪功能。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。
59.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。
60.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。