[发明专利]一种星载高精度指向跟踪机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载高精度指向跟踪机构，属于航空航天技术领域。

背景技术

随着航天器应用领域规模日益庞大以及激光技术、光电子技术和计算机技术的发展，演化出多种多样的通信设备、遥感设备、光测设备、激光武器设备等光电系统和产品。这些设备在应用中，需要通过激光、红外、天线、光度计、辐射计及光谱仪等诸多载荷实现对目标的捕获、跟踪、瞄准、测角测距及辐射特性测量等功能。这些载荷的有效集成需要一种公共的装调承载平台，这就是指向跟踪系统。

指向跟踪机构按指向自由度分为二维、三维以及多维，二维指向跟踪机构较为常用，而从使用形式来看，二维指向跟踪机构一般是由两个电机轴向相互垂直布置，按这两个电机的布置形式，二维指向跟踪机构可分为方位/俯仰、俯仰/偏航两种机构形式。通过控制这两个电机的转动，实现载荷绕转动轴的多自由度运动对目标物体进行捕获；通过控制两电机的转速实现对目标物体的实时跟踪；通过高精度的编码器反馈，实现空间位置精确指向的功能。根据需求可以增加装配展开支撑臂，使机构能够获得更大的捕获空间，以便载荷捕获指定区域的信号，大大提高探测器的捕获工作性能，同时，机构提供载荷的结构支撑，增强探测器工作的可靠性。

根据载荷几何特点、平台几何特点以及平台在该安装面的其余指向性载荷的分布方式制定二维指向机构的结构形式。本发明内容根据上述要求，选择方位/俯仰机构形式进行设计。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能够适应在微低重力环境下工作，具有高指向定位精度，能够捕获跟踪已知运动规律目标两自由度的星载指向跟踪机构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种星载高精度指向跟踪机构，包括方位运动机构和俯仰运动机构。

所述方位运动机构包括箱体、方位轴电机、方位轴减速器、过渡轴、回转平台和方位轴编码器；箱体上设有工艺孔；所述方位轴电机与方位轴减速器通过方位联轴器连接，即方位联轴器一端连接方位轴电机的输出轴，方位联轴器的另一端连接方位轴减速器的输入轴，且方位轴电机与方位轴减速器均安装在箱体内，所述过渡轴连接在方位轴减速器的输出轴上，过渡轴的末端连接回转平台；所述方位轴编码器的定子与箱体固接，其转子套装且固接在过渡轴上。

所述方位运动机构中，方位轴电机通过方位联轴器驱动方位轴减速器工作，方位轴减速器进一步带动过渡轴旋转，从而使与过渡轴相连接的回转平台作旋转运动；而过渡轴旋转带动方位轴编码器的转子转动，以达到记录过渡轴旋转角度的目的。

所述俯仰运动机构包括双耳支架、俯仰轴电机、俯仰轴减速器、俯仰平台、平台托架、俯仰输出轴和俯仰轴编码器；所述双耳支架包括底板和左、右立板，左、右两个立板相互平行且与底板相垂直；所述底板通过螺栓/螺钉固接在方位运动机构的回转平台上，所述俯仰轴电机与俯仰轴减速器分别通过螺钉或螺栓固接在左立板的两个端面上，且俯仰轴减速器位于两个立板之间，俯仰轴电机和俯仰轴减速器通过俯仰联轴器相连接，即俯仰联轴器的一端与俯仰轴电机的输出轴连接，俯仰联轴器的另一端与俯仰轴减速器的输入轴连接；俯仰轴减速器的输出轴、俯仰输出轴均与平台托架固接，且两输出轴共轴线；俯仰编码器的定子固接在右立板上，其转子套装且固接在俯仰输出轴上；俯仰平台固接在平台托架上，随平台托架运动；探测器载荷安装在俯仰平台上。

所述俯仰运动机构中，俯仰轴电机通过俯仰联轴器驱动俯仰轴减速器工作，俯仰轴减速器进一步带动平台托架作旋转运动，平台托架进一步带动俯仰输出轴和俯仰平台作旋转运动；而俯仰输出轴的旋转同时带动俯仰轴编码器的转子转动，以达到记录俯仰输出轴旋转角度的目的。

本发明的捕获跟踪功能通过方位运动机构和俯仰运动机构运动耦合实现，方位运动机构的运动在-180°～+180°范围内；而俯仰机构的运动在0°～90°范围内，因此，两轴耦合后的效果使得末端探测器载荷实现半球空间的指向定位。

本发明采用方位/俯仰机构形式，因为这种形式的指向跟踪机构有指向范围大、结构紧凑、传动部件少、耦合少、控制简单等优点，适合半球空间内的指向跟踪工作；末端执行器通过驱动电机、谐波减速器驱动，采用编码器进行反馈，不但解决了指向机构在半球空间的指向性问题，而且大大提高了指向精度。

本发明中每个驱动轴的设置均为驱动电机、谐波减速器、编码器依次连接组成，谐波减速器有减速比大、轴向距离短的特点，因此一方面可以缩短整个驱动机构的尺寸，另一方面提高系统的精度；编码器的添加为闭环控制系统引入了反馈部件，提高系统控制精度。