[发明专利]主焦馈电式射电望远镜指向精度提升机构及自调节方法

权利要求书

1.主焦馈电式射电望远镜指向精度提升机构，包括二轴移动平台、转台、主焦接收机、伸缩套筒和Z向滚珠丝杠，其特征在于：所述的转台由二轴移动平台驱动；所述的Z向滚珠丝杠包括螺杆和与螺杆构成螺旋副的螺母；Z向滚珠丝杠的螺杆与转台构成转动副，并与刹车电机的输出轴固定；刹车电机的底座固定在转台底面；Z向滚珠丝杠的螺母与伸缩套筒固定；伸缩套筒与转台构成滑动副；所述的主焦接收机包括旋转电机、减速器、促动器平台、促动器和喇叭口；旋转电机的底座固定在伸缩套筒底部；旋转电机的输出轴与促动器平台通过减速器连接；所述的喇叭口与促动器平台通过沿喇叭口周向均布的多个促动器连接；馈源固定在主焦接收机的喇叭口上，二轴移动平台固定在主焦馈电式射电望远镜的主反射面上；

所述的减速器包括两个双联齿轮；所述的双联齿轮由固定在一起且轮齿错位排布的两个齿轮组成；其中一个双联齿轮与旋转电机的输出轴固定，另一个双联齿轮与促动器平台固定；其中一个双联齿轮的两个齿轮与另一个双联齿轮的两个齿轮分别啮合；

所述的促动器平台与伸缩套筒底部构成转动副，具体为促动器平台与伸缩套筒之间设置滚珠。

2.根据权利要求1所述的主焦馈电式射电望远镜指向精度提升机构，其特征在于：所述的二轴移动平台包括支架、Y向联接板、X向桁架、X向滚轮、X向联接板、Y向滚轮、X向滚珠丝杠和Y向滚珠丝杠；所述的X向滚珠丝杠和Y向滚珠丝杠均包括螺杆和与螺杆构成螺旋副的螺母；Y向滚珠丝杠的螺杆与支架底面构成转动副，Y向滚珠丝杠的螺母与Y向联接板固定；Y向联接板顶部铰接有Y向滚轮，Y向滚轮与支架构成滚动摩擦副；X向桁架与Y向联接板底面固定；X向滚珠丝杠的螺杆与X向桁架底面构成转动副，X向滚珠丝杠的螺母与X向联接板固定；X向联接板顶部铰接有X向滚轮，X向滚轮与X向桁架构成滚动摩擦副；转台与X向联接板固定；Y向滚珠丝杠和X向滚珠丝杠的螺杆与两个驱动电机的输出轴分别固定，Y向滚珠丝杠上的驱动电机的壳体固定在支架上，X向滚珠丝杠上的驱动电机的壳体固定在X向桁架上；驱动电机由控制器控制。

3.根据权利要求1或2所述的主焦馈电式射电望远镜指向精度提升机构提升主焦馈电式射电望远镜指向精度的方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、将馈源固定在主焦接收机的喇叭口上，二轴移动平台固定在主焦馈电式射电望远镜的主反射面上，使喇叭口上的馈源位于主反射面的焦点位置处；

步骤二、主反射面变形导致焦点位置发生变化后，为求出变形后的焦点位置，先假设主反射面的焦点位置不变，拟合出最佳的拟合抛物面位置，然后根据拟合抛物面与主反射面原抛物面上对应点之间的位移误差推断出主反射面变形后焦点在X轴上的位移量Δx、Y轴上的位移量Δy和Z轴上的位移量Δz；

步骤三、驱动电机驱动二轴移动平台带动转台、Z向滚珠丝杠、伸缩套筒和主焦接收机一起在X轴上移动Δx，并一起在Y轴上移动Δy；然后，刹车电机驱动Z向滚珠丝杠带动伸缩套筒和主焦接收机一起在Z轴上移动Δz；接着，各促动器对喇叭口进行角度调整，且旋转电机经减速器驱动促动器平台、各促动器和喇叭口一起旋转，与各促动器对喇叭口的角度调整进行配合，使喇叭口上的馈源位于拟合抛物面的焦点位置处；旋转电机旋转和各促动器角度调整配合的过程具体如下：①各促动器对喇叭口进行位置调整，并根据喇叭口上的馈源反馈精度找出喇叭口的最佳位置；②旋转电机带动喇叭口旋转一个步进角度，且旋转电机上的编码器对旋转电机的旋转角度进行反馈，然后执行步骤①；③重复步骤②，直到喇叭口旋转一周后，得到不同角度下喇叭口的最佳位置，然后对各角度下喇叭口上馈源的反馈精度进行对比，选出喇叭口的最佳角度和该角度下喇叭口的最佳位置。

4.根据权利要求3所述的主焦馈电式射电望远镜指向精度提升机构提升主焦馈电式射电望远镜指向精度的方法，其特征在于：主反射面变形后焦点的位移量具体计算过程如下：

原抛物面方程为：

x²+y²＝4fz (1)

其中，x、y和z分别为原抛物面上的点在坐标系的X轴、Y轴和Z轴上的坐标，f为原抛物面的焦距；

设主反射面变形后拟合抛物面的方程为：

x′²+y′²＝4fz′ (2)

其中，x′、y′和z′分别为拟合抛物面上的点在坐标系的X轴、Y轴和Z轴上的坐标；

设光束垂直抛物面入射，光线照射到原抛物面的点A(x₀，y₀，z₀)上，点A(x₀，y₀，z₀)对应到拟合抛物面上的点为点A′(x₁，y₁，z₁)；

计算点A′(x₁，y₁，z₁)处的偏导f_x和偏导f_y：

设入射光线的向量为(0，0，a)，a为焦点到原抛物面上点A(x₀，y₀，z₀)的距离，则入射光线与拟合抛物面在点A′处的法线之间的夹角β计算式为：

由反射定律得，反射光线与入射光线的夹角等于法线和入射光线夹角的2倍，入射角、反射角和法线在一个平面内，所以有：

入射光线和点A′法线所在平面的法向量为：

则点A′代入入射光线和点A′法线所在平面的平面方程，得：

-af_yx₁+af_xy₁＝0 (7)

拟合抛物面的准面方程为：

z＝-f (8)

拟合抛物面的焦点与点A′的距离L₂等于点A′到拟合抛物面准面的距离，即L₂＝z₁+f；

设点A′到过焦点且垂直于Z轴的平面的距离为L₁，则L₁＝f-z₁，得：

L₁+L₂＝2f (9)

式中：

L₁＝L₂cos 2β (10)

联立式(9)、(10)和拟合抛物面的焦点与A′点的距离L₂的计算式，则有；

即：

联立式(5)、(7)和(12)，求得拟合抛物面上的点A′(x₁，y₁，z₁)；

从而求出拟合抛物面的焦点相对原抛物面的焦点在X轴、Y轴和Z轴上的位移量分别为：

Δx＝x₁-x₀，Δy＝y₁-y₀，Δz＝z₁-z₀。