[发明专利]一种基于并联差速驱动机构的卫通天线及其伺服控制方法

权利要求书

1.一种基于并联差速驱动机构的卫通天线，包括天线反射体，其特征在于，还包括两自由度并联差速的驱动机构；

驱动机构主要由支架、左侧输出机构、右侧输出机构和中央锥齿轮组成；

所述左侧输出机构和右侧输出机构均包括基座、输出锥齿轮、输出轴和驱动电机；所述输出锥齿轮固定于输出轴的末端，且输出锥齿轮的中轴线和输出轴的中轴线重合；

所述支架为T型结构，所述输出锥齿轮均套装在支架的其中一副枝节的内端并与支架轴承连接；支架副枝节的上套装有所述基座，且支架副枝节的外端与基座轴承连接；所述基座和输出轴均为筒状结构，所述输出轴套装在支架上，并沿支架的副枝节向外延伸至基座内部，基座和输出轴轴承连接；所述输出轴的另一端固设有驱动齿轮，所述驱动齿轮位于基座内部，驱动电机带动驱动齿轮转动；

所述支架主枝节上还套装有支柱和所述中央锥齿轮，且中央锥齿轮位于支架主枝节的内端；所述中央锥齿轮和支柱为一体式结构，两者均与支架主枝节轴承连接；输出锥齿轮均与中央锥齿轮啮合；

所述支柱的末端设有作为支撑的三脚架；

所述天线反射体固定于并联差速驱动机构的基座上；天线反射体包含微带阵列天线、波导、低噪放大器、接收机和伺服控制板；其中，微带阵列天线实现电磁信号的接收和发射，接收的电磁信号通过波导传输至低噪放大器，经过调制处理，进而通过电缆传输至接收机和伺服控制板，实现信号锁定、收发和伺服控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于并联差速驱动机构的卫通天线，其特征在于，所述支架包括两个副枝节和一个主枝节；两个副枝节在同一直线上，且两个副枝节均垂直于主枝节；两个输出锥齿轮的中轴线与副枝节的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的一种基于并联差速驱动机构的卫通天线，其特征在于，与支柱轴承连接的支架主枝节末端设有高频滑环，用于防止线缆缠绕。

4.一种基于并联差速驱动机构的卫通天线的伺服控制方法，应用于权利要求1至3任意一项所述的一种基于并联差速驱动机构的卫通天线；其特征在于，具体过程如下：

系统上电后，首先进行初始化，然后天线自动展开，进行角度标校，并采集地理位置、航向和倾角姿态信息，等待系统命令；收到一键对星命令后，根据并联差速传动座架的结构形式及其数学模型，系统进行星位计算，驱动天线转到理论计算的方位和俯仰角，随后进入小范围或者大范围搜索程序，信标接收模块锁定后，自动运行俯仰主副瓣识别和方位主副瓣识别程序，确认主瓣后进入跟踪程序，直到跟踪到信号最强，实现锁定；

完成对星锁定后，系统根据天线的方位、俯仰角度值，并结合当地经纬度信息，对航向值进行修正，以提高下次自动对星的速度和准确性；

系统完成锁定和修正后，伺服控制跟踪系统自动转入休眠状态，当自动检测到信号下降1dB时，引入最大值扫描程序，确保天线不出现失锁。

5.根据权利要求4所述的一种基于并联差速驱动机构的卫通天线的伺服控制方法，其特征在于，采用电子罗盘获取天线的航向和倾角姿态信息，伺服控制板中的北斗模块获取天线当前的地理位置。

6.根据权利要求4所述的一种基于并联差速驱动机构的卫通天线的伺服控制方法，其特征在于，并联差速传动座架的数学模型的建立过程如下：

驱动机构的输入端具有两个独立的输入变量，分别为θ_x、θ_y，输出端具有两个独立变量，分别为θ_α、θ_β；由于是并联结构，两个输入变量共同决定输出变量值；

当天线反射器处于水平状态，波束为水平方向，同时，天线波束指向为正北方向时，此状态定义为初始状态(t＝0)，并联差速机构的垂向轴自由度定义为天线方位角θ_A，其转动的角速度定义为方位角速度为ω_A，并联差速机构的水平轴自由度定义为俯仰角θ_E，其转动的角速度定义为俯仰角速度为ω_E：

在初始状态下，天线方位角度：θ_A＝0；俯仰角度：θ_E＝0；

定义并联差速机构中左侧锥齿轮转动角度为θ_x，转动角速度为ω_x，右侧锥齿轮转动角度为θ_y，转动角速度为ω_y，且在初始状态下，θ_x＝0，θ_y＝0；

通过数学模型的推导和求解，建立了天线方位角θ_A和俯仰角θ_E关于并联差速机构输入变量的数学模型解：

建立了天线方位角速度和俯仰角速度关于并联差速机构输入变量的数学模型解：

以两自由度的并联差速驱动机构为基础，建立天线伺服控制中指向角度的数学模型，

通过数学模型的推导和求解，建立天线伺服控制中指向理论位置的数学模型解：

式中，θ_x为左侧锥齿轮输入角度，θ_y为右侧锥齿轮输入角度，λ为卫星经度，λe为天线经度，φ为天线纬度，R为地球半径，Re为卫星距离地心的距离。