一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统及其使用方法

本发明涉及应用反射面的天线，特别是涉及一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统及其使用方法。

背景技术：

1、射电圆面天线是雷达以及射电望远镜所需的天线，其利用巨大的面积来对收到的电磁波信号进行聚焦，从而能够分辨出极为微弱的电磁波信号。同时，射电圆面天线还能反过来将天线配套的发射器的电磁波信号朝主轴指向的方向发射出去。

2、但显而易见，射电圆面天线只有在正对目标（也即天线的主轴朝向目标）时才能有效发挥作用，其它时候电磁波不能有效触及到天线的主反射面。因此，射电圆面天线需要调整自身的主轴指向以确保正对目标，调整过程借助伺服系统进行，被调整的两个变量是天线主轴的俯仰角和方位角。

3、对于小口径的射电圆面天线而言，如跟踪雷达的天线，由于自重小，其伺服系统可自由选择，很容易做到快速跟踪目标。对于大口径的射电圆面天线而言，其伺服系统几乎只有一种选择，也即做成类似于坦克炮或舰炮的炮塔那样的结构，由两个旋转轴相互垂直的旋转机构组成。一个旋转机构为可绕竖直的旋转轴旋转的座圈，用来控制天线主轴的方位角；另一个旋转机构可绕水平的旋转轴旋转，用来控制天线主轴的俯仰角。这种结构简单可靠，能够承载很重的构件。

4、但这种伺服系统用于射电圆面天线时，与用于炮塔时存在相同的问题，也即姿态调整慢，导致不能及时正对一些出现时间短或移动快的目标。发明人经研究发现，导致射电圆面天线姿态调整慢的原因如下：

5、1.俯仰角和方位角不能同时调整，而是需要先后调整

6、射电圆面天线的伺服系统与炮塔采用的是一样的伺服机构，理论上是允许同时调整俯仰角和方位角的，但由于射电圆面天线不仅比大口径火炮更重，而且受风的影响更大，重心更偏，同时调整两个角会互相干扰，操作规范里不允许同时调整。

7、2.阻尼直接作用在旋转部位，导致无法快速旋转

8、射电圆面天线的伺服系统中，为确保天线姿态能够维持，不被风吹歪，需要给旋转部位设置阻尼，这种大尺寸构件设置的阻尼是需要非常强的，这导致旋转速度无法做到很高。

技术实现思路

1、本发明提供一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统及其使用方法。

2、解决的技术问题是：射电圆面天线的伺服系统无法做到快速调整天线姿态。

3、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统，包括圆面天线以及用于承载圆面天线的基台，所述圆面天线通过球铰与基台连接，球铰中的球座设置在基台顶部中央，球头固定在圆面天线底部且位于圆面天线的主轴上；

4、所述球头沿圆面天线的主轴方向向下延伸形成延长柱，所述延长柱与基台之间设置有用于调节圆面天线姿态的调节索，所述调节索以延长柱为中心呈放射状排布，每根调节索一端固定在延长柱上且另一端缠绕在与基台固定连接的电动绞盘上，所述电动绞盘的电机为与天线的自动控制系统电连接的步进电机。

5、进一步，所述延长柱下端设置有配重球，各调节索端部固定在配重球上，圆面天线的重心与球头的球心的间距为a，圆面天线的质量为m，配重球的球心与球头的球心的间距为b，配重球的质量为m，则mb=ma。

6、进一步，各所述调节索上还设置有用于在圆面天线的姿态即将调节到位时对圆面天线进行减速的自动索夹，所述自动索夹包括套设在调节索上的裂片夹管、套设在裂片夹管上的套环、用于推动套环在裂片夹管上滑动的电动伸缩杆、以及两个用于将裂片夹管和电动伸缩杆固定在基台上的端板；

7、所述裂片夹管为由多个裂片拼合而成的变径管，各裂片的拼缝沿裂片夹管长度方向设置，裂片夹管一端固定在一个端板上；所述电动伸缩杆一端固定在另一个端板上，另一端固定在套环上，各电动伸缩杆均与天线的自动控制系统电连接；所述端板垂直于调节索固定在基台上并被调节索穿过，且靠近配重球的端板记作顺索板。

8、进一步，所述球座在与球头接触的面上均匀镶嵌有用于减小摩擦力的滚珠；所述顺索板被调节索穿过的孔的孔壁上均匀镶嵌有用于减小摩擦力的滚珠。

9、进一步，当天线系统的发射器不在圆面天线上、并采用反射镜将发射器的电磁波转移到圆面天线时，所述延长柱为桁架柱，所述圆面天线、球头、以及配重球均沿圆面天线的主轴方向开设有用于供电磁波穿过的孔道。

10、一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统的使用方法，用于控制上述的一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统中的圆面天线的指向，并包括以下步骤：

11、步骤一：球头的球心与圆面天线的目标的连线记作目标线，各调节索位于顺索板与配重球之间的部分的长度记作被控索长，求取圆面天线的主轴位于目标线上时各调节索的被控索长，并记作目标索长；

12、步骤二：通过天线的自动控制系统控制与主动索对应的电动绞盘进行收索或放索，使各调节索的被控索长等于目标索长。

13、进一步，调节索至少有6根；在圆面天线转动前，测量当前各调节索的被控索长，并记作当前索长，当前索长大于目标索长的各调节索记作主动索，当前索长小于或等于目标索长的各调节索记作被动索；

14、步骤二具体如下：用电动绞盘收主动索，使主动索的被控索长等于目标索长，与被动索对应的电动绞盘处于无动力状态且可被动转动。

15、进一步，所述调节索上还设置有贴住调节索并与调节索等长的电阻丝，每根调节索还配有用于测量顺索板与配重球之间的电阻丝的电阻的电阻表，所述顺索板为金属导体，所述电阻表的一个电极与顺索板电连接，另一个电极与电阻丝位于配重球上的端部电连接；

16、电阻丝的电阻与对应的调节索的索长呈正比，在需要测量调节索的被控索长时，用电阻丝的电阻经比例换算得出电阻丝的长度，即为被控索长。

17、进一步，在让圆面天线与单个固定目标对正时，先用自动索夹夹住调节索，使调节索在自动索夹中阻尼滑动，然后转动圆面天线，每有一根调节索的被控索长达到目标索长，就夹紧对应的自动索夹，使该调节索不能滑动。

18、进一步，对非固定目标进行跟踪时，先在自动索夹放松的状况下使圆面天线转到目标出现的方位，然后用自动索夹夹住调节索，使调节索在自动索夹中阻尼滑动，再对非固定目标进行跟踪；

19、在让圆面天线巡天或扫描时，则在自动索夹放松的状况下，沿巡天或扫描的路线先后设置多个固定目标，使圆面天线按顺序依次与各固定目标对正。

20、本发明一种可快速转动的大口径射电圆面天线系统及其使用方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

21、本发明中，利用球铰使得方位角和俯仰角的调整在一次调整过程中同时进行，不需要先后进行；调节索的长度决定了天线主轴朝向，球铰不需要设置阻尼，把阻尼设置在调节索上即可有效维持天线的姿态，设置在调节索这种轻小构件上的阻尼不需要很高的强度，调节索依然可以快速收放。综上，由于只需调节一次且调节更快，因此圆面天线可快速对正目标；

22、本发明中，由于配重球、球铰、圆面天线组成了平衡的杠杆结构，无论是收放调节索所需的力还是阻尼强度都进一步减小，在调整圆面天线姿态过程中甚至可以暂时取消阻尼；

23、本发明中，由于被调整的数据是易于测量的索长而非不易测量的角度，从而使得调整过程更容易更准确。