ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАЗЕМНОЙ АНТЕННЫ, СОПРОВОЖДАЮЩЕЙ ГЕОСТАЦИОНАРНЫЙ ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ Российский патент 1994 года по МПК H01Q3/04 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к конструкциям опорно-поворотных устройств (ОПУ) антенн, в частности к ОПУ с полярной подвеской, где ось вращения зеркала антенны параллельна оси вращения Земли и направлена на полярную звезду.

Известно устройство для ориентации спутника. Недостатком этого устройств является сложность конструкции.

Известна несущая конструкция спутниковой антенны. Это устройство содержит полярную ось, установленную с возможностью вращения в поворотном кронштейне. Зеркало антенны установлено на полярной оси посредством тяг переменной длины.

Недостатком конструкции является то, что нет коррекции угла места в зависимости от изменения азимутального угла.

Сущность изобретения заключается в таком закреплении зеркала, где при его вращении относительно полярной оси оно дополнительно поднимается или опускается на величину, соответствующую угловой погрешности отслеживания орбиты ИСЗ (см. фиг. 2). Причем поворот зеркала происходит по тому же закону, по которому увеличивается погрешность слежения орбиты. Закрепляется зеркало следующим образом: в нижней части зеркало крепится к каретке (подвижная часть ОПУ) шарнирно. В верхней части зеркало крепится в помощью тяги к неподвижной части основания ОПУ, причем ось шарнира, соединяющая тягу с основанием ОПУ смещена относительно полярной оси ближе к зеркалу. При этом радиус вращения тяги будет меньше радиуса вращения зеркала. За счет этого при повороте зеркала относительно полярной оси тяга будет дополнительно поворачивать зеркало в ту или другую сторону. Причем величина поворота зависит от величины смещения оси тяги и плеча h (см. фиг. 6) относительно шарнира зеркала. Если тягу установить в нижней части ОПУ, то смещение оси шарнира должно быть в противоположную сторону (дальше от зеркала).

На фиг. 1 представлен вид из космоса на земной шар и геостационарную орбиту ИСЗ; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1 ( β- угловая погрешность слежения); на фиг. 3 - ОПУ; на фиг. 4 - узел I на фиг. 3; на фиг. 5 вид по стрелке фиг. 3, где схематично показана величина смещения шарнира зеркала при повороте его на угол α; на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5, где схематично показан угол поворота β₁ зеркала вокруг шарниров.

Проекция радиуса слежения антенны R меньше радиуса орбиты ИСЗ, за счет чего орбита ИСЗ не совпадает с проекцией условной орбиты слежения антенной. Погрешность слежения увеличивается при большем повороте антенны от положения "юг". Например, для средних районов России при повороте антенны от положения "юг" на 60^о погрешность слежения (угол β) составляет ≈0,3^о. Как видно из схемы на фиг. 2 зеркало нужно устанавливать следующим образом: антенну направить на юг; оптическую ось зеркала сначала направить параллельно экваториальной плоскости Земли ( Ψ= 0), а затем оптическую ось зеркала повернуть к орбите ИСЗ. Для средних районов России Ψ ≈ 6. . . 8^о.

Если эти операции будут выполнены с большей точностью, то погрешность слежения составит ≈ 0,3^о, что значительно повлияет на качество изображения. Для того, чтобы устранить эту погрешность нужно при повороте зеркала от положения "Юг" увеличивать угол Ψ по такому закону, каким определяется погрешность β (см. фиг. 2)
Предлагаемая конструкция ОПУ (см. фиг. 3) содержит зеркало 1, которое шарнирно крепится к подвижной части ОПУ 2, где основание 3 шарнирно крепится к стойке 4. Ось 5 вращения зеркала - это полярная ось, наклон которой производится винтом 6. Поворот зеркала 1 относительно полярной оси 5 производится ручным приводом 7. Верхняя часть зеркала крепится тягой 8 к кронштейну 9 (неподвижная часть), кронштейн 9 жестко крепится к основанию 3 ОПУ так, чтобы он мог смещаться для изменения расстояния a между полярной осью 5 и осью шарнира тяги 8. Размер a устанавливается один раз при настройке антенны. Тяга 8 поворачивает на себя зеркало 1 на величину b (см. фиг. 6) относительно оси 10. На фиг. 4 показана подвижная часть основания 3, которая вращается с помощью втулок 11 на осях 12, жестко закрепленных на подвижной части основания 3. Измерение углового смещения зеркала производится с помощью шкалы 13 и стрелки 14.

Новым в предлагаемом устройстве является крепление тяги 8 (см. фиг. 3) к неподвижной части основания 3 ОПУ и смещение оси шарнира тяги на величину a.

Размер a выставляется один раз при подготовке антенны к эксплуатации. Его величина зависит от географической широты места установки антенны и размера h ОПУ (см. фиг. 6), т. е. плеча поворота зеркала относительно шарниров 10.

Работа ОПУ производится следующим образом.

При повороте зеркала 1 вокруг полярной оси 5 ручным или электромеханическим приводом 7 на запад или восток от положения "Юг" оптическая ось зеркала будет подниматься или опускаться относительно орбиты ИСЗ. Отклонение будет увеличиваться при увеличении угла поворота антенны.

С другой стороны при повороте зеркала 1 вокруг полярной оси 5 за счет смещения оси шарнира 15 (см. фиг. 5) относительно полярной оси тяга 8 будет поворачивать на себя зеркало 1 на величину b (см. фиг. 5) относительно осей 10 (см. фиг. 3,6), соответствующую углу погрешности отслеживания орбиты β (см. фиг. 2).

Таким образом при повороте зеркала относительно полярной оси в пределах видимой части орбиты оптическая ось его будет точно без погрешностей отслеживать орбиту ИСЗ.

Конструкция тяги 8 обеспечивает за счет изменения ее длины установку угла Ψ (см. фиг. 2) в зависимости от географической широты места нахождения антенны. На концах тяги имеются шаровые или другие шарниры, но можно применять и карданы. Как видно из фиг. 1 и 2, при повороте зеркала на угол α его оптическая ось опускается относительно орбиты ИСЗ, создавая погрешность слежения β . На фиг. 5 показана работа тяги 8, за счет смещения оси вращения шарнира 15 тяги на величину a радиус вращения зеркала r будет меньше радиуса вращения R₁ на величину b, т. е. при вращении зеркала тяги подтягивать на себя зеркало. При этом угловое смещение зеркала на угол β₁ (см. фиг. 6) должно равняться погрешности слежения β (см. фиг. 2). Если тягу установить в нижней части зеркала, а ширины зеркала - в верхней, то смещение оси шарнира должно быть направлено относительно полярной оси дальше от зеркала. Такие конструктивные решения могут быть использованы.

Ниже приводится алгоритм определения величины a в зависимости от географической широты места нахождения антенны и плеча h (см. фиг. 6). Программа составлена для программируемого микрокалькулятора МК-61.

Первая часть программы до шага 48 определяет погрешность слежения β , вторая часть программы определяет угловое смещение зеркала относительно своих шарниров при различных величинах a, начиная с "0" и увеличивая a каждый раз на 0,1 мм.

Оператор F≥0 сравнивает величину погрешности слежения с величиной углового смещения зеркала. Как только они будут равны, программа останавливается и на табло высвечивается величина a.

Была рассчитана величина a для различных углов α поворота антенны относительно положения "Юг" (нулевое положение), (см. фиг. 5 и 6). На всех углах α величина a одинакова. Это подтверждает правильность расчетов. Значения величины a находятся в пределах ≈1,8. . . 3 мм, ниже приводятся исходные формулы и программа.

Угловая погрешность слежения антенной орбиты ИСЗ
β = arctg-→
→- arctg, где ϕ - географическая широта места нахождения антенны, градусы;
α - угловое смещение оптической оси зеркала антенны относительно нулевой точки (направление на юг), градусы.

Угловое смещение зеркала по углу места относительно шарнира 10 (см. фиг. 6) за счет смещения оси вращения тяги относительно полярной оси, градусы
β₁= arctg , где R₁ радиус вращения точки шарнира тяги на зеркале относительно полярной оси ММ;
a - смещение оси шарнира тяги относительно полярной оси ММ.

В память П6 рекомендуется ввести ноль. По мере работы программы величина a будет увеличиваться до тех пор, пока не сравняются углы β и β₁, после чего произойдет остановка программы.

При необходимости можно вызвать из памяти величину погрешности β. (П_→ Х1) в минутах.

Использование: опорно-поворотные устройства с полярной подвеской. Сущность изобретения: зеркало антенны закреплено посредством двух тяг переменной длины на полярной оси. Полярная ось установлена на угломестном кронштейне. Тяги закреплены на полярной оси шарнирно. Ось шарнира одной из тяг смещена относительно полярной оси в сторону к зеркалу при верхнем расположении тяги, и в сторону от зеркала - при нижнем расположении тяги. 6 ил.

ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАЗЕМНОЙ АНТЕННЫ, СОПРОВОЖДАЮЩЕЙ ГЕОСТАЦИОНАРНЫЙ ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ, содержащее полярную ось, установленную с возможностью вращения в поворотном кронштейне, тягу переменной длины, один конец которой предназначен для крепления зеркала антенны к поворотному кронштейну, шарнир с горизонтальной осью вращения, закрепленный на полярной оси и предназначенный для крепления антенны, отличающееся тем, что другой конец тяги переменной длины закреплен посредством шарнира на поворотном кронштейне так, что ось шарнира смещена относительно полярной оси в сторону к зеркалу при верхнем расположении тяги переменной длины и в сторону от зеркала - при нижнем ее расположении.