劉健泉，周昊天，何翠瑜，梁成壯 ，王奧雨，蔣立坤 ，牛 耕

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，石家莊 050081；2.中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司河北分公司，石家莊 050081)

0 引 言

隨著全球航天測(cè)控技術(shù)的飛速發(fā)展，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)無(wú)論是在商用領(lǐng)域還是軍用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)也在快速發(fā)展中[1]。為適應(yīng)高碼速率衛(wèi)星的測(cè)控需求，測(cè)控?cái)?shù)傳地面站一般采用大口徑天線。

大口徑測(cè)控?cái)?shù)傳一體化天線存在的關(guān)鍵問(wèn)題是Ka頻段的波束寬度很窄，指向精度要求優(yōu)于0.015°，傳統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)及控制方法難以達(dá)到較高的指向誤差要求。為此，12 m反射面天線應(yīng)從高剛度天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、全數(shù)字化控制系統(tǒng)等方面盡可能地減小或控制各項(xiàng)誤差，特別是對(duì)大誤差項(xiàng)進(jìn)行控制，以提高天線系統(tǒng)的指向精度。

本文根據(jù)實(shí)際工程的需要，提出了一種新的三軸12 m反射面天線設(shè)計(jì)思路，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，研發(fā)了一款高剛度、高精度天線結(jié)構(gòu)、座架和伺服設(shè)備，解決了大口徑天線大跨度、高精度、窄波束指向跟蹤的難題。通過(guò)有限元仿真軟件對(duì)12 m反射面天線的整體承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛度分析、強(qiáng)度分析、面型精度分析與結(jié)構(gòu)固有頻率分析，結(jié)果表明典型仰角下的天線主面精度、承載能力及諧振頻率均滿足要求。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，加工制造了12 m反射面天線實(shí)物，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電氣測(cè)試和跟蹤聯(lián)試，天線系統(tǒng)的主面精度、增益、系統(tǒng)G/T值、跟蹤精度等均滿足指標(biāo)要求，可直接應(yīng)用于實(shí)際工程中。

1 天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 12 m反射面天線的主要性能指標(biāo)

工作頻率：X頻段、Ka頻段。

系統(tǒng)G/T值(環(huán)境溫度-20℃～60℃，晴空、微風(fēng)，仰角≥20°)：≥35.4+20lg(f/f0)dB/K，f0=8.35 GHz；≥38.7+20lg(f/f0)dB/K，f0=19.2 GHz。

反射面精度：主反射面總裝精度≤0.3mm(RMS)；副反射面精度≤0.12 m(RMS)。

最大角速度：方位≥20(°)/s；俯仰≥15(°)/s；傾斜≥6(°)/s。

跟蹤精度：優(yōu)于1/10倍半功率波瓣寬度。

天線面參數(shù)：主面直徑12 m，焦徑比f(wàn)/D=0.31；副面直徑1.2 m，離心率e=1.45。

差波束零深(與和波束比)：≥30 dB(X/Ka頻段)。

天線整體諧振頻率：≥4.5 Hz。

1.2 12 m反射面天線結(jié)構(gòu)特征

12 m反射面天線采用主反射面高精度、副反射面撐腿支撐技術(shù)，天線整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度大、重量輕。12 m反射面天線反射體主要由主反射面、反射體骨架、副反射面、饋源網(wǎng)絡(luò)支撐等組成，如圖1所示。

圖1 12 m反射面天線反射體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.1 天線反射面

天線的主反射面是由拋物線繞其焦軸旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面，綜合考慮材料、制造工藝、總裝調(diào)整等方面因素，把天線反射面在徑向分為三環(huán)，在周向，內(nèi)環(huán)反射面分為相同的16塊扇形單元板，中環(huán)、外環(huán)分為相同的32塊扇形單元板。整個(gè)天線的主反射面由80塊反射面單元組成，單塊反射面板采用碳纖維面板材質(zhì)，見(jiàn)圖2所示。

圖2 天線反射面分塊圖

1.2.2 反射體骨架

反射體骨架由中心體、主輻射梁、副輻射梁、環(huán)向片桁架、環(huán)向拉桿、空間立桿和斜拉桿以及連接件組成，見(jiàn)圖3所示。中心體上部與網(wǎng)絡(luò)支撐固定組合，圓周與16個(gè)輻射梁連接，底面與天線座架固定連接。為滿足冷卻要求，在中心體底部增加了一入一出的排風(fēng)風(fēng)扇設(shè)計(jì)；中心體底板進(jìn)行了排水孔設(shè)計(jì)，并將所有中心體內(nèi)部的跟蹤信道設(shè)備進(jìn)行懸掛式安裝，以增加設(shè)備的防水保護(hù)。

圖3 天線反射體骨架示意圖

1.2.3 副反射面

副反射面屬整體結(jié)構(gòu)，為保證副反射面精度，由數(shù)控車(chē)床加工而成，其精度均方根值小于等于0.15 mm。副反射面支撐機(jī)構(gòu)由4根支桿和一個(gè)調(diào)整機(jī)構(gòu)組成。

1.2.4 天線主面精度分析

反射面的表面精度要求與工作頻率有關(guān),工作頻率越高,對(duì)表面精度要求就越高[2]。天線反射面的精度是以反射面上測(cè)量點(diǎn)的法向誤差均方根值來(lái)表述的，這一誤差由以下三方面產(chǎn)生[3]：

(1)反射面單元的制造及安裝調(diào)整誤差σ1，其精度均方根值可以達(dá)到0.12 m；

(2)反射面單元的安裝時(shí)測(cè)量系統(tǒng)誤差σ2(根據(jù)現(xiàn)有的檢測(cè)方法及儀器精度，結(jié)合已完成工程的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，此項(xiàng)誤差均方根值可小于0.1 mm)；

(3)結(jié)構(gòu)在載荷作用下引起的變形誤差σ3(不同工況下天線自重變形引起的反射面的調(diào)整點(diǎn)變形誤差，該項(xiàng)誤差均方根值為0.14 mm)。

按照式(1)計(jì)算反射面的精度均方根值，計(jì)算出σ=0.21 mm，因此天線剛度及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

(1)

1.2.5 天線座架的結(jié)構(gòu)特征

天線在跟蹤極軌衛(wèi)星時(shí)，會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星過(guò)頂?shù)那闆r，要解決衛(wèi)星過(guò)頂時(shí)目標(biāo)不丟失，采用A-E二軸天線座下面增加傾斜軸的三軸天線座方案。這種方案可以實(shí)現(xiàn)過(guò)頂跟蹤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于伺服控制。

天線座主要由傾斜部分、方位部分、俯仰部分組成。座架結(jié)構(gòu)形式就是將A-E型座架裝在一個(gè)傾斜的底座上，傾斜底座的傾斜角是固定的，傾斜角為7°。為了全方位跟蹤，傾斜軸的傾斜方向是可以改變的。天線座主要由傾斜機(jī)構(gòu)、方位機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)組成，整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 天線座架整體結(jié)構(gòu)示意圖

由于天線的波束寬度較窄，天線方位軸、俯仰軸、傾斜軸均采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用電消隙消除齒隙，以提高波束指向性能，實(shí)現(xiàn)天線系統(tǒng)對(duì)低軌遙感衛(wèi)星的精確跟蹤[4-5]。方位驅(qū)動(dòng)鏈采用行星減速箱，結(jié)構(gòu)尺寸較小，便于結(jié)構(gòu)布局。天線方位最高轉(zhuǎn)速為 20 °/s，方位與俯仰傳動(dòng)鏈采用相同的模式，末級(jí)采用齒輪傳動(dòng)。

1.3 傳動(dòng)鏈系統(tǒng)計(jì)算選型

1.3.1 載荷計(jì)算

(1)風(fēng)載荷

迎風(fēng)阻力：

FX=CX×A×Q。

(2)

橫向阻力：

FY=CY×A×Q。

(3)

風(fēng)力矩：

M0=CM×A×D×Q。

(4)

根據(jù)技術(shù)要求計(jì)算出工作狀態(tài)下風(fēng)力矩。按8級(jí)風(fēng)20.7 m/s計(jì)算，考慮安全余量n=1.08，風(fēng)載荷M風(fēng)計(jì)算結(jié)果為100 440 N·m，折算到俯仰軸、傾斜軸的風(fēng)力矩近似等于折算到方位軸的風(fēng)力矩。

(2)慣性載荷

考慮雙電機(jī),

M慣=(J天線+2×J電機(jī)×i2)×ε。

(5)

慣性載荷計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 慣性載荷計(jì)算結(jié)果

(3)摩擦載荷

摩擦載荷M摩計(jì)算結(jié)果為3 890 N·m。

(4)總載荷

計(jì)算公式如下：

M=(M風(fēng)2+(M慣/21/2)2)1/2+M摩。

(6)

總載荷計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 總載荷計(jì)算結(jié)果

1.3.2 傳動(dòng)鏈選型

電機(jī)功率計(jì)算公式如下：

P=n×M×ω/η。

(7)

取n=1.05，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 電機(jī)功率計(jì)算結(jié)果

電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：

M電=M/(η×i)。

(8)

表4給出了計(jì)算結(jié)果。

表4 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表3和表4的計(jì)算結(jié)果可進(jìn)行電機(jī)選型。減速器輸出轉(zhuǎn)矩等于小齒輪承受最大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果可進(jìn)行減速器選型。

1.4 天線結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

三軸12 m反射面天線結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)為高剛度天線結(jié)構(gòu)技術(shù)，具體包括：

(1)增大天線座架的截面尺寸，方位底座采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)加網(wǎng)狀筋結(jié)構(gòu)形式，提高整體座架的穩(wěn)定性，通過(guò)合理優(yōu)化加強(qiáng)筋的布局來(lái)增大天線座架的剛度；

(2)傳動(dòng)鏈的剛度設(shè)計(jì)，采用雙驅(qū)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)形式，消除齒隙回差，提高末級(jí)傳動(dòng)比，減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；選用高剛度、小慣量的行星減速器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；采用零游隙的交叉滾子軸承的設(shè)計(jì)來(lái)增大天線的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。采用上述設(shè)計(jì)提高了整個(gè)傳動(dòng)鏈的剛度。

2 天線系統(tǒng)伺服設(shè)計(jì)

2.1 天線系統(tǒng)伺服特征

12 m反射面天線的天線控制子系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制架構(gòu)，基于軟件實(shí)現(xiàn)控制邏輯和控制算法，通過(guò)數(shù)字化通信總線實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)和控制命令的傳輸。

天線控制子系統(tǒng)主要由天線控制機(jī)柜和天線驅(qū)動(dòng)機(jī)柜組成。天線控制機(jī)柜包括天線控制單元、鍵盤(pán)鼠標(biāo)、顯示器、位置編碼單元、跟蹤接收機(jī)等，天線驅(qū)動(dòng)機(jī)柜主要包括驅(qū)動(dòng)控制單元、本地顯示控制單元、驅(qū)動(dòng)器、電源、配電設(shè)備、安保設(shè)備等。天線控制子系統(tǒng)的設(shè)備原理如圖5所示。

圖5 伺服系統(tǒng)原理圖

天線控制單元(Antenna Control Unit，ACU)設(shè)備主要由CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和相關(guān)接口CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)板卡組成。天線驅(qū)動(dòng)單元(Antenna Drive Unit，ADU)驅(qū)動(dòng)設(shè)備選用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)柜，天線方位、俯仰和傾斜驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電消隙，采用高性能可編程計(jì)算機(jī)控制器(Programmable Computer Controller,PCC)作為天線驅(qū)動(dòng)控制單元的多電機(jī)控制器。

天線軸角采集主要由方位、俯仰、傾斜高精度旋變、位置編碼單元及連接電纜等組成。高精度旋變將與天線軸角變化相關(guān)的電信號(hào)通過(guò)電纜傳輸至位置編碼單元，經(jīng)解碼處理最終形成實(shí)時(shí)角度數(shù)據(jù)，供給ACU閉環(huán)和顯示使用。

為了克服傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)數(shù)字PID(Proportional Integral Differential)控制技術(shù)對(duì)于高動(dòng)態(tài)、窄波束天線系統(tǒng)的低仰角捕獲難度大、高仰角跟蹤誤差大的難題，本文提出了一種非線性多模自適應(yīng)過(guò)頂跟蹤控制技術(shù)，即在改進(jìn)型的全數(shù)字PID控制算法基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)誤差將控制率分為非線性區(qū)(大誤差區(qū))和線性區(qū)(小誤差區(qū))分別控制，在低仰角降低了跟蹤捕獲時(shí)的超調(diào)，由傳統(tǒng)超調(diào)量25%降低到10%以下，大大提高了天線系統(tǒng)跟蹤捕獲概率；在低仰角和高仰角采用根據(jù)目標(biāo)衛(wèi)星速度和加速度的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整跟蹤增益系數(shù)的方法，實(shí)現(xiàn)了天線系統(tǒng)對(duì)低軌道衛(wèi)星的全空域穩(wěn)定跟蹤。該方法將天線過(guò)頂跟蹤最大誤差降低了30%以上。

在測(cè)控站沒(méi)有標(biāo)校塔，無(wú)法采用常規(guī)標(biāo)校塔角度標(biāo)校和跟蹤校相的情況下，本文提出了一種基于太陽(yáng)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)衛(wèi)星相結(jié)合的無(wú)塔標(biāo)校設(shè)計(jì)方案?；诟呔刃求w位置預(yù)報(bào)、基于圖像的脫靶量精密測(cè)量及最小二乘誤差系數(shù)解算三大策略，開(kāi)發(fā)了一套射電星標(biāo)校軟件，界面如圖6所示。該軟件采用十字掃描法和高斯擬合法實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的高精度角度標(biāo)校，再利用跟蹤低軌道衛(wèi)星進(jìn)行多圈次指向驗(yàn)證，標(biāo)校精度優(yōu)于0.01°，極大提高了天線的指向精度。

圖6 射電星標(biāo)校軟件

為了解決測(cè)站操作人員定期校相的問(wèn)題，本文在ACU軟件中增加基于低軌道衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)快速校相功能模塊。ACU軟件根據(jù)固定衛(wèi)星進(jìn)行任務(wù)前自動(dòng)檢查跟蹤相位和定向靈敏度，發(fā)現(xiàn)不滿足任務(wù)要求，自動(dòng)對(duì)低軌道衛(wèi)星進(jìn)行秒級(jí)的快速跟蹤校相，保證了天線穩(wěn)定過(guò)頂跟蹤。動(dòng)態(tài)自適應(yīng)快速校相流程如圖7所示。

圖7 動(dòng)態(tài)自適應(yīng)快速校相流程

2.2 天線伺服分系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

三軸12 m反射面天線伺服分系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)為大動(dòng)態(tài)、窄波束、高精度指向跟蹤控制技術(shù)，具體包括：

(1)數(shù)字多環(huán)路控制技術(shù)——天線控制系統(tǒng)應(yīng)采用位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三閉環(huán)的全數(shù)字化控制策略，同時(shí)在位置環(huán)引入前饋補(bǔ)償[6]，使二階無(wú)靜差系統(tǒng)等效為三階無(wú)靜差系統(tǒng)，提高等效加速度誤差常數(shù)，降低動(dòng)態(tài)滯后誤差；

(2)多模自適應(yīng)高精度跟蹤控制技術(shù)——充分利用天線系統(tǒng)中接收機(jī)跟蹤誤差數(shù)據(jù)、程序引導(dǎo)數(shù)據(jù)以及天線軸角編碼數(shù)據(jù)等在空間或時(shí)間上互補(bǔ)特性，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，產(chǎn)生比單一信息源更加準(zhǔn)確的跟蹤數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了天線系統(tǒng)對(duì)低軌衛(wèi)星的高精度穩(wěn)定跟蹤；

(3)基于低軌道衛(wèi)星的快速跟蹤校相技術(shù)——對(duì)低軌道衛(wèi)星目標(biāo)程序跟蹤時(shí)，調(diào)整天線方位或俯仰角度(單軸可以完成快速校相)，ACU采集跟蹤電壓，計(jì)算相移變化量，對(duì)跟蹤接收機(jī)的相位和誤差電壓靈敏度系數(shù)自動(dòng)修正，將跟蹤校相時(shí)間由傳統(tǒng)校相時(shí)間2 min減小到15 s以內(nèi)，交叉耦合優(yōu)于1/7。

3 有限元分析

基于Nastran/Patran有限元軟件，對(duì)多種工況下的天線承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛度分析、強(qiáng)度分析、面型精度分析與結(jié)構(gòu)固有頻率等分析。在剛度、強(qiáng)度滿足要求的前提下，便于進(jìn)一步對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 有限元模型

基于天線反射體中的中心體、輻射梁采用鋼結(jié)構(gòu)制作，主反射面、副面和副面支撐采用碳纖維復(fù)合材料制作，可以有效減輕天線反射體的重量和降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

圖8為天線0°狀態(tài)的有限元模型，模型中包含殼單元、梁?jiǎn)卧①|(zhì)量元和多點(diǎn)約束。副面結(jié)構(gòu)因構(gòu)造較為復(fù)雜采用體單元外，其余板類型結(jié)構(gòu)均采用殼單元，反射體背架以及副面支撐結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧?。天線共有方位-俯仰-傾斜三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在模型相應(yīng)位置處釋放了對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)自由度并做等效處理，大齒輪和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為剛體進(jìn)行計(jì)算。

圖8 俯仰角0°時(shí)天線結(jié)構(gòu)有限元模型

3.2 載荷與工況

仿真計(jì)算中考慮了天線的載荷包括自重載荷和風(fēng)載荷，在設(shè)計(jì)階段必須評(píng)估這些因素能給天線電性能帶來(lái)的影響，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成指導(dǎo)，以保證天線系統(tǒng)的精度和效率[7-8]。

風(fēng)力大小可由式(9)計(jì)算得出：

F=CFqA。

(9)

計(jì)算工況如下：

工況1：俯仰角0°時(shí)天線自重+20.8 m/s風(fēng)速；

工況2：俯仰角45°時(shí)天線自重+20.8 m/s風(fēng)速；

工況3：俯仰角90°時(shí),天線自重+56 m/s風(fēng)速。

在天線座與地面連接處施加約束，增加重力載荷，首先進(jìn)行靜力分析，然后分析天線整體諧振頻率和振型。

3.3 結(jié)構(gòu)靜力分析

俯仰角0 °和45°時(shí)天線自重+20.8 m/s風(fēng)速下的力學(xué)仿真結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 俯仰角0 °和45°時(shí)的計(jì)算結(jié)果

俯仰角90°時(shí),天線自重+56 m/s風(fēng)速下的力學(xué)仿真結(jié)果如表6。

表6 天線俯仰角90°時(shí)的計(jì)算結(jié)果

經(jīng)仿真分析，在仰角分別為0°、45°和90°時(shí)，天線系統(tǒng)在工作風(fēng)速、重力變形的影響下，其最大均方根誤差約為0.25 mm，最大變形為4.72 mm，滿足結(jié)構(gòu)剛度要求；天線系統(tǒng)在保全風(fēng)載下，最大結(jié)構(gòu)應(yīng)力為144 MPa，小于材料屈服應(yīng)力，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

3.4 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

基于Nastran有限元分析軟件，天線在俯仰角度分別為0°、45°和90°時(shí)天線承載結(jié)構(gòu)的前兩階模態(tài)諧振頻率值及相應(yīng)振型如表7所示。

表7 各種工況下的天線諧振頻率及振型結(jié)果

經(jīng)仿真分析，天線系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的最小諧振頻率約為5.54 Hz，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證

4.1 天線系統(tǒng)電氣性能測(cè)試

對(duì)12 m反射面天線進(jìn)行了裝配測(cè)試，天線整體實(shí)物如圖9所示。

圖9 天線整體實(shí)物圖

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，天線系統(tǒng)的增益、噪聲溫度、第一旁瓣、差波束零深均滿足性能設(shè)計(jì)要求。與伺服分系統(tǒng)配合，本文給出天線系統(tǒng)在典型頻點(diǎn)下的仿真與測(cè)試方向圖如圖10和圖11所示。

圖10 12 m天線X頻段(8.35 GHz)仿真及測(cè)試方向圖

圖11 12 m天線Ka頻段(19.2 GHz)仿真及測(cè)試方向

4.2 天線系統(tǒng)跟蹤性能測(cè)試

從仰角5°起開(kāi)始跟蹤，跟蹤過(guò)程中方位俯仰誤差曲線如圖12所示。信號(hào)跟蹤捕獲后，跟蹤的自動(dòng)增益控制(Automatic Gain Control,AGC)如圖13所示。由圖12和圖13可知跟蹤過(guò)程中信號(hào)穩(wěn)定，跟蹤效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

圖12 自跟蹤過(guò)程方位俯仰實(shí)際-理論誤差曲線

圖13 自跟蹤過(guò)程AGC曲線

5 結(jié) 論

本文基于高碼率低軌衛(wèi)星測(cè)控對(duì)于三軸12 m反射面天線系統(tǒng)大動(dòng)態(tài)、高精度、高剛度、窄波束過(guò)頂跟蹤的實(shí)際需求，給出了一種新型三軸12 m高剛度天線結(jié)構(gòu)及大動(dòng)態(tài)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：通過(guò)優(yōu)化反射面結(jié)構(gòu)型式、材料選擇、力學(xué)分析提高了天線反射體的精度；通過(guò)天線座架驅(qū)動(dòng)鏈路設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)提高了天線系統(tǒng)的諧振頻率；通過(guò)優(yōu)化伺服控制與伺服選型設(shè)計(jì)提高了伺服跟蹤控制性能。

研制的12 m反射面天線系統(tǒng)的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為高剛度天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、大動(dòng)態(tài)窄波、高精度指向跟蹤控制技術(shù)，解決了大口徑天線大跨度、高精度、窄波束指向跟蹤的難題?；谟邢拊治鲕浖?，對(duì)12 m反射面天線進(jìn)行了動(dòng)靜態(tài)特性分析，依據(jù)分析結(jié)果加工了12 m反射面天線實(shí)物并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)電氣測(cè)試及跟蹤聯(lián)試。測(cè)試結(jié)果表明，所加工的12 m反射面天線系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到實(shí)際工程的要求，可以實(shí)現(xiàn)中低軌道衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)、高精度窄波束穩(wěn)定跟蹤。