一种ISAR成像试验高精度指向装置的制作方法

本发明涉及一种isar成像试验高精度指向装置，属于遥感领域isar地面试验设备领域。

背景技术：

gf-3卫星是一颗具备高分辨率成像能力的c频段多极化合成孔径雷达成像卫星。gf-3卫星可靠性要求高，为达到8年寿命末期成像指标要求，需要在地面对sar分系统及sar天线的功能性能进行充分的验证。常规的总装厂电测及各项环境试验无法完成星地间无线链路的闭环验证。同时由于gf-3卫星sar天线尺寸大，无法通过机载挂飞或地面跑车进行无线成像试验，因此卫星总体设计了isar成像试验，其试验数据及成像结果是对gf-3卫星总装厂电测结果的有益补充。

本次试验为国内首次应用星载sar系统进行的isar成像试验，无相关经验可供参考，只能依靠地面工装的高精度调整来实现sar系统的高精度指向，从而实现空间目标的捕获。由于天宫一号、国际空间站等空间目标轨道高、目标小、飞速极快，极难捕获，地面工装调整及指向精度的微小误差，即可导致空间目标捕获的丢失。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种isar成像试验高精度指向装置，可使sar天线在地面上具备对空间目标进行成像的精确指向条件，通过该装置的高精度指向可获得成像数据形成空间目标图像，为gf-3卫星星地间无线链路闭环验证及在轨图像指标预估提供数据支撑，为后续sar天线研制提供经验借鉴。

本发明的技术方案为：一种isar成像试验高精度指向装置，包括天线面板支架、水平方向旋转体、竖直方向旋转体；

天线面板支架为独立刚体支架；

水平方向旋转体包括转向支撑托架、旋转轴、转轴支架、第一提升滑轮、第二提升滑轮、第一提升拉索、第二提升拉索、提升支架、翻转刻度盘、翻转悬锤指针、第一提升电机、第二提升电机；

竖直方向旋转体包括底部支架、转向轴承装置、转向脚轮、圆弧滑轨、调节地脚、转向刻度盘、旋转电机、微调锁止装置；

转向轴承装置位于isar试验高精度指向装置底部正中，并与地面紧固联接，其旋转中心作为整套装置旋转中心；转向刻度盘安装在底部支架上，底部支架一端与转向轴承装置相连，另一端安装有转向脚轮；通过调节地脚调节圆弧滑轨水平，并保证sar天线与天线面板支架水平，实现天线测试初始状态水平；旋转电机推动转向脚轮沿圆弧滑轨滚动，通过圆弧滑轨上的微调锁止装置进行角度微调，并在转向刻度盘读取设定示数，最后通过圆弧滑轨上的微调锁止装置进行锁定，实现竖直方向的角度调整；

转轴支架、提升支架均与底部支架相连，第一提升拉索、第一提升滑轮均与提升支架相连，旋转轴、天线面板支架均与转向支撑托架连接；所述旋转轴与转轴支架实现双向旋转配合；翻转刻度盘、翻转悬锤指针固定在天线面板支架上，在提升过程中，翻转悬锤指针将在重力作用下始终保持竖直方向，翻转刻度盘随天线面板支架一起转动，翻转悬锤指针在翻转刻度盘所指示数即为翻转角度；第一提升电机启动后带动第一提升拉索绕第一提升滑轮转动，第二提升电机启动后带动第一提升拉索绕第一提升滑轮转动，从而引起第一提升拉索、第二提升拉索长度的变长或缩短，第一提升拉索、第二提升拉索另一端均与转向支撑托架相连，第一提升拉索、第二提升拉索长度的变化引起转向支撑托架的提升或降低；通过旋转轴在转轴支架的u型槽内转动，共同提升或降低转向支撑托架，并通过翻转刻度盘、翻转悬锤指针指示指定旋转角度，直至满足测试要求。

所述转向轴承装置选用滚珠轴承。

所述转向支撑托架采用1cr18ni9ti的方型不锈钢焊接而成，托架上有两根横梁，均采用120mm×120mm实心方钢板。

所述第一提升拉索、第二提升拉索所采用的钢索直径大于10mm。

所述提升支架采用可双向组装模式，分别用于isar试验高精度指向装置的水平方向正向与反向角度调整。

所述旋转轴有两组，可与转轴支架实现双向旋转配合。

所述翻转刻度盘、翻转悬锤指针固定在天线面板支架上，两侧各1组。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用双向翻转支撑设计，结构简单，安装方便，可实现isar试验测试空间指向范围要求及高精度指向要求，在本例中可实现sar天线绕水平方向转动±30°；

(2)本发明采用电机无极变速与微动调整两种方式结合，可实现高精度转动角度要求，在本例中可实现转动精度为0.02°，指向偏差小于0.01°；

(3)本发明采用天线面板支架、水平方向旋转体与竖直方向旋转体三级组合的方式，可实现大承载(sar天线与天线面板支架重约3.5吨)高精度位姿调整。

附图说明

图1为本发明中isar试验高精度指向装置示意图。

图2为本发明中天线面板支架示意图。

图3为本发明中竖直方向旋转体示意图。

图4为本发明中水平方向旋转体示意图。

图5为本发明中微调锁止装置示意图。

具体实施方式

本发明提出一种isar成像试验高精度指向装置，如图1所示。该装置将sar天线的指向调整过程分为两步，分别是水平方向旋转和竖直方向旋转；水平方向旋转对应的是水平方向旋转体，竖直方向旋转对应的是竖直方向旋转体，下面详细介绍各部分的实现过程。

(1)天线面板支架

天线面板支架1为独立刚体支架，如图2所示。sar天线安装在天线面板支架1上，可保证天线面板平行度与水平面平行度，在本例中天线面板平行度与水平面平行度可达到优于0.01°；位姿调整时，sar天线与天线面板支架1作为整体组件共同运动。

(2)竖直方向旋转体

竖直方向旋转体转向设计采用了轴承与脚轮结合的方式，主要包括底部支架12、转向轴承装置13、转向脚轮14、圆弧滑轨15、调节地脚16、转向刻度盘17、旋转电机20、微调锁止装置21，如图3所示。

1)底部支架12：用于放置天线面板支架1、水平方向旋转体及竖直方向旋转体中转向轴承装置13，是主要的支撑部件。底部支架12底部安装有调节地脚16，一端与转向轴承装置13相连，另一端安装有转向脚轮14。

2)转向轴承装置13：转向轴承装置13位于isar试验高精度指向装置底部正中，并与地面紧固联接，其旋转中心作为整套装置旋转中心；考虑整个装置承载重量(3.5吨)，在本例中轴承选用外径φ900滚珠轴承。

3)转向脚轮14：底部支架12前端安装3个转向脚轮14，脚轮可在圆弧滑轨15上滑动，实现竖直方向转向。

4)圆弧滑轨15：圆弧滑轨15由圆弧钢板拼接而成，根据角度转向需要，其位置可调。滑轨上安装有多个调节地脚16。

5)调节地脚16：圆弧滑轨15和底部支架12上均安装可调节地脚16，根据试验场地实际状况，可通过调节地脚16调节圆弧滑轨15水平，并保证sar天线与天线面板支架1水平，可实现天线测试初始状态水平；

6)转向刻度盘17：转向刻度盘17安装在底部支架12上，可随底部支架12转动。刻度盘指针固定于转向轴承装置13上，与地面保持相对不动。在底部支架12发生转动时，可通过转向刻度盘17读取旋转角度。

7)旋转电机20：旋转电机20可推动转向脚轮14沿圆弧滑轨15滚动，待转到要求角度后停止，在本例中旋转电机20选用大功率电机。

8)微调锁止装置21：微调锁止装置21如图5所示，安装在圆弧滑轨15上。待竖直方向旋转体转至要求角度后，可通过微调锁止装置21进行角度微调直至满足精确测试要求角度，并在转向刻度盘17读取最终示数，最后通过微调锁止装置21进行锁定，从而实现竖直方向的角度调整。在本例中可实现竖直方向旋转精度达到0.01°。

(3)水平方向旋转体

水平方向旋转体，如图4所示，包括第一提升电机18、第二提升电机19、转向支撑托架2、旋转轴3、转轴支架4、第一提升滑轮5、第二提升滑轮6、第一提升拉索7、第二提升拉索8、提升支架9、翻转刻度盘10、翻转悬锤指针11。转轴支架4、提升支架9与底部支架12相连，第一提升拉索7、第二提升拉索8、第一提升滑轮5、第一提升滑轮6与提升支架9相连，旋转轴3、天线面板支架1与转向支撑托架2连接。

1)转向支撑托架2：转向支撑托架2用于放置天线面板支架1，其上焊连两组旋转轴3共4个，与转轴支架4相连，实现竖直方向旋转体连接。转向支撑托架2采用1cr18ni9ti的方型不锈钢焊接而成，托架上有转轴的两根横梁采用120mm×120mm实心方钢板。

2)旋转轴3：在转向支撑托架2上焊连两组共4根转轴，分别用于水平方向正、反角度的调整。其放置在转轴支架4的u型槽内，可与转轴支架4实现双向旋转配合。

3)转轴支架4：在底部支架12上安装2组转轴支架4，转轴支架4与旋转轴3连接对应处有u型槽接口，为实现水平方向正、反角度的调整，转轴支架4的u型槽有2组共4个，可实现双向旋转配合。

4)第一提升滑轮5、第二提升滑轮6：为实现大承载负载支架及天线面板翻转，采用2组提升滑轮，在本例中每组提升滑轮最大承载能力为5吨。提升滑轮自身具有自锁功能，可有效防止提升过程中发生产品脱落。

5)第一提升拉索7、第二提升拉索8：为保证大承载负载支架及天线面板的安全，采用钢丝绳作为提升拉索，在本例中钢丝绳直径为12mm。

6)提升支架9：提升支架9采用可双向组装模式，分别用于isar试验高精度指向装置的水平方向正向与反向角度调整。

7)翻转刻度盘10、翻转悬锤指针11：翻转刻度盘10、翻转悬锤指针11与天线面板支架1连接，固定在天线面板支架1上，两侧各1组，在提升过程中，翻转悬锤指针11将在重力作用下始终保持竖直方向，而翻转刻度盘10将随天线面板支架1一起转动，翻转悬锤指针11在翻转刻度盘10所指示数即为翻转角度。

8)第一提升电机18、第二提升电机19：第一提升电机18启动后带动第一提升拉索7绕第一提升滑轮5转动，第二提升电机19启动后带动第二提升拉索8绕第二提升滑轮6转动，从而引起第一提升拉索7、第二提升拉索8长度的变长或缩短，第一提升拉索7、第二提升拉索8另一端均与转向支撑托架2相连，第一提升拉索7、第二提升拉索8长度的变化可引起转向支撑托架2的提升或降低；通过旋转轴3在转轴支架4的u型槽转动，共同提升或降低转向支撑托架2；为保证大承载负载天线面板支架1及天线面板的安全，在本例中采用大功率电机，第一提升电机18、第二提升电机19均有自锁功能，可防止提升过程中发生产品脱落；通过翻转刻度盘10、翻转悬锤指针11指示确定旋转角度，直至满足测试要求。

本发明一种isar成像试验高精度指向装置的展开过程如下：

第一步为竖直方向旋转。通过调节地脚16调节圆弧滑轨15水平，并保证sar天线与天线面板支架1水平，实现天线测试初始状态水平；旋转电机20推动底部支架12，使转向脚轮14沿圆弧滑轨15滚动，待转到要求角度后停止，然后通过圆弧滑轨15上的微调锁止装置21进行角度微调，并在转向刻度盘17读取最终示数，直至满足测试要求角度，最后通过圆弧滑轨15上的微调锁止装置21进行锁定，从而实现竖直方向的角度调整。

第二步为水平方向旋转。第一提升电机18启动后带动第一提升拉索7绕第一提升滑轮5转动，第二提升电机19启动后带动第二提升拉索8绕第二提升滑轮6转动，从而引起第一提升拉索7、第二提升拉索8长度的变长或缩短，第一提升拉索7、第二提升拉索8另一端均与转向支撑托架2相连，第一提升拉索7、第二提升拉索8长度的变化可引起转向支撑托架2的提升或降低；通过旋转轴3在转轴支架4的u型槽转动，共同提升或降低转向支撑托架2；通过翻转刻度盘10、翻转悬锤指针11指示确定旋转角度，直至满足测试要求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。