专利摘要

专利摘要

为了解决现有粗跟踪装置因其体积大、重量大、精度低而无法适用于小卫星光通信终端的技术问题，本实用新型提供了一种轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置。本实用新型采用柔性铰链将光端机与基座相连，采用线型促动器对光端机进行两点驱动的调节方式，避免了使用俯仰方位框架带来的体积大、重量大的问题；由于线型促动器推力大、体积小、重量轻、位移精度高，其重量可控制在1Kg以内，而柔性铰链重量在0.5Kg以内，加上必要的连接关节，粗跟踪装置总重量可控制在2～3Kg。

权利要求

1.一种轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，应用于小卫星光通信系统中；所述小卫星光通信系统包括卫星体(7)；所述粗跟踪装置包括光端机(1)和基座(8)；其特征在于：

还包括二自由度柔性铰链(2)、方位轴线型促动器(3)和俯仰轴线型促动器(4)、第一电涡流位移传感器(5)和第二电涡流位移传感器(6)、线型促动器的驱动器(801)和电涡流位移传感器的前置器(802)；

光端机(1)通过所述二自由度柔性铰链(2)安装在基座(8)上；所述二自由度柔性铰链(2)的回转中心与光端机(1)的回转中心重合；

方位轴线型促动器(3)与俯仰轴线型促动器(4)的结构相同；所述方位轴线型促动器(3)包括动子(307)、柔性杆(305)和定子(308)；动子(307)的一端与柔性杆(305)的一端连接；柔性杆(305)的另一端与光端机安装面(101)连接；动子(307)的另一端伸入定子(308)内，动子(307)外缠绕有线圈(309)，线圈(309)和定子(308)之间设置有永磁体(306)；

方位轴线型促动器(3)与俯仰轴线型促动器(4)的柔性杆均与光端机(1)相连，定子均用于将促动器整体与所述卫星体(7)相连接；方位轴线型促动器(3)与俯仰轴线型促动器(4)位于光端机(1)回转中心的0°与90°方位，且二者到光端机(1)回转中心的距离相等；

第一电涡流位移传感器(5)和第二电涡流位移传感器(6)的结构相同，均安装于所述卫星体(7)上；第一电涡流位移传感器(5)用于检测光端机(1)在第一电涡流位移传感器(5)所对应检测点处的线位移，第二电涡流位移传感器(6)用于检测光端机(1)在第二电涡流位移传感器(6)所对应检测点处的线位移；第一电涡流位移传感器(5)的安装中心、所述俯仰轴线型促动器(4)的安装中心以及光端机(1)的回转中心三者共线；第二电涡流位移传感器(6)的安装中心、方位轴线型促动器(3)的安装中心以及光端机(1)的回转中心三者共线；第一电涡流位移传感器(5)和第二电涡流位移传感器(6)到光端机(1)回转中心的距离相等；

驱动器(801)用于驱动所述方位轴线型促动器(3)与俯仰轴线型促动器(4)动作；前置器(802)用于将所述第一电涡流位移传感器(5)和第二电涡流位移传感器(6)的探测信号进行放大、滤波处理；驱动器(801)和前置器(802)均安装在所述基座(8)上。

2.根据权利要求1所述的轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，其特征在于：所述二自由度柔性铰链(2)的切割截面为抛物线型、双曲线型、cartwheel型或椭圆形。

3.根据权利要求2所述的轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，其特征在于：所述二自由度柔性铰链(2)的切割截面为椭圆形。

4.根据权利要求1或2或3所述的轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，其特征在于：所述基座(8)具有空腔，所述驱动器(801)和前置器(802)设置在所述空腔内。

5.根据权利要求4所述的轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，其特征在于：所述第二电涡流位移传感器(6)包括探头(601)、设置在探头(601)外用于防电磁干扰的壳体(602)、连接螺纹杆(603)、支撑座(605)和电缆(608)；连接螺纹杆(603)与壳体(602)为一体件，通过上紧固螺母(604)与下紧固螺母(606)安装在所述支撑座(605)上；支撑座(605)下端开设有用于连接卫星体(7)的连接孔(607)；电缆(608)从壳体(602)伸出与所述前置器(802)相连。

说明书

技术领域

本实用新型属于光电跟踪捕获领域，涉及一种光电跟瞄装置，具体涉及一种的空间激光通信终端粗跟踪装置。

背景技术

小卫星光通信终端由于其低SWaP(Size、Weight and Power)、开发周期短、星上资源消耗少的特点，被国内外广泛研究和应用。小卫星空间激光通信一般先通过卫星调姿进行光轴初始对准，然后通过粗跟踪的方式补偿误差角，这样降低了光通信载荷的任务需求，所以小卫星光通信载荷具有天线口径小(小于100mm)、体积小、重量轻的特点，这便对光通信终端粗跟踪系统提出了更高的要求。

现有的粗跟踪结构一般采用的结构有潜望式、O型架式、经纬仪式或摆镜式。潜望式适用于100mm～150mm口径光端机；O型架式适用于200mm～300mm大口径的光端机；摆镜式需要安装空间较大；经纬仪式偏转范围较大(90°～180°)，适用于需要大角度调节的卫星光端机，而且重量大、体积大，无法适用于小卫星光通信终端，并且这几种结构的粗跟踪装置都采用机械轴，由于齿轮有回转间隙、空回、摩擦的问题，会造成光轴指向误差。

实用新型内容

为了解决现有粗跟踪装置因其体积大、重量大、精度低而无法适用于小卫星光通信终端的技术问题，本实用新型提供了一种轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置。

本实用新型的技术方案是：

一种轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，应用于小卫星光通信系统中；所述小卫星光通信系统包括卫星体；所述粗跟踪装置包括光端机和基座；其特殊之处在于：

还包括二自由度柔性铰链、方位轴线型促动器和俯仰轴线型促动器、第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器、线型促动器的驱动器和电涡流位移传感器的前置器；

光端机通过所述二自由度柔性铰链安装在基座上；所述二自由度柔性铰链的回转中心与光端机的回转中心重合；

方位轴线型促动器与俯仰轴线型促动器的结构相同；所述方位轴线型促动器包括动子、柔性杆和定子；动子的一端与柔性杆的一端连接；柔性杆的另一端与光端机安装面连接；动子的另一端伸入定子内，动子外缠绕有线圈，线圈和定子之间设置有永磁体；

方位轴线型促动器与俯仰轴线型促动器的柔性杆均与光端机相连，定子均用于将促动器整体与所述卫星体相连接；方位轴线型促动器与俯仰轴线型促动器位于光端机回转中心的0°与90°方位，且二者到光端机回转中心的距离相等；

第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器的结构相同，均安装于所述卫星体上；第一电涡流位移传感器用于检测光端机在第一电涡流位移传感器所对应检测点处的线位移，第二电涡流位移传感器用于检测光端机在第二电涡流位移传感器所对应检测点处的线位移；第一电涡流位移传感器的安装中心、所述俯仰轴线型促动器的安装中心以及光端机的回转中心三者共线；第二电涡流位移传感器的安装中心、方位轴线型促动器的安装中心以及光端机的回转中心三者共线；第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器到光端机回转中心的距离相等；

驱动器用于驱动所述方位轴线型促动器与俯仰轴线型促动器动作；前置器用于将所述第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器的探测信号进行放大、滤波处理；驱动器和前置器均安装在所述基座上。

进一步地，上述二自由度柔性铰链的切割截面为抛物线型、双曲线型、cartwheel型或椭圆形。

进一步地，上述二自由度柔性铰链的切割截面为椭圆形。

进一步地，上述基座具有空腔，所述驱动器和前置器设置在所述空腔内。

进一步地，上述第二电涡流位移传感器包括探头、设置在探头外用于防电磁干扰的壳体、连接螺纹杆、支撑座和电缆；连接螺纹杆与壳体为一体件，通过上紧固螺母与下紧固螺母安装在所述支撑座上；支撑座下端开设有用于连接卫星体的连接孔；电缆从壳体伸出与所述前置器相连。

与现有技术相比，本实用新型的优点：

1、本实用新型采用线型促动器两点驱动的调节方式，避免了使用俯仰方位框架带来的体积大、重量大的问题；线型促动器推力大、体积小、重量轻、位移精度高，其重量可控制在1Kg以内，而柔性铰链重量在0.5Kg以内，加上必要的连接关节，粗跟踪装置总重量可控制在2～3Kg；相比现有技术质量属性提升2倍以上，线型促动器位移精度以及电涡流位移传感器检测精度均可达um级别，根据安装位置距离回转中心的距离的不同，实现了角位移精度可控。

2、由于粗跟踪不需要很高的带宽，因此本实用新型采用两点式不对称的安装方式安装线型促动器，相较于传统三点式以及四点对称式安装方式，两点式结构轻小型化程度更高。

3、本实用新型的二自由度柔性铰链采用切割截面为椭圆形的柔性铰链，可同时满足柔度与调节精度。

4、本实用新型采用柔性铰链将光端机与基座相连，较之于现有机械轴系的粗跟踪装置，具有无空回、无摩擦、无间隙、无噪声、无磨损、空间尺寸小、运动灵敏度高、易控制运动稳定性以及角位移精度高等优点。

5、本实用新型采用柔性杆将线型促动器动子与光端机相连接，柔性杆在其轴向方向有很好的刚度，而在其切向方向有较好的柔度，可以避免由于光端机运动时造成过大的剪切力而损害线型促动器。

6、本实用新型的基座一方面可为柔性铰链提供支撑，另一方面基座内具有空腔，将线型促动器的驱动器和电涡流位移传感器的前置器放置在基座的空腔内，进一步减小了跟踪装置体积。

附图说明

图1为本实用新型轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置与卫星体连接后的结构示意图；

图2为线型促动器和柔性铰链的安装位置示意图；

图3为方位轴线型促动器和第二电涡流位移传感器组成的轴系示意图；

图4为俯仰轴线型促动器和第一电涡流位移传感器组成的轴系示意图；

图5a为方位轴线型促动器结构示意图；

图5b为图5a所示方位轴线型促动器动作时的状态图；

图6a为二自由度柔性铰链示意图；

图6b为驱动器、前置器以及图6a所示二自由度柔性铰链的安装示意图；

图7a为第二电涡流位移传感器结构示意图；

图7b为图7a所示第二电涡流位移传感器轴测图；

图8为方位方向的运动关系示意图(俯仰和方位运动关系相同，因此仅给出方位方向的示意图)；

附图标记说明：1-光端机；101-光端机安装面；2-二自由度柔性铰链；3-方位轴线型促动器；301-紧固螺母；302-垫片；304-螺纹孔；305-柔性杆；306-永磁体；307-动子；308-定子；309-线圈；4-俯仰轴线型促动器；5-第一电涡流位移传感器；6-第二电涡流位移传感器；601-探头；602-壳体；603-连接螺纹杆；604-上紧固螺母；605-支承座；606-下紧固螺母；607-连接孔；608-电缆；7-卫星体；8-基座；801-驱动器；802-前置器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作详细说明。

参见图1-图2，本实用新型所提供的轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置，包括光端机1、二自由度柔性铰链2、负载惯量相等的方位轴线型促动器3和俯仰轴线型促动器4、第一电涡流位移传感器5、第二电涡流位移传感器6和基座8。

光端机1通过二自由度柔性铰链2安装在基座8上，二自由度柔性铰链2的回转中心与光端机1的回转中心重合；二自由度柔性铰链2的柔性轴切割面可以是抛物线型、双曲线型、cartwheel型等；为了兼顾倾摆角度范围与角精度，二自由度柔性铰链2的柔性轴切割面优选椭圆形；整个粗跟踪装置通过基座8与卫星体7连接；基座8内还安装有线型促动器的驱动器801和电涡流位移传感器的前置器802。驱动器801与前置器802的放置形式并不局限于图6b中所示形式，基座8的大小也不局限于图6b中所示大小，实际大小可根据驱动器801与前置器802的具体尺寸来设计。

方位轴线型促动器3和俯仰轴线型促动器4结构相同，方位轴线型促动器3的具体结构如图5a和图5b所示，包括动子307、柔性杆305、定子308、紧固螺母301、垫片302；动子307的一端通过螺纹孔304与柔性杆305的一端连接；柔性杆305的另一端与光端机安装面101螺纹连接，并通过垫片302与紧固螺母301紧固；动子307的另一端伸入定子308内，动子307外缠绕有线圈309，线圈309和定子308之间设置有永磁体306；柔性杆可降低线型促动器动作产生的剪切力对线型促动器的损伤，同时提供线型促动器推拉时的刚度。

方位轴线型促动器3、俯仰轴线型促动器4的柔性杆均与光端机1相连，定子均通过螺钉与卫星体7相连；并且，方位轴线型促动器3和俯仰轴线型促动器4位于光端机1回转中心的0°与90°方位，且二者到光端机1回转中心的距离相等；通过控制方位轴线型促动器3和俯仰轴线型促动器4动子上线圈的电流大小，控制洛伦兹力以推动其柔性杆，再由柔性杆推动光端机1作方位和俯仰运动；图8为方位方向的运动关系示意图，图中M点和N点连线为方位线型促动器3的轴线，M点为柔性杆305与光端机1的连接点；M点和O点连线为运动前光端机安装面101的初始位置，M点和O点之间的距离为L；O点和P点连线为柔性铰链回转轴轴线，点N为方位线型促动器3的轴线与卫星体7交点，点P为二自由度柔性铰链2的回转轴与卫星体7交点；HO为光端机1被方位线型促动器3驱动后，光端机安装面101的新位置，Q点为从H点向MO作垂线得到的垂足；设MQ之间距离为Δx，HQ之间的距离为Δy，可以得到光端机1在方位方向的转动角度为：

第一电涡流位移传感器5和第二电涡流位移传感器6结构相同，第二电涡流位移传感器6的结构如图7a和7b所示，包括探头601、设置在探头601外用于防电磁干扰的壳体602、连接螺纹杆603；连接螺纹杆603与壳体602为一体件，通过上紧固螺母604与下紧固螺母606安装在支撑座605上；支撑座605通过其下端的连接孔607安装在卫星体7上；电缆608从壳体602伸出与电涡流位移传感器的前置器802相连，将探测信号传送给前置器802，由前置器802对信号进行放大、滤波、检波等处理，然后传送给小卫星光通信系统的星上总控计算机，星上总控计算机通过计算得到光端机1当前俯仰和/或方位轴的转动角度；

第一电涡流位移传感器5用于检测光端机1在第一电涡流位移传感器5所对应检测点处的线位移，第一电涡流位移传感器5通过其支撑座安装在卫星体7上，第一电涡流位移传感器5的安装中心、俯仰轴线型促动器4的安装中心以及光端机1的回转中心三者共线；第二电涡流位移传感器6用于检测光端机1在第二电涡流位移传感器6所对应检测点处的线位移，第二电涡流位移传感器6通过其支撑座安装在卫星体7上，第二电涡流位移传感器6的安装中心、方位轴线型促动器3的安装中心以及光端机1的回转中心三者共线；第一电涡流位移传感器5和第二电涡流位移传感器6到光端机1回转中心的距离相等；第一电涡流位移传感器5和第二电涡流位移传感器6的具体安装位置，可根据量程来确定；装配完成后，第一电涡流位移传感器5与俯仰轴线型促动器4构成一个轴系，第二电涡流位移传感器6与方位轴线型促动器3构成一个轴系，如图3、图4所示。

一种轻小型空间激光通信终端粗跟踪装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。