專利名稱：Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種在載體運(yùn)動(dòng)中通過自適應(yīng)調(diào)整天線姿態(tài)實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星通信的方法及裝置，具體地說是一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法及裝置。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星通信地球站需要衛(wèi)星通信天線的波束始終指向衛(wèi)星。波束的定向技術(shù)主要有兩種， 一種是通過機(jī)械方法使天線主波束始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，這種系統(tǒng)被稱為機(jī)械式天線系統(tǒng)；另一種是使用電掃描跟蹤，利用相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)天線波束的掃描跟蹤，天線的機(jī)械結(jié)構(gòu)不動(dòng)或少動(dòng)，這種系統(tǒng)被稱為相控陣天線系統(tǒng)。機(jī)械式天線系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，增益高，成本低的優(yōu)點(diǎn)，而相控陣天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增益低，成本高，比機(jī)械式天線系統(tǒng)要貴很多， 一般用戶單位難以承受。
在移動(dòng)載體上，如車、船等衛(wèi)星通信場合， 一種情況是通信主體可以移動(dòng)空間位置，但要等通信設(shè)備或其載體移動(dòng)結(jié)束后才能實(shí)現(xiàn)通信，不能邊移動(dòng)邊通信，這種情況也叫機(jī)動(dòng)通信，如現(xiàn)有的一些車載衛(wèi)星地面站；另一種是能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程中的不間斷通信，可在移動(dòng)中通信，也叫"動(dòng)中通"。對(duì)于使用拋物面天線進(jìn)行衛(wèi)星通信的系統(tǒng)，要在運(yùn)動(dòng)的載體上進(jìn)行通信，就需要一套自動(dòng)化程度很高的控制系統(tǒng)來保證天線的指向不受載體運(yùn)動(dòng)的影響，特別是在Ka波段，天線的波束更窄，對(duì)天線的指向精度要求十分嚴(yán)格，對(duì)其精度、可靠性及長時(shí)間指向穩(wěn)定的要求更高。
在Ka波段，使用面天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中的衛(wèi)星通信，保證運(yùn)動(dòng)載體上天線指向穩(wěn)定的技術(shù)有穩(wěn)定和跟蹤二個(gè)基本要求，它涉及到 一、載體的運(yùn)動(dòng)是隔離還是通過天線的反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來進(jìn)行；二、指向信息的檢測基準(zhǔn)是建立在載體上還是穩(wěn)定于絕對(duì)空間的平臺(tái)上或直接建立在天線上；三、采用何種穩(wěn)定方法；四、長時(shí)間工作所產(chǎn)生累積誤差如何消除。 為了解決上述問題，目前共有三種方法
第一種是在運(yùn)動(dòng)載體上引入絕對(duì)基準(zhǔn)，然后檢測天線相對(duì)于基準(zhǔn)的偏 差，再利用伺服系統(tǒng)控制天線糾正指向偏差。這種方法對(duì)基準(zhǔn)和伺服系統(tǒng)的 要求均很高，在載體運(yùn)動(dòng)比較劇烈的場合，這種方法在經(jīng)濟(jì)性和性能方面均 難以達(dá)到實(shí)用的要求。
第二種方法是引入一個(gè)穩(wěn)定水平平臺(tái)使其在載體運(yùn)動(dòng)時(shí)保持在絕對(duì)空 間相對(duì)不動(dòng)，天線安裝在平臺(tái)上，平臺(tái)本身用機(jī)械陀螺等裝置加以穩(wěn)定。
第三種方法是不設(shè)穩(wěn)定平臺(tái)，而實(shí)時(shí)檢測載體的運(yùn)動(dòng)，然后控制天線作 反向補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，最終保持天線指向。
上述三種方法均難以勝任載體運(yùn)動(dòng)比較劇烈的場合，普遍存在精度不 高，漂移誤差修正困難，連續(xù)工作時(shí)間短的問題，無法滿足戰(zhàn)爭條件下通信 工作的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)衛(wèi)星通信跟蹤方法均無法適應(yīng)劇烈運(yùn)動(dòng) 載體的問題，發(fā)明一種能適合各種運(yùn)載條件的精度高且能連續(xù)長時(shí)間工作的 Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法及裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法，其特征是它包括以下 步驟
首先，利用GPS實(shí)時(shí)獲取經(jīng)緯度值控制天線的極化角、初始的方位角和 仰角；
其次，將天線安裝在采用三根正交軸組成的天線懸浮裝置上，利用天線 本身的"慣性"為基本穩(wěn)定核心，將運(yùn)動(dòng)載體的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和天線的三 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度隔離開來，從而實(shí)現(xiàn)懸浮隔離；
第三，在進(jìn)行懸浮隔離的過程中，采用在3根正交軸上分別配置3個(gè)馬區(qū) 動(dòng)電機(jī)和3個(gè)FOG傳感器(即光纖陀螺傳感器，它們均被安裝在底座的上部 而與運(yùn)載工具無關(guān))的方法來消除機(jī)械軸支撐由于軸上軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力對(duì)天線指向精度的影響，利用FOG傳感器直接檢測天線相對(duì)于絕對(duì)空間的 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，并將檢測到的信號(hào)直接傳給控制板，控制板將這些信號(hào)進(jìn)行PID 即比例積分微分變換后驅(qū)動(dòng)3個(gè)對(duì)應(yīng)的電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)天線， 使天線姿態(tài)穩(wěn)定在預(yù)定位置指向上，并使天線瞬態(tài)指向偏差小于0.05° ;
第四，通過跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)消除前述FOG傳感器漂移引起的積累偏 差，也就是消除指向偏差，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信功能；所述的跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào) 的方法是當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，天線停止跟蹤， 保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，通過交替 驅(qū)動(dòng)方位軸和/或俯仰軸的轉(zhuǎn)角來保證天線對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星，以達(dá)到消除指向偏 差的目的。
所述跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)的方法是當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào) 大于設(shè)定值時(shí)，立刻驅(qū)動(dòng)天線的方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，控制板將轉(zhuǎn)動(dòng)后天
線接收設(shè)備上接收到的信標(biāo)信號(hào)值與前一個(gè)接收到的信標(biāo)信號(hào)值進(jìn)行比較
如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值大，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向正確，控制器就再
將方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前 一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值；
如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不正確，控制板就 將方位軸反方向轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小 于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值，然后進(jìn)行俯仰軸的如此跟蹤，只要收到的信標(biāo)信號(hào)大 于設(shè)定值，系統(tǒng)就始終這樣交替地跟蹤，使天線處于最佳接收狀態(tài)。
一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整裝置，其特征是它包括底座 7、方位軸2、滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4、天線及饋源總成5、測控設(shè)備6、滾轉(zhuǎn)梁 11以及安裝在底座7上部對(duì)應(yīng)位置處的光纖傳感器(FOG傳感器)，底座7 通過減振彈簧安裝在載體l，方位軸2固定在底座7上，支承柱10通過一對(duì) 軸承與方位軸2相連，支承柱10的上端通過一對(duì)支耳及其軸承與滾轉(zhuǎn)梁11 上的滾轉(zhuǎn)軸3相連，俯仰軸4通過滾轉(zhuǎn)梁11 二側(cè)的軸孔上的軸承與橫梁連接， Ka功放8、測控設(shè)備6和天線及饋源總成5安裝在設(shè)備安裝架8上，設(shè)備安 裝架8和俯仰軸4固連，另外Ka功放8、測控設(shè)備6、天線及饋源總成5和
6設(shè)備安裝架8這四個(gè)整件的總質(zhì)心落在俯仰軸4上，而Ka功放8、測控設(shè)備 6、天線及饋源總成5、設(shè)備安裝架8、俯仰軸4和滾轉(zhuǎn)梁11這六個(gè)整件的總 質(zhì)心落在滾轉(zhuǎn)軸3上；方位軸2以上的滾轉(zhuǎn)梁11、滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4、天 線及饋源總成5、 Ka功放8、測控設(shè)備6和配重塊的質(zhì)心位于方位軸2上； 所述的方位軸2、滾轉(zhuǎn)軸3和俯仰軸4均連接有各自的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本發(fā)明的 所有傳感器(如FOG傳感器、水平傳感器、信標(biāo)傳感器及所有與通信有關(guān)的 傳感器)均安裝在底座7的上部需要檢測相應(yīng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)位置處。
所述的滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4及方位軸2軸線的一側(cè)或兩側(cè)加裝有平衡力 矩的配重塊。
本發(fā)明的有益效果
1、 本發(fā)明的方法解決了長期以來以天線為檢測基準(zhǔn)的理論不能得到實(shí)踐 的問題，通過合理地布置天線系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)件，即可非常簡單地使這一理 論付諸實(shí)施。
2、 利用本發(fā)明所提供的方法可以很方便地設(shè)計(jì)出滿足通信要求的機(jī)械 式定向天線系統(tǒng)，且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低。利用本發(fā)明的方法對(duì)天線 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行布置，從實(shí)際上解決和保證了以天線為偏差檢測基準(zhǔn)的可 靠性。
3、 本發(fā)明的方法具有跟蹤精度高，對(duì)設(shè)備要求低的優(yōu)點(diǎn)，特別是可將 傳感器直接安裝在天線上相應(yīng)控制位置處，可大大降低對(duì)傳感器精度的要求， 有利于降低成本。
4、 本發(fā)明對(duì)配套的天線電氣控制系統(tǒng)無特殊要求，可采用常規(guī)的控制 理論和方法加以實(shí)現(xiàn)，普通技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)有的天線電氣控制系統(tǒng)略加修改即 可投入使用。
5、 應(yīng)用范圍廣，可用于應(yīng)急通信、搶險(xiǎn)救災(zāi)，也可用于車、船、火車 等商用目的。


圖1是本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是發(fā)明實(shí)施例的電氣原理框圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)跟蹤邏輯框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例一。
一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法，使得天線始終對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星，從而實(shí)現(xiàn)載體移動(dòng)中的衛(wèi)星通信。它利用GPS所得的經(jīng)緯度等值控制天線的極化角、初始的方位角和仰角并
a、 利用天線本身的"慣性"為基本穩(wěn)定核心，采用三根正交軸支撐天線體使天線懸浮起來，這樣就將載體的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和天線的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度隔離開來，從而實(shí)現(xiàn)最基本(核心)的懸浮隔離；
b、 由于采用機(jī)械軸進(jìn)行支撐，軸上軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力雖然小，但是它不為零，所以必須要對(duì)摩擦力產(chǎn)生的影響(隔離度只能為96%，這4%的偏差就是由三個(gè)軸的摩擦力產(chǎn)生的)進(jìn)行消除。
C、為消除三個(gè)軸的摩擦力的影響，就要在3根軸上對(duì)應(yīng)地配置3個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和3個(gè)FOG傳感器，F(xiàn)OG傳感器直接檢測天線相對(duì)于絕對(duì)空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，并將檢測到的信號(hào)直接傳給控制板，控制板將這些信號(hào)進(jìn)行PID(比例積分微分)變換，將變換后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)3個(gè)對(duì)應(yīng)的電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)天線，使天線姿態(tài)穩(wěn)定在預(yù)定位置指向上，此時(shí)，天線瞬態(tài)指向偏差小于O.l度，
d、 由于FOG傳感器本身的誤差(漂移)會(huì)產(chǎn)生積累偏差，影響天線的長期指向偏差精度，所以必須消除這個(gè)偏差。通過跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)就可以消除傳感器漂移引起的積累偏差，也就是消除指向偏差，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信功能；
e、 跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)的方法是；當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，天線停止跟蹤，保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，通過交替驅(qū)動(dòng)方位軸和/或俯仰軸的轉(zhuǎn)角來保證天線對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星，以達(dá)到消除指向偏差的目的。
理論上如果用于支撐的3根正交軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)K)，采用本發(fā)明方
8法的a步就能實(shí)現(xiàn)天線姿態(tài)的穩(wěn)定(即只要采用懸浮隔離法就行)，但事實(shí)是不可能的，所以必須要加入b、 c步，如果FOG傳感器沒有誤差，采用本發(fā)明方法的a、 b、 c步驟完全可以保證接收的效果，但實(shí)際上，由于傳感器始終存在誤差，因此必須對(duì)由于傳感器漂移而產(chǎn)生的累積誤差，也就是指向偏差進(jìn)行修整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤，故本發(fā)明方法中的d、 e步驟也是必不可少的，只有這樣才能構(gòu)成本發(fā)明方法的整體技術(shù)方案。
當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)的具體跟蹤方法為當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，立刻驅(qū)動(dòng)天線的方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，控制板將轉(zhuǎn)動(dòng)后天線接收設(shè)備上接收到的信標(biāo)信號(hào)值與前一個(gè)
接收到的信標(biāo)信號(hào)值進(jìn)行比較
如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值大，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向正確，控制器就再
將方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值；
如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不正確，控制板就將方位軸反方向轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值，然后進(jìn)行俯仰軸的如此跟蹤，只要收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值，系統(tǒng)就始終這樣交替地跟蹤，使天線處于最佳接收狀態(tài)。
本發(fā)明的Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)調(diào)整方法首先用定向天線實(shí)現(xiàn)載體移動(dòng)中的衛(wèi)星通信，使驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方位軸、滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸三根軸(以下統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)軸)呈空間正交安裝在天線底座上，實(shí)現(xiàn)三根空間正交軸的角運(yùn)動(dòng)隔離；轉(zhuǎn)軸的支撐要求用摩擦力盡量小的軸承實(shí)現(xiàn)，以盡可能減小由于摩擦力引起的載體劇烈運(yùn)動(dòng)而使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的角運(yùn)動(dòng)，同時(shí)要保證在轉(zhuǎn)軸上相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件之間安裝的任何傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)裝置不應(yīng)妨礙轉(zhuǎn)軸的自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即不應(yīng)產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力矩，以保證載體的劇烈角運(yùn)動(dòng)不會(huì)傳遞給天線。同時(shí)分別以方位軸、滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸為中心配置天線構(gòu)件，使俯仰軸上安裝的天線構(gòu)件對(duì)俯仰軸的重力矩為零，使?jié)L轉(zhuǎn)軸軸線二側(cè)安裝的天線構(gòu)件對(duì)滾轉(zhuǎn)軸的重力矩為零，使方位軸以上的天線構(gòu)件對(duì)方位軸的重力矩為零；以保證載體的線加速度不會(huì)引起轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生角加速度，即載體劇烈線運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起天線指向角的改變。在此基礎(chǔ)上再以天線為天線指向偏差的檢測基準(zhǔn)，用傳感器直接檢測天線相對(duì)于絕對(duì)空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，并將檢測
到的信號(hào)直接傳給控制板，控制板將這些信號(hào)進(jìn)行PID (比例積分微分)變換，將變換后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)方位軸電機(jī)、俯仰軸電機(jī)和橫滾電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng),從而驅(qū)動(dòng)天線，直至天線的天線指向偏差小于0.2度，使天線穩(wěn)定在預(yù)定指向，再通過接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)進(jìn)行跟蹤來消除傳感器精度誤差產(chǎn)生的累積偏差，從而保證天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星；
上述結(jié)構(gòu)件的配置方法保證了載體的劇烈運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起天線指向的劇烈變化，使得控制系統(tǒng)的任務(wù)僅為修正天線的緩慢漂移，大大減輕了對(duì)控制系統(tǒng)快速反應(yīng)的要求，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為簡單。
同時(shí)由于結(jié)構(gòu)配置的保證，天線相對(duì)于絕對(duì)空間的角速度將很小，角速度傳感器的測量范圍可以縮小而重點(diǎn)保證測量的靈敏度和精度，從而更好地保證天線的穩(wěn)定。
理論上如果傳感器沒有誤差，采用本發(fā)明方法的結(jié)構(gòu)件布置方法完全可以保證接收的效果，但實(shí)際上，由于傳感器始終存在誤差，因此必須對(duì)由于傳感器漂移而產(chǎn)生的累積誤差，也就是指向偏差進(jìn)行修整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤，故本發(fā)明方法中的以天線為指向偏差的檢測基準(zhǔn)也是必不可少的，只有這樣才能構(gòu)成本發(fā)明方法的整體技術(shù)方案。
此外，天線的極化角、初始的方位角和俯仰角可利用GPS所得的經(jīng)緯度值來加以控制。
對(duì)于角速度傳感器的漂移引起的累積誤差(即指向偏差)，可利用對(duì)衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)的跟蹤來消除。
當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，天線停止跟蹤，保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，通過交替驅(qū)動(dòng)方位軸和/或俯仰軸的轉(zhuǎn)角來保證天線對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星。具體跟蹤方法當(dāng)設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，立刻驅(qū)動(dòng)天線的方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，控制板將轉(zhuǎn)動(dòng)后天線接收設(shè)備上接收到的信標(biāo)信號(hào)值與前一個(gè)接收到的信標(biāo)信號(hào)值進(jìn)行比較
如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值大，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向正確，控制器就再
10將方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值；
如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不正確，控制板就將方位軸反方向轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值，然后進(jìn)行俯仰軸的如此跟蹤，只要收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值，系統(tǒng)就始終這樣交替地跟蹤，使天線處于最佳接收狀態(tài)。
實(shí)施例二。
如圖1、 2、 3、 4所示。
一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整裝置，它包括底座7、方位軸2、滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4、天線及饋源總成5、測控設(shè)備6、滾轉(zhuǎn)梁ll以及安裝在底座7上部對(duì)應(yīng)位置處的光纖傳感器(即FOG傳感器)，如圖1、 2所，底座7通過減振彈簧安裝在載體1 (如移動(dòng)通信用汽車)上，方位軸2固定在底座7上，支承柱10通過一對(duì)軸承與方位軸2相連，支承柱10的上端通過一對(duì)支耳及其軸承與滾轉(zhuǎn)梁11上的滾轉(zhuǎn)軸3相連，俯仰軸4通過滾轉(zhuǎn)梁11 二側(cè)的軸孔上的軸承與橫梁連接，Ka功放8、測控設(shè)備6和天線及饋源總成5安裝在設(shè)備安裝架8上，設(shè)備安裝架8和俯仰軸4固連，另外Ka功放8、測控設(shè)備6、天線及饋源總成5和設(shè)備安裝架8這四個(gè)整件在結(jié)構(gòu)布局上要盡可能使它們的總質(zhì)心落在俯仰軸4上，而Ka功放8、測控設(shè)備6、天線及饋源總成5、設(shè)備安裝架8、俯仰軸4和滾轉(zhuǎn)梁11這六個(gè)整件在結(jié)構(gòu)布局上要盡可能使它們的總質(zhì)心落在滾轉(zhuǎn)軸3上。本實(shí)施例區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的另一特點(diǎn)是所有傳感器(如FOG傳感器、水平傳感器、信標(biāo)傳感器及所有與通信有關(guān)的傳感器)均安裝在底座7的上部需要檢測相應(yīng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)位置處。
方位軸2以上的結(jié)構(gòu)件(包括滾轉(zhuǎn)梁11、滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4、天線及饋源總成5、 Ka功放8、測控設(shè)備6和配重塊等)的質(zhì)心位于方位軸2上。
本具體例中的方位軸2、滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4均由各自的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所有傳感器均安裝在底座7以上、傳感器需要檢測的相應(yīng)參數(shù)的相應(yīng)部位上。
如果上述的滾轉(zhuǎn)軸3軸線兩側(cè)所配置的結(jié)構(gòu)件的重心不在滾轉(zhuǎn)軸3軸線上，則可通過加裝配重塊的方法加以解決，同理，對(duì)俯仰軸4上安裝的結(jié)構(gòu)
ii件(以天線及饋源總成5為主)也可通過加裝配重塊的方法使之實(shí)現(xiàn)對(duì)俯仰
軸4的平衡力矩，對(duì)方位軸2以上所安裝的所有結(jié)構(gòu)件也可通過加裝配重塊的方法使之實(shí)現(xiàn)對(duì)方位軸2的平衡力矩。
此外，需要說明的是上述的結(jié)構(gòu)件是指相應(yīng)軸以上或軸線二側(cè)所安裝的所有零部件及配重塊的總稱，它并不是一個(gè)單獨(dú)的零部件。
平衡力矩配置時(shí)應(yīng)按先對(duì)俯仰軸4進(jìn)行平衡力矩配置，然后對(duì)滾轉(zhuǎn)軸3進(jìn)行平衡力矩配置，最后對(duì)方位軸進(jìn)行平衡力矩配置的次序分別進(jìn)行，以保證三個(gè)空間正交的方位軸2、滾轉(zhuǎn)軸3、俯仰軸4上的重力矩均為零，且無不干涉。
本具體例的電氣控制原理框圖如圖3所示。圖中左側(cè)從上到下的橫滾、俯仰、方位虛線框?yàn)楸景l(fā)明的控制板電原理圖。
上述結(jié)構(gòu)件的配置方法保證了載體的劇烈運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起天線指向的劇烈變化，使得控制系統(tǒng)的任務(wù)僅為修正天線的緩慢漂移，大大減輕了對(duì)控制系統(tǒng)快速反應(yīng)的要求，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為簡單。
同時(shí)由于結(jié)構(gòu)配置的保證，天線及饋源總成5相對(duì)于絕對(duì)空間的角速度將很小，傳感器的測量范圍可以縮小而重點(diǎn)保證測量的靈敏度和精度，從而更好地保證天線及饋源總成5的穩(wěn)定。天線的極化角可利用GPS所得的經(jīng)緯度值來加以控制，使接收電平最大。
測控設(shè)備6接收到的信標(biāo)信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，天線停止跟蹤，保持穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)測控設(shè)備6接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，說明處于跟蹤狀態(tài)，此時(shí)可通過交替驅(qū)動(dòng)方位軸2和/或俯仰軸4來保證跟蹤達(dá)到最佳狀態(tài)，而此時(shí)由于滾轉(zhuǎn)軸3對(duì)接收信標(biāo)信號(hào)的敏感度很低，所以其基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，最佳信標(biāo)信號(hào)接收的調(diào)整過程為先使方位軸和/或俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.2度，控制板將轉(zhuǎn)動(dòng)后測控設(shè)備6上接收到的信標(biāo)信號(hào)值與前一個(gè)接收到的、大于設(shè)定值的信標(biāo)信號(hào)值進(jìn)行比較如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值大，則表示天線及饋源總成5轉(zhuǎn)動(dòng)的方向正確，則通過驅(qū)動(dòng)方位軸2和/或俯仰軸4轉(zhuǎn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)天線再轉(zhuǎn)動(dòng)0.2度，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值，方位軸2和俯仰軸3停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)接收質(zhì)量最佳；如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小，則表示收發(fā)及測控設(shè)備6轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不正確，則通過驅(qū)動(dòng)方位軸2和/或俯仰軸4轉(zhuǎn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)天線及饋源總成5再轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值大于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值，方位軸2和俯仰軸4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)接收質(zhì)量最佳。這一調(diào)整過程不斷進(jìn)行，使天線處于最佳接收狀態(tài)。圖4的跟蹤邏輯框圖就體現(xiàn)上述設(shè)計(jì)思想。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法，其特征是它包括以下步驟首先，利用GPS實(shí)時(shí)獲取經(jīng)緯度值控制天線的極化角、初始的方位角和仰角；其次，將天線安裝在采用三根正交軸組成的天線懸浮裝置上，利用天線本身的“慣性”為基本穩(wěn)定核心，將運(yùn)動(dòng)載體的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和天線的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度隔離開來，從而實(shí)現(xiàn)懸浮隔離；第三，在進(jìn)行懸浮隔離的過程中，采用在3根正交軸上分別配置3個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和3個(gè)光纖陀螺傳感器的方法來消除機(jī)械軸支撐由于軸上軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力對(duì)天線指向精度的影響，利用光纖陀螺傳感器直接檢測天線相對(duì)于絕對(duì)空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，并將檢測到的信號(hào)直接傳給控制板，控制板將這些信號(hào)進(jìn)行PID即比例積分微分變換后驅(qū)動(dòng)3個(gè)對(duì)應(yīng)的電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)天線，使天線姿態(tài)穩(wěn)定在預(yù)定位置指向上，并使天線瞬態(tài)指向偏差小于0.05°；第四，通過跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)消除前述光纖陀螺傳感器漂移引起的積累偏差，也就是消除指向偏差，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信功能；所述的跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)的方法是當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，天線停止跟蹤，保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，通過交替驅(qū)動(dòng)方位軸和/或俯仰軸的轉(zhuǎn)角來保證天線對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星，以達(dá)到消除指向偏差的目的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法，其 特征是所述跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)的方法是當(dāng)天線接收設(shè)備接收到的信標(biāo)信 號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，立刻驅(qū)動(dòng)天線的方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，控制板將轉(zhuǎn)動(dòng)后 天線接收設(shè)備上接收到的信標(biāo)信號(hào)值與前一個(gè)接收到的信標(biāo)信號(hào)值進(jìn)行比 較如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值大，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向正確，控制器就再將方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3度，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小于前 一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值；如果比前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小，則表示天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不正確，控制板就 將方位軸反方向轉(zhuǎn)動(dòng)0.1 0.3，然后再進(jìn)行比較，直至后一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值小 于前一個(gè)信標(biāo)信號(hào)值，然后進(jìn)行俯仰軸的如此跟蹤，只要收到的信標(biāo)信號(hào)大 于設(shè)定值，系統(tǒng)就始終這樣交替地跟蹤，使天線處于最佳接收狀態(tài)。
3、 一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整裝置，其特征是它包括底座 (7)、方位軸(2)、滾轉(zhuǎn)軸(3)、俯仰軸(4)、天線及饋源總成(5)、測控設(shè)備(6)、滾轉(zhuǎn)梁(11)以及安裝在底座(7)上部對(duì)應(yīng)位置處的光纖傳感器， 底座(7)通過減振彈簧安裝在載體(1)，方位軸(2)固定在底座(7)上， 支承柱(10)通過一對(duì)軸承與方位軸(2)相連，支承柱(10)的上端通過一 對(duì)支耳及其軸承與滾轉(zhuǎn)梁(11)上的滾轉(zhuǎn)軸(3)相連，俯仰軸(4)通過滾 轉(zhuǎn)梁(11) 二側(cè)的軸孔上的軸承與橫梁連接，Ka功放(8)、測控設(shè)備(6) 和天線及饋源總成(5)安裝在設(shè)備安裝架(8)上，設(shè)備安裝架(8)和俯仰 軸(4)固連，另外Ka功放(8)、測控設(shè)備(6)、天線及饋源總成(5)和 設(shè)備安裝架(8)這四個(gè)整件的總質(zhì)心落在俯仰軸(4)上，而Ka功放(8)、 測控設(shè)備(6)、天線及饋源總成(5)、設(shè)備安裝架(S)、俯仰軸(4)和滾轉(zhuǎn) 梁(11)這六個(gè)整件的總質(zhì)心落在滾轉(zhuǎn)軸(3)上；方位軸(2)以上的滾轉(zhuǎn) 梁(11)、滾轉(zhuǎn)軸(3)、俯仰軸(4)、天線及饋源總成(5)、 Ka功放(8)、 測控設(shè)備(6)和配重塊的質(zhì)心位于方位軸(2)上；所述的方位軸(2)、滾 轉(zhuǎn)軸(3)和俯仰軸(4)均連接有各自的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要法度3所述的Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整裝置， 其特征是所述的滾轉(zhuǎn)軸(3)、俯仰軸(4)及方位軸(2)軸線的一側(cè)或兩側(cè) 加裝有平衡力矩的配重塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ka波段移動(dòng)衛(wèi)星通信天線姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方法及裝置，它首先使驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方位軸、滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸三根軸呈空間正交安裝在天線底座上，實(shí)現(xiàn)三根空間正交軸的角運(yùn)動(dòng)隔離；其次分別以方位軸、滾轉(zhuǎn)軸、俯仰軸為中心配置天線構(gòu)件，使俯仰軸上安裝的天線構(gòu)件的總質(zhì)心落在俯仰軸上，使?jié)L轉(zhuǎn)軸軸線二側(cè)安裝的天線構(gòu)件的總質(zhì)心落在滾轉(zhuǎn)軸上，使方位軸以上的天線構(gòu)件的總質(zhì)心落在方位軸上；最后以天線為天線指向偏差的檢測基準(zhǔn)，通過跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)并交替驅(qū)動(dòng)方位軸和/或俯仰軸的轉(zhuǎn)角，來消除傳感器飄移引起的指向偏差，使天線處于最佳接收狀態(tài)。本發(fā)明具有精度高，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于應(yīng)急通信、搶險(xiǎn)救災(zāi)，也可用于車、船、火車等商用目的。
文檔編號(hào)H01Q3/08GK101494318SQ20091011928
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者夏忠民, 董金春 申請(qǐng)人:熊貓電子集團(tuán)有限公司;南京熊貓電子股份有限公司;南京熊貓漢達(dá)科技有限公司