KR100857536B1 - Satellite tracking antenna system and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명 위성추적안테나시스템의 사시도.1 is a perspective view of a satellite tracking antenna system of the present invention.
도 2는 본 발명 위성추적안테나시스템의 측면도.Figure 2 is a side view of the satellite tracking antenna system of the present invention.
도 3은 본 발명 위성추적안테나시스템의 평면도.3 is a plan view of the satellite tracking antenna system of the present invention.
도 4는 이동체의 움직임에 따라 위성추적안테나시스템이 종축, 횡축, 수직축으로 회전하는 모습을 도시하는 개략도.Figure 4 is a schematic diagram showing how the satellite tracking antenna system rotates in the vertical axis, horizontal axis, vertical axis in accordance with the movement of the moving object.
도 5는 도 4에 도시된 위성추적안테나시스템의 종축, 횡축, 수직축에 대한 회전량을 감지하는 자이로센서를 도시하는 개략도.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a gyro sensor detecting rotational amounts about a vertical axis, a horizontal axis, and a vertical axis of the satellite tracking antenna system shown in FIG. 4. FIG.
도 6은 본 발명의 위성추적안테나시스템에 따른 위성추적안테나의 제어과정을 도시하는 기능 블록도.6 is a functional block diagram illustrating a control process of a satellite tracking antenna according to the satellite tracking antenna system of the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 위성추적안테나시스템에 따라 위성추적안테나의 지향방향을 제어하는 프로세스를 도시하는 흐름도.7 is a flow chart illustrating a process for controlling the directing direction of a satellite tracking antenna in accordance with a satellite tracking antenna system in accordance with the present invention.
도 8은 본 발명에 따라 위성으로부터 수신된 위성신호의 강도를 소정 범위에 따라 3 개의 영역으로 구분하는 개략도.8 is a schematic diagram of dividing the strength of a satellite signal received from a satellite into three regions according to a predetermined range according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따라 방위각 및 앙각을 제어하기 위한 제어부의 일 실시형태를 도시하는 기능 블록도.9 is a functional block diagram illustrating one embodiment of a control unit for controlling azimuth and elevation angles in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 위성추적안테나시스템1: satellite tracking antenna system
2 : 기저부 10 : 위성추적안테나2: base 10: satellite tracking antenna
20 : 지지부 23 : 풀리20: support 23: pulley
31 : 방위각모터 33 : 앙각모터31: azimuth motor 33: elevation motor
50 : 제어부50: control unit
본 발명은 차량이나 선박 등 이동체에 탑재되어 위성을 추적하고 위성 신호를 수신하기 위한 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동체의 횡요, 종요, 편요의 정도를 자이로센서로부터 입력받아 스텝 모터로 구성된 방위각 모터 및 앙각 모터를 이용하여 위성추적안테나의 방위각 및 앙각을 제어하기 때문에, 작동 반응이 빠르고 정확하며, 상황에 따른 최적의 수신감도의 방향을 쉽게 찾을 수 있도록 하는 이동형 위성추적안테나시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna mounted on a moving object such as a vehicle or a ship for tracking satellites and receiving satellite signals. More specifically, the present invention relates to an azimuth angle composed of a step motor by receiving the degree of lateral yaw, yaw, and yaw from a gyro sensor. Since the azimuth and elevation angles of the satellite tracking antenna are controlled by using the motor and the elevation angle motor, the present invention relates to a mobile satellite tracking antenna system that enables quick and accurate operation response and makes it easy to find the optimal reception sensitivity according to a situation.
일반적으로 위성추적안테나는 영상을 수신하거나 또는 통신을 위하여 설치되는 것으로, 인공위성으로부터 발신되는 신호를 수신하도록 지상에 설치되는 것이다.In general, satellite tracking antennas are installed for receiving images or for communication, and are installed on the ground to receive signals from satellites.
즉 영상장비 또는 통신장비와 연결되어, 영상신호 또는 통신신호를 교신하도록 구비한 것이다.That is, it is connected to the video equipment or communication equipment, and provided to communicate the video signal or communication signal.
이와 같은 위성추적안테나는 주로 지면에 고정되도록 지지되어 설치되는 것이 대부분이다. 즉 옥외, 특히 옥상에 설치되어 텔레비젼 또는 통신용으로 이용되는 것이 대부분이다. 이에 인공위성은 항상 지구에 대해 일정한 각도로 지구의 자전과 맞추어져서 지구를 공전하기 때문에, 한번 설정된 위성으로의 지향방향이 그대로 유지되는 상태에서 신호를 수신하게 되어 있다.Most satellite tracking antennas such as these are supported and installed on the ground. That is, most of them are installed outdoors, especially on the roof, and are used for television or communication. The satellite always orbits the earth by being aligned with the rotation of the earth at a certain angle with respect to the earth, so that the signal is received while the direction of the satellite set once is maintained.
따라서 별도의 위성을 지향하는 방향을 변경할 필요가 없으므로, 설혹 다른 위성의 신호를 받거나 혹은 재설치 또는 인위적으로 변경된 지향방향을 재설정할 경우에는, 다시 수작업에 의해 정하여진 방향으로 위성추적안테나를 지향하도록 하면 된다.Therefore, it is not necessary to change the direction of the separate satellite, so when receiving a signal from another satellite, or when re-installing or resetting the artificially changed orientation, it is necessary to direct the satellite tracking antenna in the direction determined manually. do.
그러나 이와 같은 위성으로부터의 송신되는 신호를 차량이나 특히 바다를 항해하는 선박에서 수신할 경우에는 요동치는 선체에 설치하기 때문에, 수시로 위성의 지향방향이 바뀌게 된다. 따라서 이에 따른 위성 지향방향을 인위적으로 계속해서 바꾸면서 위성신호를 수신하는 것은 곤란한 문제가 있는 것이다.However, when a signal transmitted from such a satellite is received by a vehicle or a ship sailing in particular, the swinging hull is installed on the hull, and thus the direction of the satellite is frequently changed. Therefore, there is a problem that it is difficult to receive satellite signals while artificially continuously changing the satellite orientation.
이에 이와 같은 이동체에 위성추적 안테나를 설치하고자 할 경우에는 고가의 장비를 이용하거나 또는 설치가 불가하는 등 위성신호의 수신에 문제점이 있는 것이다.Therefore, when the satellite tracking antenna is to be installed in such a moving object, there is a problem in receiving satellite signals, such as using expensive equipment or installation impossible.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 자이로센서와 스텝모터를 이용하여 위성추적안테나의 방위각 및 앙각을 용이하게 제어하는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to easily control the azimuth and elevation angles of the satellite tracking antenna using a gyro sensor and a step motor.
또한, 본 발명의 목적은 이동체의 횡요, 종요, 편요 정도를 자이로센서를 이 용하여 감지하여 위성추적안테나의 방위각 및 앙각을 제어함으로써, 저가의 자이로센서로 인하여 제작비용이 절감되고 작동 반응이 빠르고 정확하며, 상황에 따른 최적의 수신감도의 방향을 쉽게 찾을 수 있도록 하는데 있다.In addition, the object of the present invention is to detect the lateral yaw, yaw, yaw degree of the moving object by using a gyro sensor to control the azimuth and elevation angle of the satellite tracking antenna, thereby reducing the manufacturing cost and quick and accurate operation response due to the low-cost gyro sensor And, it is to make it easy to find the direction of the optimal reception sensitivity according to the situation.
또한, 본 발명의 목적은 위성으로부터 수신되는 수신 신호의 강도를 소정의 영역으로 세분하여 각 영역에 따라 자이로트래킹보상방법 또는 하이브리드트래킹보상방법을 적절히 수행하여 위성추적안테나의 방위각 및 앙각을 최적으로 제어하는데 있다.In addition, an object of the present invention is to subdivide the strength of the received signal received from the satellite into a predetermined area to perform the gyro tracking compensation method or hybrid tracking compensation method according to each area to control the azimuth and elevation angle of the satellite tracking antenna optimally. It is.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동형 위성추적안테나시스템은 위성신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나의 횡요, 종요. 편요의 변화량을 감지하는 자이로센서부; 상기 위성신호의 강도와 상기 횡요, 종요 및 편요의 변화량에 따라 상기 안테나의 방위각 및 앙각의 변화량을 보상하도록 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 안테나의 방위각 및 앙각을 소정 각도만큼 회전시키는 안테나 구동부를 포함한다.Mobile satellite tracking antenna system according to the present invention for achieving the above object is an antenna for receiving a satellite signal; Lateral and longitudinal of the antenna. A gyro sensor unit for detecting a variation in yaw; A control unit for generating a control signal to compensate for the amount of change in the azimuth and elevation angles of the antenna according to the strength of the satellite signal and the amount of change in the transverse yaw, longitudinal yaw and yaw; And an antenna driver configured to rotate the azimuth and elevation angles of the antenna by a predetermined angle according to the control signal.
바람직하게, 상기 위성신호의 강도가 소정 크기의 제 1 임계 레벨보다 큰 경우, 상기 제어부는 상기 자이로센서부에 의해 감지된 횡요, 종요 및 편요의 변화량을 계산하여 상기 안테나의 방위각 및 앙각을 소정 각도만큼 회전시킨다.Preferably, when the strength of the satellite signal is greater than the first threshold level of a predetermined size, the controller calculates the amount of change in the yaw, yaw and yaw detected by the gyro sensor to determine the azimuth and elevation angles of the antenna. Rotate by.
바람직하게, 상기 위성신호의 강도가 상기 제 1 임계 레벨보다 큰 상태로 소정 시간 이상 유지하는 경우에는, 상기 제어부는 상기 안테나 구동부로 하여금 상기 안테나의 방위각 및 앙각을 그대로 유지시킨다.Preferably, when maintaining the strength of the satellite signal is greater than the first threshold level for a predetermined time or more, the controller causes the antenna driver to maintain the azimuth and elevation angles of the antenna as it is.
바람직하게, 상기 위성신호의 강도가 소정 크기의 제 1 임계 레벨과 상기 제 1 임계 레벨보다 작은 소정 크기의 제 2 임계 레벨 사이의 범위에 있는 경우, 상기 제어부는 상기 자이로센서부에 의해 감지된 횡요, 종요 및 편요의 변화량에 따라 상기 안테나의 방위각 및 앙각을 소정 각도로 회전하도록 제어하는 동시에, 회전된 상기 방위각 및 앙각을 기준으로 방위각 방향 및 앙각 방향으로 상기 안테나를 복수회 회전시키면서 측정된 위성신호의 강도를 각각 비교하여 상기 위성신호의 강도가 상기 제 1 임계 레벨 이상이 되도록 제어한다.Preferably, when the strength of the satellite signal is in a range between a first threshold level of a predetermined magnitude and a second threshold level of a predetermined magnitude less than the first threshold level, the controller may detect the yaw detected by the gyro sensor unit. And satellite signals measured while rotating the antenna a plurality of times in the azimuth and elevation angles based on the rotated azimuth and elevation angles, while controlling the azimuth and elevation angles of the antenna to be rotated at a predetermined angle according to the amount of change in the longitudinal and yaw angles. The strengths of the satellite signals are compared so as to be greater than or equal to the first threshold level.
또한, 본 발명에 따른 위성추적방법은 제어부에 설정된 초기값으로 상기 위성추적안테나시스템을 초기화하는 시스템 초기화단계; 앙각모터를 스텝 회전시키면서 방위각모터를 360°회전시켜 소정 강도 이상의 위성신호가 수신되는 위성의 위치의 방향을 포착하는 포착모드단계; 포착된 상기 위성의 위치 방향으로 위성추적안테나를 위치한 후, 상기 방위각모터 및 앙각모터를 스텝으로 복수회 반복하여 회전작동하면서, 각각의 지점의 위성신호의 강도를 분석하여 위성의 위치를 감지하도록 하는 스텝추적모드단계; 이동체의 움직임에 따라 변화된 상기 위성추적안테나의 횡요, 종요 및 편요의 변화량을 자이로센서로 감지하여 상기 위성신호의 강도가 상기 소정 강도 이상이 되도록 위성추적안테나의 지향 방향을 제어하는 각속도추적모드단계를 포함한다.In addition, the satellite tracking method according to the present invention includes a system initialization step of initializing the satellite tracking antenna system to the initial value set in the control unit; A capturing mode step of rotating the azimuth motor by 360 ° while stepping the elevation motor to capture a direction of a satellite position where a satellite signal having a predetermined intensity or more is received; After positioning the satellite tracking antenna in the direction of the captured satellites, the azimuth and elevation motors are repeatedly rotated in a plurality of steps while analyzing the strength of the satellite signal at each point to detect the position of the satellites. Step tracking mode step; An angular velocity tracking mode step of controlling the direction of the satellite tracking antenna so that the intensity of the satellite signal is greater than the predetermined intensity by detecting a change in the lateral, longitudinal and yaw of the satellite tracking antenna changed according to the movement of the moving object. Include.
바람직하게, 상기 각속도추적모드단계는 상기 위성신호의 강도가 소정 크기의 제 1 임계 레벨보다 큰 경우, 상기 제어부는 상기 자이로센서에 의해 감지된 횡요, 종요 및 편요의 변화량을 계산하여 안테나의 방위각 및 앙각을 소정 각도만큼 회전시키는 자이로트래킹보상단계를 포함한다.Preferably, in the angular velocity tracking mode step, when the strength of the satellite signal is greater than a first threshold level of a predetermined size, the controller calculates an amount of change in the yaw, yaw and yaw detected by the gyro sensor to determine the azimuth angle and And a gyro tracking compensation step of rotating the elevation angle by a predetermined angle.
바람직하게, 상기 각속도추적모드단계는 상기 위성신호의 강도가 상기 제 1 임계 레벨보다 큰 상태로 소정 시간 이상 유지하는 경우에는, 상기 제어부는 상기 안테나의 방위각 및 앙각을 그대로 유지시키는 안정화 단계를 더 포함한다.Preferably, the angular velocity tracking mode step further includes a stabilizing step of maintaining the azimuth and elevation angles of the antenna as it is when the strength of the satellite signal is maintained for more than a predetermined time while being greater than the first threshold level. do.
바람직하게, 상기 각속도추적모드단계는, 상기 위성신호의 강도가 소정 크기의 제 1 임계 레벨과 상기 제 1 임계 레벨보다 작은 소정 크기의 제 2 임계 레벨 사이의 범위에 있는 경우, 상기 제어부는 상기 자이로센서에 의해 감지된 횡요, 종요 및 편요의 변화량에 따라 상기 안테나의 방위각 및 앙각을 소정 각도로 회전하도록 제어하는 동시에, 회전된 상기 방위각 및 앙각을 기준으로 방위각 방향 및 앙각 방향으로 상기 안테나를 복수회 회전시키면서 측정된 위성신호의 강도를 각각 비교하여 상기 위성신호의 강도가 상기 제 1 임계 레벨 이상이 되도록 제어하는 하이브리드트래킹보상단계를 포함한다.Preferably, the angular velocity tracking mode step, when the strength of the satellite signal is in the range between a first threshold level of a predetermined size and a second threshold level of a predetermined size less than the first threshold level, the control unit is the gyro The antenna is controlled to rotate the azimuth and elevation angle of the antenna at a predetermined angle according to the amount of change in the yaw, longitudinal and yaw detected by the sensor, and the antenna is rotated a plurality of times in the azimuth and elevation directions based on the rotated azimuth and elevation angles. And a hybrid tracking compensation step of controlling the strength of the satellite signal to be equal to or greater than the first threshold level by comparing the measured strengths of the satellite signals while rotating.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 한편, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 이용하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. On the other hand, components that perform the same function will be described using the same reference numerals.
도 1은 본 발명 위성추적안테나시스템의 사시도, 도 2는 본 발명 위성추적안테나시스템의 측면도, 도 3은 본 발명 위성추적안테나시스템의 평면도이다.1 is a perspective view of the satellite tracking antenna system of the present invention, FIG. 2 is a side view of the satellite tracking antenna system of the present invention, and FIG. 3 is a plan view of the satellite tracking antenna system of the present invention.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동형 위성추적안테나시스템(1)은 상면이 평면을 이루며 이동체에 고정되는 기저부(2), 기저부(2)의 상부에 설치되어 위성신호를 수신하는 위성추적안테나(10), 기저부(2)의 상면에 설치되어 상기 위성추적안테나(10)를 지지하는 지지부(20), 지지부(20)의 일측에 구비되어 기저부(2)에 대하여 지지부(20)를 수평으로 회전시키는 방위각 구동수단(21, 31, 32), 지지부(20)의 일측에 구비되어 기저부(2)에 대하여 위성추적안테나(10)를 상하로 회전하도록 하는 앙각 구동수단(22, 23, 33, 34), 및 지지부(20)의 일측에 위치되어 위성추적안테나(10)로부터 수신된 위성신호를 처리하고 방위각 구동수단 및 앙각 구동수단을 제어하여 위성추적안테나(10)의 방위각 및 앙각을 소정 방향으로 지향시키는 제어부(미도시)를 구비한다.As shown in Figures 1 to 3, the mobile satellite
이와 같은 이동형 위성추적안테나시스템(1)은 자동차 또는 선박과 같이 이동하는 이동체 상에 설치되어, 위성으로부터 신호를 수신하도록 구비한 것으로, 계속하여 이동하는 이동체에 탑재된 위성추적안테나(10)는 지향하는 방향 역시 계속하여 변하기 때문에 위성으로부터의 신호를 양호하게 수신하기 어렵다. 이에 본 발명에 따른 위성추적안테나시스템(1)은 상술한 방위각 구동수단 및 앙각 구동수단에 의한 방위각 및 앙각의 제어를 통해 위성추적안테나(10)가 위성 방향으로 향하도록 하여 위성으로부터의 신호를 양호하게 수신 가능하도록 구비한 것이다.The mobile satellite
구체적으로, 본 발명에 따른 방위각 구동수단은 제어부에 의해 제어되어 기저부(2)에 대하여 지지부를 수평회전시키기 위한 방위각모터(31), 방위각모터(31)의 회전에 의하여 지지부(20)가 수평회전되게 하는 방위각회전축(21), 및 방위각모터(31)의 회전력이 방위각회전축(21)에 전달되도록 하는 기어, 체인, 또는 벨트와 같은 회전력 전달수단(32)을 포함한다.Specifically, the azimuth driving means according to the present invention is controlled by the control unit by the rotation of the
또한, 본 발명에 따른 앙각 구동수단은 지지부(20)에 설치되어 위성추적안테나(10)가 상하로 회전되도록 하는 앙각회전축(22), 제어부에 의해 제어되며 위성추적안테나(10)를 상하로 구동시키기 위한 앙각회전용 앙각모터(33), 및 앙각모터(31)의 회전력을 앙각회전축(22)에 전달되도록 하는 기어, 체인 또는 벨트와 같은 회전력 전달수단(34), 및 앙각회전축(22)에 결합되어 회전력 전달수단(34)로부터 전달받은 회전력을 앙각회전축에 전달하는 풀리(23)를 포함한다. In addition, the elevation angle driving means according to the present invention is installed on the
이와 같은 본 발명 위성추적안테나시스템(1)에 따라, 기저부(2)에 지지되는 위성추적안테나(10)는 제어부에 의해 제어되는 방위각모터(31)의 작동으로 수평회동되는 동시에 제어부에 의해 제어되는 앙각모터(33)의 작동으로 상하회동됨으로써, 위성추적안테나(10)가 항상 위성 방향으로 지향할 수 있으며, 그 결과 이동상에서도 항상 양호한 위성신호를 수신할 수 있다.According to the satellite
즉, 통상적으로 위성추적안테나시스템(1)은 차량이나 선박과 같은 이동체에 설치되는 것으로, 위성추적안테나(10)가 한번 위성을 향하여 지향된다 하더라도, 이동체가 계속하여 이동하기 때문에, 결국 위성추적안테나(10)의 지향방향도 계속하여 변하게 된다. 그러나, 본 발명의 위성추적안테나 시스템에 따르면 위성추적안테나(10)의 지향 방향을 상하 또는 좌우로 회동시켜, 위성이 있는 방향을 계속하여 지향하도록 할 수 있어 항상 안정된 위성신호를 수신할 수 있다.That is, the satellite
이와 같이 위성추적안테나(10)를 회동시키는 상기 방위각모터(31), 앙각모터(33)는 제어부의 신호에 의해 작동하는 스텝모터로 구성된다. 스텝모터는 일정한 각도로 회동하기 때문에, 한 펄스당 회전하는 각도를 알 수 있고, 유지토크를 가지고 있어 위성추적안테나(10)의 제어를 용이하게 할 수 있다.As described above, the
도 4 는 이동체의 움직임에 따라 위성추적안테나시스템이 종축, 횡축, 수직축으로 회전하는 모습을 도시하는 개략도이며, 도 5는 도 4에 도시된 위성추적안테나시스템의 종축, 횡축, 수직축에 대한 회전량을 감지하는 자이로센서를 도시하는 개략도이다.FIG. 4 is a schematic view showing the satellite tracking antenna system rotating along the vertical axis, the horizontal axis, and the vertical axis according to the movement of the moving object, and FIG. 5 is a rotational amount about the vertical axis, the horizontal axis, and the vertical axis of the satellite tracking antenna system shown in FIG. This is a schematic diagram showing a gyro sensor for detecting a sensor.
본 발명의 위성추적안테나시스템(1)에서는 지지부(20)의 일측에 복수 개의 자이로센서를 설치하여, 그 신호를 제어부(50)로 전송한다. 즉, 상기 제어부(50)는 상기 지지부(20) 또는 상기 위성추적안테나(10) 기준 좌표계 상에서 횡요(橫搖)와 종요(縱搖) 그리고 편요(偏搖)의 정도를 각각 감지하는 자이로센서(51)(52)(53)의 신호를 입력받아, 이에 알맞은 각도 변화만큼 방위각모터(31)와 앙각모터(33)를 제어하여 상기 위성추적안테나(10)가 위성방향을 지향하도록 구비한 것이다.In the satellite
이하, 도 6 내지 9를 참조하여 본 발명에 따른 위성추적안테나시스템에 의해 위성신호를 수신하는 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of receiving satellite signals by the satellite tracking antenna system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9.
먼저, 도 6은 본 발명에 따른 위성추적안테나시스템에 따라 위성추적안테나의 방위각 및 앙각을 제어하기 위한 구성을 도시하는 기능 블록도이다.First, Figure 6 is a functional block diagram showing a configuration for controlling the azimuth and elevation angle of the satellite tracking antenna according to the satellite tracking antenna system according to the present invention.
위성추적안테나(10)에 의해 수신된 위성 신호가 LNB (62: Low Noise Block down converter) 로 전달되면, LNB(62)는 수신된 위성 신호의 강도를 증폭하는 동시에, 위성 신호의 캐리어 주파수를 중간 주파수로 낮추어 전력 분배기(64)로 출력한다. 전력 분배기(64)는 일정 비율로 위성 신호의 일부 전력은 수신기(66)로 출력하는 동시에 일부 전력은 신호 강도 측정기(68)로 출력한다. 다음으로, 신호 강도 측정기(68)에서 측정된 신호 강도 측정값과 자이로센서로부터부터 감지된 횡요, 종 요 및 편요의 변화량이 A/D 변환기(70)를 거쳐 제어부 (50)에 입력되면, 제어부(50)는 방위각 및 앙각 방향에 대한 제어 신호를 생성하여 모터 구동부(72)로 하여금 스텝 모터 (31, 33)가 소정 각도만큼 회전하도록 제어한다.When the satellite signal received by the
다음으로, 도 7은 본 발명에 따른 위성추적안테나시스템에 따라 위성신호를 수신하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.Next, FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of receiving satellite signals according to the satellite tracking antenna system according to the present invention.
본 발명에 따른 위성신호 수신 방법은 위성추적안테나시스템에 전원을 인가하여 제어부(50)에 설정된 초기값으로 시스템을 초기화하는 시스템 초기화단계(S72); 상기 앙각모터(33)를 단계적으로 회전시키며 방위각모터(31)를 방위각 방향으로 360°회전시켜, 위성수신신호가 일정 강도 이상 수신되는 위치를 찾는 포착모드단계(S74); 상기 포착모드단계에서 찾은 위성 방향 부근의 위성추적안테나(10) 지향 위치에서 상기 방위각모터(31)와 앙각모터(33)를 미소 각도로 수회 반복하여 회전 작동하면서, 각각의 지점의 위성수신신호의 강도를 비교하여 위성의 정확한 위치로 지향하도록 하는 스텝추적모드단계(S76); 이동체의 움직임을 자이로센서로 감지하여 위성추적안테나(10)가 양호한 강도의 위성신호를 수신하도록 지향하는 각속도추적모드단계(S78); 이동체의 급격한 움직임 등의 원인으로 위성으로부터의 신호가 차단된 경우 (즉, 위성수신신호의 강도가 Th3 미만인 경우) 신호를 잃은 방향 근방에서 수신 상태가 양호한 지점을 찾는 차단모드단계(S80)를 포함한다. 여기서, Th3는 수신불량영역 임계 레벨을 의미하여, 이에 대해서는 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.The satellite signal receiving method according to the present invention includes a system initialization step (S72) of initializing the system to an initial value set in the
또한, 바람직하게, 각속도추적모드단계는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지 지부(20)의 일측에 구비되어 위성추적안테나(10)의 횡요, 종요, 편요의 정도를 감지하는 자이로센서(51)(52)(53)로부터 감지 신호를 입력받은 제어부(50)가 이동체의 움직임에 대하여 보상하는 방향의 각도로 방위각모터(31)와 앙각모터(33)를 제어하여 위성추적안테나(10)를 회전하는 단계를 포함한다.In addition, preferably, the angular velocity tracking mode step is provided on one side of the
즉, 본 발명에 따라 차량이나 선박과 같은 이동체에 설치된 위성추적안테나시스템(1)은 횡요자이로센서(51), 종요자이로센서(52) 그리고 편요자이로센서(53)로부터 입력되는 이동체의 횡요, 종요, 편요 정도에 따라, 기저부(2)의 지향 방향이 변경되는 만큼, 반대의 보상방향으로 위성추적안테나(10)를 회전하도록 하여, 항상 위성 방향으로 위성추적안테나(10)를 지향하게 하여, 위성수신신호가 양호하게 수신되도록 한다. That is, according to the present invention, the satellite
이와 같이 구비되는 본 발명 위성추적안테나시스템(1)은 각속도추적모드단계가, 수신되는 위성수신신호의 강도에 따라 수신이 양호할 경우에는 위성추적안테나(10)의 회전 없이 위성신호를 수신하도록 하였으나, 위성수신신호의 강도가 불량하면 위성추적안테나(10)를 회전시켜 위성 방향으로 지향하여 신호가 양호한 상태를 유지할 수 있도록 하였다.In the present invention, the satellite
도 8은 위성으로부터 수신된 위성신호의 강도를 소정 범위에 따라 3 개의 영역으로 구분하는 개략도이다.8 is a schematic diagram of dividing the strength of a satellite signal received from a satellite into three regions according to a predetermined range.
도 8에 도시된 바와 같이, 위성으로부터 수신된 위성신호는 제어부(50)에서 분석함에 따라, 분석한 위성신호의 수신 강도가 최대일 때를 기준으로 하여, 위성신호 강도의 값이 커서 수신이 양호한 수신양호영역 (수신양호영역 임계레벨인 Th1 이상인 영역); 위성신호 강도의 값이 적어 수신이 불량한 수신불량영역(수신불량영역 임계레벨인 Th3 미만 영역); 및 상기 수신양호영역과 수신불량영역의 중간의 위성신호 강도 값인 수신중간영역(Th1∼Th3 사이 영역)으로 크게 3분하여 구분하였으며, 수신양호영역을 일정 시간 이상 유지하고 있으면 이동체가 정지상태에 있다고 판단하여 방위각모터(31) 및 앙각모터(33)를 작동하지 않는 안정단계로 위성추적안테나(10)의 지향하는 방향을 그대로 유지하도록 하였다.As shown in FIG. 8, the satellite signal received from the satellite is analyzed by the
이러한 수신양호영역, 수신중간영역, 수신불량영역을 나누는 방법은 다양하게 있지만 본 발명에서는 일 실시형태로서 수신불량영역 임계레벨을 이용하는 기법을 사용하였다.Although there are various methods for dividing such a reception good area, a reception intermediate area, and a reception bad area, the present invention uses a technique of using a reception bad area threshold level as an embodiment.
수신불량영역 임계레벨(Th3)은, 경험적으로, 수신기에서 위성방송을 시청할 수 있는 위성신호의 임계강도보다는 작고 사이드로브보다는 큰 값으로 선정하는데, 방송시청 임계강도보다 사이드로브가 더 클 경우에는 사이드로브를 기준으로 하여 이보다 조금 더 큰 값으로 선정한다. 일단 수신불량영역 임계레벨을 결정한 다음에는 나머지 레벨들을, 예를 들어, 아래처럼 사용할 수 있다The bad reception threshold level (Th3) is empirically selected as a value smaller than the threshold intensity of the satellite signal that can be viewed by the receiver and larger than the sidelobe. Select a slightly larger value based on the lobe. Once the bad region threshold level has been determined, the remaining levels can be used, for example:
Th1 = (최대 강도 - Th3) * 0.9 + Th3 (수식 1)Th1 = (maximum intensity-Th3) * 0.9 + Th3 (Equation 1)
Th2 = (최대 강도 - Th3) * 0.8 + Th3 (수식 2)Th2 = (maximum intensity-Th3) * 0.8 + Th3 (Equation 2)
이와 같은 위성신호 강도의 분류에 따라 각속도추적모드단계는 다시 자이로트래킹보상단계와 하이브리드트래킹보상단계로 세분하여 적용한다.According to the classification of the satellite signal strength, the angular velocity tracking mode step is further divided into a gyro tracking compensation step and a hybrid tracking compensation step.
먼저, 위성신호 강도의 값이 수신양호영역으로 수신될 경우에는 이동체의 횡요와 종요, 편요 정도를 감지하는 횡요자이로센서(51), 종요자이로센서(52) 및 편요자이로센서(53)의 신호에 따라 상기 방위각모터(31) 및 앙각모터(33)를 작동하여 보상하는 자이로트래팅보상단계가 수행된다. 이에 의하여 이동체의 횡요, 종요, 편요 변화량을 출력하는 각각의 자이로센서(51, 52, 53)로부터 입력 정도를 제어부(50)에서 계산하여, 이에 알맞은 방위각 방향 회전의 정도 및 앙각 방향 회전의 정도를 계산한 후, 방위각모터(31) 및 앙각모터(33)를 작동하도록 구비하였다.First, when the value of the satellite signal strength is received in the receiving good region, the signals of the
다음으로, 이동체의 이동으로 위성신호 강도의 값이 수신중간영역으로 수신될 경우에는 횡요자이로센서, 종요자이로센서, 편요자이로센서를 이용하여 계산한 자이로트래킹보상값에 스텝트래킹 신호를 중첩한 하이브리드트래킹보상단계를 수행한다.Next, when the value of the satellite signal strength is received by the moving object in the receiving middle area, the hybrid tracking which superimposes the step tracking signal on the gyro tracking compensation value calculated using the lateral gyro sensor, the gyro sensor, and the yaw gyro sensor. Perform the compensation step.
하이브리드트래킹은 횡요, 종요, 편요의 정도를 보상하는 신호에 따라 안테나를 움직이면서 그와 동시에 방위각방향과 앙각방향으로 다수회 스텝모터인 방위각모터(31) 및 앙각모터(33)를 작동하여 수신신호의 강도를 각각 비교, 강도가 높은 방향으로 위성추적안테나(10)를 지향하도록 구비한 것이다. 그리하여 점점 높은 강도로 수신되는 위성신호 방향으로 지향하여 결국에는 수신양호영역으로 진입하게 된다.Hybrid tracking operates the
일반적으로 스텝트래킹은 단순하고 효과적이지만 이동체가 저속으로 움직이는 경우가 아니면 적용하기 어렵다. 반면에 하이브리드트래킹은, 자이로센서에 의한 보상 신호에 따라 안테나를 움직이는 상에서 스텝트래킹을 수행하므로 이동체의 고속 동요에 대해서도 우수한 트래킹 성능을 유지할 수 있다.Generally, step tracking is simple and effective, but it is difficult to apply unless the moving body is moving at low speed. On the other hand, since hybrid tracking performs step tracking on moving the antenna according to the compensation signal of the gyro sensor, it is possible to maintain excellent tracking performance even for high-speed shaking of the moving object.
한편, 수신양호영역에서 수신중간영역으로 수신 강도가 저하할 때마다 바로 자이로트래킹에서 하이브리드트래킹으로 전환하면 너무 빈번한 동작 모드의 변경으로 인해 시스템의 안정도가 떨어지고 위성 추적 성능도 저하될 가능성이 높다. 이에 도 8에 도시된 바와 같이, 수신중간영역(Th1∼Th3)에 히스테리시스를 두어, 수신양호영역에서 위성신호 강도가 점차 저하할 경우에는 수신양호영역 임계 레벨(Th1)이 아닌 히스테리시스 임계 레벨(Th2)보다 떨어질 경우(㉮)부터 하이브리드트래킹으로 이행하며, 일단 하이브리드트래킹보상단계로 진입한 다음에는 위성신호 수신 강도가 점차 증가하여 다시 수신양호영역 임계 레벨(Th1)보다 커졌을 경우(㉯)에 자이로트래킹보상단계로 전환한다.On the other hand, whenever the strength of the reception decreases from the reception-positive region to the intermediate region, switching from gyro tracking to hybrid tracking will likely reduce system stability and degrade satellite tracking performance due to too frequent operating mode changes. Thus, as shown in FIG. 8, when hysteresis is provided in the reception intermediate areas Th1 to Th3, and the satellite signal strength gradually decreases in the reception reception area, the hysteresis threshold level Th2 is not the reception reception area threshold level Th1. (I) to hybrid tracking, and once the hybrid tracking compensation step has been entered, the gyro tracking is performed when the satellite signal reception intensity gradually increases and becomes larger than the threshold of the reception-good area (Th1). Switch to the reward phase.
다음으로, 위성신호의 강도가 양호한 영역인 수신양호영역을 일정 시간 이상 유지하면 안정단계로, 수신 신호가 양호하기 때문에, 굳이 위성추적안테나(10)를 이동하지 않아도 된다. 방위각모터(31) 및 앙각모터(33)를 회전하지 않으면, 모터 작동에 의한 소음을 줄일 수 있고, 불필요한 보상에 의해 오히려 수신강도가 떨어지는 것을 막을 수 있다.Next, if the reception good region, which is a region where the strength of the satellite signal is good, is maintained for a predetermined time or more, the reception signal is satisfactory. Therefore, the
한편, 이동체에 요동이 급작스럽게 발생하여, 각각의 자이로센서 입력으로부터 계산된 보정 위치로 안테나를 지향했음에도 불구하고, 위성 신호의 수신 강도가 수신불량영역 임계레벨(Th3)보다 작아 수신 상태가 불량한 수신불량영역(Th3 미만)에 해당할 경우에는, 방위각모터(31)와 앙각모터(33)를 어느 정도의 범위 내에서 회전작동하면서 각 위치에서 수신 강도를 측정하여 수신불량영역 임계레벨(Th3)보 다 큰 강도의 위성 신호가 들어오는 위치를 찾는다.On the other hand, although the oscillation suddenly occurs in the moving object and the antenna is directed to the correction position calculated from the respective gyro sensor inputs, the reception state is poor because the reception strength of the satellite signal is smaller than the reception area threshold level (Th3). In the case of a defective area (less than Th3), the
하지만 위성 신호 강도의 저하는 이동체의 이동에 따라 위성과 안테나 사이에 장애물이 있을 경우에도 발생하므로 수신불량영역 임계레벨 이하로 신호 강도가 떨어질 때 바로 안테나 지향 방향을 변경하지 않고 장애물을 벗어날 어느 정도의 시간이 지난 후 상기 동작을 하는 것이 바람직하다.However, the decrease in the strength of the satellite signal occurs even when there is an obstacle between the satellite and the antenna according to the movement of the moving object. It is preferable to perform the above operation after time passes.
구체적인 실시예로, 각속도추적모드단계 중 수신양호영역에서의 자이로트래킹보상단계를 살펴보면, 다음과 같이 작동하도록 할 수 있다.As a specific embodiment, looking at the gyro tracking compensation step in the reception good region during the angular velocity tracking mode step, it can be operated as follows.
지지부(20)의 일측에 횡요자이로센서(51), 종요자이로센서(52), 편요자이로센서(53)를 배치하고, 수평방향은 횡요자이로센서(51)와 편요자이로센서(53)에 의한 폐루프 속도제어계로 구성하고, 상하방향은 종요자이로센서(52)에 의한 개루프 위치제어계로 구성하되 전체 제어계는 위성 신호 수신 강도에 따른 폐루프 제어계로 구성한다.A
즉, 횡요자이로센서(51)와 편요자이로센서(53)의 출력을 이용하여 방위각모터(31)를 제어하고 종요자이로센서(52)의 출력을 이용하여 앙각모터(33)를 제어함으로써 위성추적안테나(10)를 이동체의 이동에 상관없이 계속 위성 방향으로 지향시키는 것이다.That is, the satellite tracking antenna is controlled by controlling the
횡요자이로센서(51)와 편요자이로센서(53)에서 횡요와 편요 각속도를 입력받아, 하기의 (수식 3)에 의해 계산된 값에 의해 상기 방위각모터(31)를 작동하도록 하였다.The yaw and yaw angular velocities are input from the
(수식 3) (Formula 3)
여기서 는 상기 스텝모터에 펄스를 인가하는 주기, 는 상기 제어부에 위치한 발진기의 발진주파수, 은 제어부 마이크로콘트롤러의 타이머 프리스케일러, 는 상기 횡요자이로센서와 편요자이로센서로부터 신호를 입력받아 제어부에서 계산한 상기 방위각모터의 각속도, 그리고 는 상기 방위각 스텝모터의 스텝각을 나타낸다.here Is a period for applying a pulse to the step motor, Is the oscillation frequency of the oscillator located in the control unit, The timer prescaler of the control microcontroller, The angular velocity of the azimuth motor calculated by the control unit receives a signal from the lateral gyro sensor and the yaw gyro sensor, and Denotes the step angle of the azimuth step motor.
와 은 각각 제어부의 작동을 위해 구비되는 발진기와 마이크로콘트롤러에 의해 결정되는 고유의 수치로, 제어부의 구성에 따라 결정되는 것이다. 그리고 는 스텝모터로 구비되는 방위각모터의 감속비 반영 스텝각으로, 1회 펄스에 의해 회전하는 각도이다. 이와 같은 스텝각 역시 스텝모터와 풀리의 구비에 따라 고유하게 결정되는 것이다. Wow Are unique values determined by the oscillator and the microcontroller provided for the operation of the controller, respectively, and are determined according to the configuration of the controller. And Is a step angle reflecting the reduction ratio of the azimuth motor provided in the step motor, and is an angle rotated by one pulse. This step angle is also uniquely determined by the provision of the step motor and pulley.
실제로 제어부에서 방위각모터에 가하는 것은, 스텝모터의 인가 펄스이며 그 인가 펄스의 주기 로 각속도 및 각도를 제어하는 것으로, 이의 결정은 각각의 자이로센서로부터 입력되는 지지부(20)의 각속도를 기초로 하여 제어부에서 계산하는 것이다.What is actually applied to the azimuth motor by the controller is the pulse of the step motor and the period By controlling the angular velocity and angle, the determination is calculated by the controller based on the angular velocity of the
이러한 제어부의 계산에 의하여 방위각 방향 각속도 가 결정되며, 그에 따라서 방위각 스텝모터의 펄스 인가 주기가 결정되는 것이다. 이 는 PID, 퍼지논리제어기, 신경망 등 다양한 제어기법에 의해 계산할 수 있는데, 본 발명에서는 일 실시형태로서 도 9에 도시된 PID 제어기(90)를 사용하였다.Azimuth angular velocity by the calculation of the control unit The pulse application period of the azimuth step motor is determined accordingly. this Can be calculated by various control methods such as PID, fuzzy logic controller, neural network, etc. In the present invention, PID controller 90 shown in FIG. 9 is used as an embodiment.
또한, 제어부(50)는 종요자이로센서(52)로부터 종요 각속도를 입력받아, 이를 이용하여 이동체가 앙각 방향으로 움직인 각도를 산출한 후, 이와 반대 방향으로 안테나(10)가 움직이도록 앙각모터에 펄스를 인가한다.In addition, the
이에 각각의 자이로센서로부터 입력되는 값에 의해 하기의 (수식 4) 및 (수식 5)를 이용하여 를 계산한 후, 상술한 (수식 3)의 주기로 스텝모터에 펄스를 인가하면, 이와 같은 실시형태의 모터를 구비하는 시스템에서 이동체의 움직임을 자동으로 보상하여 항상 위성을 향하도록 작동하게 되는 것이다.Therefore, by using the following equations (Equation 4) and (Equation 5) by the value input from each gyro sensor After calculating, and applying a pulse to the step motor in the above-described (Equation 3), the system equipped with the motor of this embodiment automatically compensates for the movement of the moving body to operate toward the satellite at all times.
(수식 4) (Formula 4)
(수식 5) (Formula 5)
여기서, 는 PID 제어기의 출력이고, 는 자이로센서의 출력으로, 자이로센서가 기저(2)에 설치된 것이 아니라 지지부(20)의 일측에 설치되어 있으므로 실제 이 자이로센서에 의해 감지되는 각속도는 기저(2)의 각속도()와 위성추적안테나(10)의 각속도() 사이의 편차이다. 는 PID 제어기의 비례이득을 나타내고, 는 적분이득을 나타내고, 는 미분이득을 나타낸다. t 는 시간을 나타내고, Δt 는 시간의 변화량을 나타낸다.here, Is the output of the PID controller, Is the output of the gyro sensor, the gyro sensor is not installed on the
다음으로, 이동체의 이동으로 위성추적 강도의 값이 수신중간영역으로 수신될 경우에는 횡요자이로센서, 종요자이로센서, 편요자이로센서를 이용하여 계산한 자이로트래킹보상값에 스텝트래킹 신호를 중첩한 하이브리드트래킹을 수행한다.Next, when the value of the satellite tracking intensity is received by the movement of the moving object in the receiving middle area, the hybrid tracking that superimposes the step tracking signal on the gyro tracking compensation value calculated using the lateral gyro sensor, the gyro sensor, and the yaw gyro sensor. Do this.
하이브리드트래킹은 방위각과 앙각 방향으로 번갈아 실시하는데, 방위각 방향의 하이브리드트래킹은 도 9에 도시된 자이로트래킹을 수행하는 방위각 방향 폐루프 속도제어계에서 기준입력신호 를 0이 아닌 특정값으로 설정함으로써 구현할 수 있다. 앙각 방향의 하이브리드트래킹은 상기 자이로트래킹을 수행하는 앙 각 방향 개루프 위치제어계에서 옵셋 입력을 추가함으로써 구현할 수 있다.Hybrid tracking is alternately performed in the azimuth and elevation directions. Hybrid tracking in the azimuth direction is a reference input signal in the azimuth closed loop speed control system that performs the gyro tracking shown in FIG. 9. You can implement this by setting to a non-zero specific value. Hybrid tracking in the elevation direction may be implemented by adding an offset input in the elevation direction open loop position control system performing the gyro tracking.
기준입력신호 는 값이 클수록 속응성은 좋아지지만 안정성이 떨어지고, 값이 작을수록 안정성은 좋아지나 속응성이 떨어지는 트레이드오프 관계에 있으므로 시스템의 관성모멘트와 이동체의 동요 환경에 따라 경험적, 적응적으로 선정한다. 앙각 방향의 옵셋 입력도 마찬가지이다.Reference input signal The higher the value, the faster the response but the lower the stability. The smaller the value, the better the stability but the lower the response. The same applies to offset input in the elevation direction.
이와 같이 개시된 본 발명에 따른 여러 실시형태에 대한 상술한 설명은 당업자라면 누구나 본 발명을 이용할 수 있도록 제공된다. 이 실시형태들의 여러 변형은 당업자에게 명백히 이해될 것이며, 여기서 정의된 일반적 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 실시형태에 적용될 수 있는 사항이다. 따라서, 본 발명은 여기서 개시된 실시형태들에 한정되지 않으며, 본 발명의 권리범위에는 여기서 개시된 원리 및 신규한 기술적 특징을 포함하는 최광의 범위가 부여된다.The foregoing description of various embodiments in accordance with the disclosed invention is provided to enable any person skilled in the art to make use of the invention. Many modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein are applicable to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the scope of the invention is given the broadest scope including the principles and novel technical features disclosed herein.
상기와 같이 구비되는 본 발명은, 자동차 또는 선박과 같이 계속해서 이동하는 이동체 상에 장작되는 위성추적안테나를 제어하는 위성추적안테나시스템에 관한 것으로, 이동체의 횡요, 종요, 편요 정도를 자이로센서로부터 입력받아 위성추적안테나의 방위각 및 앙각 방향의 회전 정도를 제어하기 때문에, 복잡한 부가 장치가 필요하지 않아 제작비용이 절감되는 효과가 있다.The present invention provided as described above relates to a satellite tracking antenna system for controlling a satellite tracking antenna mounted on a moving object that is continuously moving, such as a car or a ship, and inputs the lateral yaw, the yaw, and the yaw degree of the moving object from a gyro sensor. In order to control the degree of rotation of the azimuth and elevation angles of the satellite tracking antennas, there is no need for complicated additional equipment, thereby reducing the manufacturing cost.
또한, 위성으로부터 수신되는 신호의 강도에 따라 자이로트래킹과 하이브리 드트래킹을 적절히 수행함으로 인해 작동 반응 속도가 빨라 비교적 많은 동요가 있는 이동체에 효과적으로 적용 가능하다.In addition, due to the gyro tracking and hybrid tracking properly performed according to the strength of the signal received from the satellite, it is possible to effectively apply to a moving object with a relatively large fluctuation due to the fast operation response speed.
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