CN101938037A - 船载卫星天线伺服系统姿态测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，包含：天线伺服控制处理单元、三轴微机械陀螺、加速度传感器组、双轴水泡测量单元、若干姿态稳定驱动电机及一天线座架，所述三轴微机械陀螺和加速度传感器组设置于所述天线座架的一俯仰轴上，所述双轴水泡测量单元设置于所述天线座架的一俯仰转动轴上，所述天线伺服控制处理单元控制所述姿态稳定驱动电机，根据三轴微机械陀螺和加速度传感器组测量的第一数据同双轴水平泡测量单元测量的第二数据之间的差异调整所述天线座架的姿态。本发明船载卫星天线伺服系统姿态测量仪采用常规的低成本器件，在确保姿态测量精度的基础上，极大地降低了制造成本。

Description

船载卫星天线伺服系统姿态测量仪
【技术领域】
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种船载卫星天线伺服系统姿态测量仪。
【背景技术】
在船行过程中想要接收卫星信号，其核心就是解决如何在载体运动颠簸的情况下，保持天线波束指向不变的问题，也就是如何实现波束的稳定，使用户接收端接收到稳定清晰的语音图像信号的问题。
载体在移动过程中，由于其姿态或地理位置发生变化，会引起原对准卫星天线偏离卫星，使通信中断，因此必须对载体的这些变化进行隔离，使天线不受影响并始终对准卫星，即实现天线相对地理坐标系的稳定，这是天线稳定系统要解决的主要问题，也是移动载体进行不间断卫星通信的前提。
船载稳定支架的姿态测量，要达到较高的精度，目前采用的方法主要是通过采用高精度的激光陀螺或光纤陀螺，其造价动辄上几十万甚至上百万，这给需要较高精度等级，又有规模应用需求的场合带来了难以承受的成本困扰。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种低成本、高灵敏度的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，其结合近年来发展的传感器融合技术，在保证精度的情况下，降低了系统成本。
本发明的技术方案是：一种船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，包含：天线伺服控制处理单元、三轴微机械陀螺、加速度传感器组、双轴水泡测量单元、若干姿态稳定驱动电机及一天线座架，所述三轴微机械陀螺和加速度传感器组设置于所述天线座架的一俯仰轴上，所述双轴水泡测量单元设置于所述天线座架的一俯仰转动轴上，所述天线伺服控制处理单元控制所述姿态稳定驱动电机，根据三轴微机械陀螺和加速度传感器组测量的第一数据同双轴水平泡测量单元测量的第二数据之间的差异调整所述天线座架的姿态。
所述第一数据为初始天线姿态角度，所述第二数据为指定时间内天线座架的姿态变化值。
所述加速度传感器组中加速度传感器的数量为三个。
所述姿态稳定驱动电机的数量为四个。
所述四个姿态稳定驱动电机分别为方位电机、俯仰电机、横滚电机和水平泡俯仰驱动电机。
本发明的优点在于，采用常规的低成本器件，在确保姿态测量精度的基础上，极大地降低了制造成本。本发明提供的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪的测量精度等级可以达到0.1度，运动速率测量达到90度/秒，加速度200m/S2。
【附图说明】
图1为本发明船载卫星天线伺服系统姿态测量仪的框图。
图中涉及的附图标记如下所示：
10.三轴微机械陀螺              20.加速度传感器组
30.双轴水泡测量单元            41.方位电机
42.俯仰电机                    43.横滚电机
44.水平泡俯仰驱动电机          50.天线座架
60.天线伺服控制处理单元        70.信号调理单元
80.驱动器
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪的具体实施方式做详细说明。
参见图1所示，一种船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，包含：三轴微机械陀螺10、由三个加速度传感器组成的加速度传感器组20、双轴水泡测量单元30，四个姿态稳定驱动电机，分别为方位电机41、俯仰电机42、横滚电机43和水平泡俯仰驱动电机44，以及天线座架50，所述三轴微机械陀螺10和加速度传感器组20设置于所述天线座架50的一俯仰轴上，所述双轴水泡测量单元30设置于所述天线座架50的一俯仰转动轴上，且该双轴水泡测量单元30在水平泡俯仰驱动电机44的驱动下能够灵活转动。此外，还包含信号调理单元70和驱动器80。
由于船舶在海上是处于不稳定状态，天线所在的载体始终处于不停地摇摆、俯仰、滚动的状态下。通过三轴微机械陀螺10、加速度传感器组20，获取天线初始的姿态角度，经过信号调理单元70将其传送给天线伺服控制处理单元60，天线伺服控制处理单元60通过驱动器80驱动天线座架50的三个姿态稳定驱动电机(方位电机41、俯仰电机42、横滚电机43)和为水泡测量单元配置的水平泡俯仰驱动电机44使得双轴水泡测量单元30始终处于水平状态，这个过程可通过不断地测量水泡得到实际输出角度反馈而测得，与驱动电路间形成一个闭环控制方式，这个过程可获得的电机驱动位置反馈值即为在指定时间内的天线座架50的姿态变化值，与此同时，这个姿态变化值去与前者通过三轴微机械陀螺10、加速度传感器组20获取到的初始的姿态角度作比较，并修正由于三轴微机械陀螺10的温度漂移所带来的姿态误差，引导船载卫星天线伺服系统更稳定地指向目标角度，整个过程是个不断的调整、测量再调整的闭环控制方式。
由此，本发明通过使用多个传感器的集成与融合，不仅可以描述同一环境特征的多个冗余的信息，而且可以描述不同的环境特征，更可以使信息采集和处理过程并行化，以得到更全面、更准确的信息，从而减少时间和成本，提高了整个船载卫星天线伺服系统姿态测量仪的性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，其特征在于，包含：天线伺服控制处理单元、三轴微机械陀螺、加速度传感器组、双轴水泡测量单元、若干姿态稳定驱动电机及一天线座架，所述三轴微机械陀螺和加速度传感器组设置于所述天线座架的一俯仰轴上，所述双轴水泡测量单元设置于所述天线座架的一俯仰转动轴上，所述天线伺服控制处理单元控制所述姿态稳定驱动电机，根据三轴微机械陀螺和加速度传感器组测量的第一数据同双轴水平泡测量单元测量的第二数据之间的差异调整所述天线座架的姿态。
2.根据权利要求1所述的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，其特征在于，所述第一数据为初始天线姿态角度，所述第二数据为指定时间内天线座架的姿态变化值。
3.根据权利要求1所述的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，其特征在于，所述加速度传感器组的加速度传感器数量为三个。
4.根据权利要求1所述的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，其特征在于，所述姿态稳定驱动电机的数量为四个。
5.根据权利要求4所述的船载卫星天线伺服系统姿态测量仪，其特征在于，所述四个姿态稳定驱动电机分别为方位电机、俯仰电机、横滚电机和水平泡俯仰驱动电机。
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