CN103138050B - 一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，包括抛物面天线(1)、横滚转轴(2)、俯仰转轴(3)、方位转轴(4)、支架(5)、基座(6)。本发明采用由上述构件构成三轴转动装置，方位转轴垂直向上固定连接在基座底部的中心，支架的所述横梁的中心转动连接在方位转轴的上端，俯仰转轴可转动水平设置在支架的二个所述立架的上部，横滚转轴位于俯仰转轴中心位置的上方与俯仰转轴可转动正交连接，抛物面天线固定连接在横滚转轴的上面，采用由光电传感器、位置电位器、角速度传感器、电子罗盘、旋转编码器和GPS接收机诸单元构成的反馈系统来替代陀螺系统的技术方案，使船载卫星天线达到了简化结构、降低成本、易于民用化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种承载控制卫星天线的随动跟踪装置，具体是指用于承载并控制设置在船舶上的船载卫星天线，随着船舶的航向变化以及船体的摇摆起伏颠簸，自动跟踪瞄准地球同步通讯卫星接受卫星信息的一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置。
背景技术
不同于地面卫星天线，船载卫星天线在跟踪瞄准目标地球同步通讯卫星时，除了需要克服大风气流的干扰外，还需要随着船舶的航向变化以及船体的起伏摇摆颠簸，自动控制抛物面卫星天线瞄准目标通讯卫星进行横滚、俯仰、方位转动的随动跟踪，现有技术采用在三轴式天线座上设置惯性陀螺稳向系统来控制抛物面卫星天线对准目标卫星进行随动跟踪运动，如中国专利“三轴式船载天线陀螺稳向装置”92231278.8；由于陀螺系统结构复杂、成本高昂、不利于民用市场应用推广，因此，现有技术存在结构复杂、成本高昂、难以民用的问题与不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用由横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴、支架、基座构成的承载抛物面天线的三轴转动装置，方位转轴垂直向上固定连接在基座底部的中心，支架的横梁的中心转动连接在方位转轴的上端，俯仰转轴可转动水平设置在支架的二个立架的上部，横滚转轴位于俯仰转轴中心位置的上方与俯仰转轴可转动正交连接，抛物面天线固定连接在横滚转轴的上面；应用时基座的底面固定连接在应用船舶的顶部；用于控制驱动横滚转轴作横滚旋转的G伺服电机，和由G光电传感器、G位置电位器、G角速度传感器构成的监测横滚转轴姿态的诸G反馈单元设置在俯仰转轴处且与电脑控制器连接；用于控制驱动俯仰转轴作俯仰旋转的Y伺服电机，和由Y光电传感器、Y位置电位器、Y角速度传感器、Y电子罗盘构成的监测俯仰转轴姿态的诸Y反馈单元设置在支架的立架的上部处且与电脑控制器连接；用于控制驱动支架在方位转轴上作方位旋转的F伺服电机，和由F角速度传感器、F电子罗盘、旋转编码器构成的监测方位转轴方位的诸F反馈单元设置在支架的横梁处，用于与GPS定位卫星进行地理位置定位的GPS接收机也设置在支架的横梁处且与电脑控制器连接；
应用时，由电脑控制器以射束跟踪方式对诸反馈单元及GPS的反馈的信号进行处理，控制各轴伺服电机分别驱动横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴旋转，带动抛物面天线随着船体的起伏摇摆颠簸瞄准目标通讯卫星进行闭环随动跟踪的技术方案，提供一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，旨在利用诸反馈单元构成的反馈系统来替代结构复杂、成本高昂的陀螺系统以降低造价成本，使船载卫星天线达到简化结构、降低成本、易于民用化的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，包括抛物面天线、横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴、支架、基座，其中：所述的抛物面天线为抛物面形的薄壁铝合金质构件；抛物面天线的焦点处设有卫星信号接受头；
所述的横滚转轴为承载抛物面天线在俯仰转轴上作横滚转动的转轴机构；
所述的俯仰转轴为承载横滚转轴在支架上作俯仰转动的转轴机构；
所述的方位转轴为承载支架在基座上作方位转动的转轴机构；
所述的支架为由横梁、立架构成，呈矩形倒置的门框状的钢质构件，所述横梁水平位于支架的底部，二个竖直向上的立架对称位于横梁的左右二端；
所述的基座为上部敞开、下部有底呈圆桶形的钢质薄壁构件；
方位转轴垂直向上固定连接在基座底部的中心，支架的所述横梁的中心转动连接在方位转轴的上端，俯仰转轴可转动水平设置在支架的二个所述立架的上部，横滚转轴位于俯仰转轴中心位置的上方与俯仰转轴可转动正交连接，抛物面天线固定连接在横滚转轴的上面；应用时基座的底面固定连接在应用船舶的顶部；
用于控制驱动横滚转轴作横滚旋转的G伺服电机，和由G光电传感器、G位置电位器、G角速度传感器构成的监测横滚转轴姿态的诸G反馈单元设置在俯仰转轴处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；用于控制驱动俯仰转轴作俯仰旋转的Y伺服电机，和由Y光电传感器、Y位置电位器、Y角速度传感器、Y电子罗盘构成的监测俯仰转轴姿态的诸Y反馈单元设置在支架的立架的上部处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；用于控制驱动支架在方位转轴上作方位旋转的F伺服电机，和由F角速度传感器、F电子罗盘、旋转编码器构成的监测方位转轴方位的诸F反馈单元设置在支架的横梁处，用于与GPS定位卫星进行地理位置定位的GPS接收机也设置在支架的横梁处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；
所述光电传感器为利用被检测物体对红外光线的遮光或者反射，通过选通和截止来检测物体的有无的电子装置；所述位置电位器为通过齿轮带动可调电阻改变输出电压，测定被测转动轴的旋转角位置的电子装置；所述角速度传感器为用于测量被测转动轴旋转角速度的惯性角速度压电传感器；所述电子罗盘为用于测定所处载体给定的水平方向轴线与地球的南北极轴所夹的方位角，以及用于测定所处载体给定的垂直轴线与地球重力垂线所夹的倾角的电子装置；所述GPS接收机为通过与GPS定位卫星的通讯，对所处载体的地理坐标进行经度、纬度和海拨高度精确测定的接收装置；所述电脑控制器为以接受获取目标卫星射束最大增益，通过对所述G反馈单元、Y反馈单元、F反馈单元和GPS接收机反馈的数据进行处理，分别控制G伺服电机、Y伺服电机、F伺服电机驱动横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴旋转，带动抛物面天线跟踪目标卫星的设有显示终端的微机控制装置；
所述横滚转动为，在与海平面正交的平面上设一条直线，该直线以该直线上的一点为中心作与海平面保持平行的转动；所述俯仰转动为，设一条与海平面正交的垂直线，以垂直线与海平面的相交点为中心，过所述中心设一条位于海平面上方与垂直线之间的射线，使射线以所述中心为旋转中心作在海平面上方与垂直线之间的转动；所述方位转动为，设一条与地球重力垂线正交的直线，该直线以与地球重力垂线的相交点为中心作围绕地球重力垂线的转动。
工作原理及有益效果
应用时，随着船体的起伏摇摆颠簸，电脑控制器以射束跟踪方式对所述诸G、诸Y、诸F反馈单元的反馈的信号进行处理，控制所述G伺服电机、Y伺服电机、F伺服电机分别驱动横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴旋转，带动抛物面天线瞄准目标通讯卫星进行闭环随动跟踪；其中，横滚转轴用于随着船舶的摇摆运动矫正抛物面天线与海平面所夹的倾角，保持抛物面天线设定的水平线与海平面随动平行；俯仰转轴用于随着船舶的起伏运动矫正抛物面天线对准目标通讯卫星的俯仰角；方位转轴用于随着船舶的航行方向变化矫正抛物面天线与地球南北极所夹的方位角的改变。
本装置利用所述诸反馈单元构成的反馈系统来替代结构复杂、成本高昂的陀螺系统以降低造价成本，使船载卫星天线简化了结构、降低了成本，有利于渔船、游船、游艇等民用船舶的应用。
上述，本发明采用由横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴、支架、基座构成的承载抛物面天线的三轴转动装置，方位转轴垂直向上固定连接在基座底部的中心，支架的所述横梁的中心转动连接在方位转轴的上端，俯仰转轴可转动水平设置在支架的二个所述立架的上部，横滚转轴位于俯仰转轴中心位置的上方与俯仰转轴可转动正交连接，抛物面天线固定连接在横滚转轴的上面；应用时基座的底面固定连接在应用船舶的顶部；并设有用于分别控制驱动横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴三轴工作的伺服电机，用于分别监测反馈所述三轴工作姿态的由光电传感器、位置电位器、角速度传感器、电子罗盘、GPS接收机构成的诸反馈单元的技术方案，所提供的一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，利用诸反馈单元构成的反馈系统来替代结构复杂、成本高昂的陀螺系统以降低造价成本，使船载卫星天线达到了简化结构、降低成本、易于民用化的目的。
附图说明
图1是本发明的一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置的结构示意图。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。
图中：抛物面天线1、横滚转轴2、G伺服电机21、G光电传感器22、G位置电位器23、G角速度传感器24、俯仰转轴3、Y伺服电机31、Y光电传感器32、Y位置电位器33、Y角速度传感器34、Y电子罗盘35、方位转轴4、F伺服电机41、F角速度传感器42、F电子罗盘43、旋转编码器44、GPS接收机45、支架5、横梁51、立架52、基座6、同步带01。
具体实施方式
参阅图1，本发明的一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，包括抛物面天线1、横滚转轴2、俯仰转轴3、方位转轴4、支架5、基座6，其中：所述的抛物面天线1为抛物面形的薄壁铝合金质构件；抛物面天线1的焦点处设有卫星信号接受头；
所述的横滚转轴2为承载抛物面天线1在俯仰转轴3上作横滚转动的转轴机构；
所述的俯仰转轴3为承载横滚转轴2在支架5上作俯仰转动的转轴机构；
所述的方位转轴4为承载支架5在基座6上作方位转动的转轴机构；
所述的支架5为由横梁51、立架52构成，呈矩形倒置的门框状的钢质构件，所述横梁51水平位于支架5的底部，二个竖直向上的立架52对称位于横梁51的左右二端；
所述的基座6为上部敞开、下部有底呈圆桶形的钢质薄壁构件；
方位转轴4垂直向上固定连接在基座6底部的中心，支架5的所述横梁51的中心转动连接在方位转轴4的上端，俯仰转轴3可转动水平设置在支架5的二个所述立架52的上部，横滚转轴2位于俯仰转轴3中心位置的上方与俯仰转轴3可转动正交连接，抛物面天线1固定连接在横滚转轴2的上面；应用时基座6的底面固定连接在应用船舶的顶部；
用于控制驱动横滚转轴2作横滚旋转的G伺服电机21，和由G光电传感器22、G位置电位器23、G角速度传感器24构成的监测横滚转轴2姿态的诸G反馈单元设置在俯仰转轴3处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；用于控制驱动俯仰转轴3作俯仰旋转的Y伺服电机31，和由Y光电传感器32、Y位置电位器33、Y角速度传感器34、Y电子罗盘35构成的监测俯仰转轴3姿态的诸Y反馈单元设置在支架5的立架52的上部处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；用于控制驱动支架5在方位转轴4上作方位旋转的F伺服电机41，和由F角速度传感器42、F电子罗盘43、旋转编码器44构成的监测方位转轴4方位的诸F反馈单元设置在支架5的横梁51处，用于与GPS定位卫星进行地理位置定位的GPS接收机45也设置在支架5的横梁51处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；
所述光电传感器为利用被检测物体对红外光线的遮光或者反射，通过选通和截止来检测物体的有无的电子装置；所述位置电位器为通过齿轮带动可调电阻改变输出电压，测定被测转动轴的旋转角位置的电子装置；所述角速度传感器为用于测量被测转动轴旋转角速度的惯性角速度压电传感器；所述电子罗盘为用于测定所处载体给定的水平方向轴线与地球的南北极轴所夹的方位角，以及用于测定所处载体给定的垂直轴线与地球重力垂线所夹的倾角的电子装置；所述GPS接收机45为通过与GPS定位卫星的通讯，对所处载体的地理坐标进行经度、纬度和海拨高度精确测定的接收装置；所述电脑控制器为以接受获取目标卫星射束最大增益，通过对所述G反馈单元、Y反馈单元、F反馈单元和GPS接收机45反馈的数据进行处理，分别控制G伺服电机21、Y伺服电机31、F伺服电机41驱动横滚转轴2、俯仰转轴3、方位转轴4旋转，带动抛物面天线1跟踪目标卫星的设有显示终端的微机控制装置；
所述横滚转动为，在与海平面正交的平面上设一条直线，该直线以该直线上的一点为中心作与海平面保持平行的转动；所述俯仰转动为，设一条与海平面正交的垂直线，以垂直线与海平面的相交点为中心，过所述中心设一条位于海平面上方与垂直线之间的射线，使射线以所述中心为旋转中心作在海平面上方与垂直线之间的转动；所述方位转动为，设一条与地球重力垂线正交的直线，该直线以与地球重力垂线的相交点为中心作围绕地球重力垂线的转动。
工作原理及有益效果
应用时，随着船体的起伏摇摆颠簸，电脑控制器以射束跟踪方式对所述诸G、诸Y、诸F反馈单元的反馈的信号进行处理，控制所述G伺服电机21、Y伺服电机31、F伺服电机41分别驱动横滚转轴2、俯仰转轴3、方位转轴4旋转，带动抛物面天线1瞄准目标通讯卫星进行闭环随动跟踪；其中，横滚转轴2用于随着船舶的摇摆运动矫正抛物面天线1与海平面所夹的倾角，保持抛物面天线1设定的水平线与海平面随动平行；俯仰转轴3用于随着船舶的起伏运动矫正抛物面天线1对准目标通讯卫星的俯仰角；方位转轴4用于随着船舶的航行方向变化矫正抛物面天线1与地球南北极所夹的方位角的改变。
本装置利用所述诸反馈单元构成的反馈系统来替代结构复杂、成本高昂的陀螺系统以降低造价成本，使船载卫星天线简化了结构、降低了成本，有利于渔船、游船、游艇等民用船舶的应用。
Claims (1)
1.一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，包括抛物面天线(1)、横滚转轴(2)、俯仰转轴(3)、方位转轴(4)、支架(5)、基座(6)，其特征在于：所述的抛物面天线(1)为抛物面形的薄壁铝合金质构件；抛物面天线(1)的焦点处设有卫星信号接收头；
所述的横滚转轴(2)为承载抛物面天线(1)在俯仰转轴(3)上作横滚转动的转轴机构；
所述的俯仰转轴(3)为承载横滚转轴(2)在支架(5)上作俯仰转动的转轴机构；
所述的方位转轴(4)为承载支架(5)在基座(6)上作方位转动的转轴机构；
所述的支架(5)为由横梁(51)、立架(52)构成，呈倒置的矩形门框状的钢质构件，所述横梁(51)水平位于支架(5)的底部，二个竖直向上的立架(52)对称位于横梁(51)的左右二端；
所述的基座(6)为上部敞开、下部有底呈圆桶形的钢质薄壁构件；
方位转轴(4)垂直向上固定连接在基座(6)底部的中心，支架(5)的所述横梁(51)的中心可转动地连接在方位转轴(4)的上端，俯仰转轴(3)可转动水平设置在支架(5)的二个所述立架(52)的上部，横滚转轴(2)位于俯仰转轴(3)中心位置的上方与俯仰转轴(3)可转动正交连接，抛物面天线(1)固定连接在横滚转轴(2)的上面；应用时基座(6)的底面固定连接在应用船舶的顶部；
用于控制驱动横滚转轴(2)作横滚旋转的G伺服电机(21)，和由G光电传感器(22)、G位置电位器(23)、G角速度传感器(24)构成的监测横滚转轴(2)姿态的诸G反馈单元设置在俯仰转轴(3)处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；用于控制驱动俯仰转轴(3)作俯仰旋转的Y伺服电机(31)，和由Y光电传感器(32)、Y位置电位器(33)、Y角速度传感器(34)、Y电子罗盘(35)构成的监测俯仰转轴(3)姿态的诸Y反馈单元设置在支架(5)的立架(52)的上部处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；用于控制驱动支架(5)在方位转轴(4)上作方位旋转的F伺服电机(41)，和由F角速度传感器(42)、F电子罗盘(43)、旋转编码器(44)构成的监测方位转轴(4)方位的诸F反馈单元设置在支架(5)的横梁(51)处，用于与GPS定位卫星进行地理位置定位的GPS接收机(45)也设置在支架(5)的横梁(51)处，且分别通过导线或馈线与电脑控制器连接；
所述光电传感器为利用被检测物体对红外光线的遮光或者反射，通过选通和截止来检测物体的有无的电子装置；所述位置电位器为通过齿轮带动可调电阻改变输出电压，测定被测转动轴的旋转角位置的电子装置；所述角速度传感器为用于测量被测转动轴旋转角速度的惯性角速度压电传感器；所述电子罗盘为用于测定所处载体给定的水平方向轴线与地球的南北极轴所夹的方位角，以及用于测定所处载体给定的垂直轴线与地球重力垂线所夹的倾角的电子装置；所述GPS接收机(45)为通过与GPS定位卫星的通讯，对所处载体的地理坐标进行经度、纬度和海拨高度精确测定的接收装置；所述电脑控制器为以接受获取目标卫星射束最大增益，通过对所述G反馈单元、Y反馈单元、F反馈单元和GPS接收机(45)反馈的数据进行处理，分别控制G伺服电机(21)、Y伺服电机(31)、F伺服电机(41)驱动横滚转轴(2)、俯仰转轴(3)、方位转轴(4)旋转，带动抛物面天线(1)跟踪目标卫星的设有显示终端的微机控制装置；
所述横滚转动为，在与海平面正交的平面上设一条直线，该直线以该直线上的一点为中心作与海平面保持平行的转动，用于随着船舶的摇摆运动矫正抛物面天线(1)与海平面所夹的倾角，保持抛物面天线(1)设定的水平线与海平面随动平行；所述俯仰转动为，设一条与海平面正交的垂直线，以垂直线与海平面的相交点为中心，过所述中心设一条位于海平面上方与垂直线之间的射线，使射线以所述中心为旋转中心作在海平面上方与垂直线之间的转动；所述方位转动为，设一条与地球重力垂线正交的直线，该直线以与地球重力垂线的相交点为中心作围绕地球重力垂线的转动。
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