CN103579736B - 一种船载天线的随动跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船载天线的随动跟踪装置，属于天线技术领域。它解决了现有船载天线跟踪装置误差较大等技术问题。船载天线的随动跟踪装置，跟踪装置包括一个防干扰筒，防干扰筒的上端的开口处设有一支撑板，支撑板的外缘固设有一滑板，滑板的外表面具有光滑曲面一，所示防干扰筒的上端的内表面为光滑曲面二，支撑板的下端固设有一吊杆，吊杆位于支撑板的中心线上且与支撑板垂直，吊杆的下端固设有一重力块，支撑板的上端设有一伺服电机一，伺服电机一的壳体与支撑板固连，伺服电机一的输出轴上固设有一转盘，转盘上设有天线总成，天线总成与转盘之间设有能够驱动天线总成在垂直于转盘的平面内摆动的摆动机构。本发明具有误差小、精度高等优点。

Description

一种船载天线的随动跟踪装置

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种船载天线的随动跟踪装置。

背景技术

动载体上的卫星天线与地面固定天线的最大区别在于天线的载体是一个移动摇摆的载体，比如用于船上的卫星天线，因而需要稳定的天线平台来隔离船体的摇摆，实现天线在运动中的姿态稳定，并在姿态稳定的基础上在移动过程中跟踪和对准卫星。

传统的船用卫星天线通常采用机械平台来隔离载体的扰动，采用步进跟踪方式使天线波速逐步对准卫星。因此，船用卫星天线系统的关键技术在于天线平台的稳定能力和目标跟踪能力，能够很好地隔离载体的运动对天线平台的姿态是否稳定有直接重要的影响。

中国专利【CN201310081497.X】中公开了一种船载卫星天线的三轴稳定随动跟踪装置，包括抛物天线、横滚转轴、俯仰转轴、方位转轴、支架、基座，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。

众所周知，船载卫星天线的载体保持水平始终保持水平状态是天线定位跟踪的主要技术之一，现有技术中，无论是采用电子元件、传感器等来检测和补偿来实现水平的方式，还是机械装置实现水平的方式，均存在误差累积的问题，对于长时间在海上作业的船只，累积误差导致其定位不准会带来极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种船载天线的随动跟踪装置，本发明所要解决的技术问题是如何实现天线的对卫星的跟踪，载体始终保持零误差的水平姿态。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述跟踪装置包括一个固设在船体顶部的防干扰筒，所述防干扰筒的上端的开口处设有一支撑板，所述支撑板的外缘固设有一滑板，所述滑板的外表面具有光滑曲面一，所述防干扰筒的上端的内表面为光滑曲面二，所述光滑曲面一和光滑曲面二均为部分球面，所述滑板卡接在所述防干扰筒的上端开口处，所述光滑曲面一与光滑曲面二相抵靠且两者能相对滑动；所述支撑板的下端固设有一吊杆，所述吊杆位于支撑板的中心线上且与支撑板垂直，所述吊杆的下端固设有一重力块，所述支撑板的上端设有一伺服电机一，所述伺服电机一的壳体与所述支撑板固连，所述伺服电机一的输出轴上固设有一转盘，所述转盘上设有天线总成，所述天线总成与转盘之间设有能够驱动天线总成在垂直于转盘的平面内摆动的摆动机构，所述跟踪装置还包括一个与伺服电机一相连的电子罗盘和一个与所述摆动装置相连的GPS接收器。

保持载体水平：将防干扰筒固设在船舶的顶部，且与船身保持垂直状态，设置在防干扰筒内的支撑板的中心位置处固设有一吊杆，该吊杆下端固设一重力块，与支撑板相连的滑板滑动连接在防干扰筒的开口处，需要说明的是：滑板的外表面是一个为球面的光滑曲面一，该球面由一完整的球面去除上下球冠后形成，该球面为中心对称结构，而且该球面以中部的水平横截面为对称面上下对称，防干扰筒的开口的内壁上设有与该光滑曲面一配合的光滑曲面二，光滑曲面一和光滑曲面二相接触且相互限位，使支撑板能够在防干扰筒自由摆动，在船只收到风浪等影响而出现晃动时，重力块受重力作用始终指向地球中心，即保持水平，相比传统的传感器控制、机械补偿的方式而言，该结构存在即时误差，但是可以根据延长吊杆、加重重力块的方式减小该即时误差，关键是，该结构不存在累积误差的问题，无需人力频繁维护和校准，相比其他现有技术中，通过重物实现水平的方式而言，本结构对应的支撑板与铰接点处于同一平面内，即船身晃动时，该支撑板在理论上可以达到绝对的水平，在支撑板上安装其他部件之后，也能很好的减小了即时误差，提高定位准确度；

转角补偿：电子罗盘检测船只方位，根据搜索到的卫星的位置，得出卫星偏离的转角，通过伺服电机一来补偿该转角；

仰角补偿：GPS接收器定位船只的位置，可以计算出船只和卫星之间的连线、卫星垂直地表之间的垂线、地表垂直点与船只之间的连线，三者构成直角三角形，可以根据船只远离船只的距离计算出天线对准需要调整的仰脚，摆动机构适时完成对卫星的补偿。

本跟踪装置中，由于支撑板能够较好的保持水平，而且不会累积误差，从而不会影响转角和仰角的补偿，使得转角和仰角不准，三者相互独立，能够更好的对卫星进行跟踪，适用各种环境。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述摆动机构包括与所述天线总成固连的两根摆杆，两根摆杆之间固设有一分度盘，所述分度盘的两侧面具有锥形齿圈，所述摆杆铰接在所述转盘上，所述转盘上还固设有一伺服电机二，所述伺服电机二的输出轴上固设有两个相互平行的锥齿轮，两个所述锥齿轮的锥面相对，且分别与分度盘的两个锥形齿圈相啮合。锥形齿圈密而精，伺服电机二驱动输出轴上的锥齿轮，从而带动分度盘转动，即带动天线总成转动。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述转盘上设有两块沿转盘径线对称的挡板，两块所述挡板之间设有两块横板，所述分度盘通过一销轴与所述摆杆固连，所述销轴插设在两块横板上且所述分度盘夹于两块横板之间。由于分度盘的两侧均设有锥形齿圈，而且被两个锥齿轮夹于中间，能够使得传动时的延迟小、精度高。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述转盘上铰接有两根沿转盘径线对称的摆臂，所述摆臂的下端与转盘铰接，所述摆臂的上端固设有一配重块，所述摆臂的中部与所述摆杆的下端铰接；所述支撑板上方所有重物的合重心与所述支撑板的轴线重合。为了尽量减小支撑板上方的部件对支撑板水平姿态的影响，而设置配重块，配重块始终与天线总成的摆动方向相反，能够解决天线总成偏移支撑板中心时导致支撑板失去平衡的问题，配重块的质量根据天线总成的质量和尺寸来决定，在制作时，经过多次试验和调整，使天线总成摆动到任意位置时均能够使支撑板上方所有重物的合重心与支撑板的轴线重合，使支撑板在理论上保持绝对的水平。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述光滑曲面一上设有一限制支撑板相对防干扰筒旋转的凸筋。支撑板可以沿光滑曲面二摆动，但是不能转动，以免对转盘的转动造成干涉。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，本跟踪装置还包括一船载电脑，所述电子罗盘、GPS接收器、伺服电机一和伺服电机二均与所述船载电脑相连。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述防干扰筒的上端罩设有一个半球形保护罩。防干扰筒和保护罩对整个跟踪装置进行密封，消除气候、人为环境和飞禽对跟踪装置的影响，保证跟踪装置的精度和可靠度。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述防干扰筒和保护罩均为非金属材料制成。防干扰筒和保护罩可以为有机玻璃、合成纤维等材料制成，防止防干扰筒和保护罩对天线总成、电子罗盘和GPS接收器的干扰。

在上述的一种船载天线的随动跟踪装置中，所述重力块呈锥体状，且所述重力块的小端朝上并与吊杆相连。在有限的空间内，尽可能的降低重力块的重心，使支撑板能够更好的保持水平。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、在船只收到风浪等影响而出现晃动时，重力块受重力作用始终指向地球中心，即支撑板保持水平，相比传统的传感器控制、机械补偿的方式而言，该结构存在即时误差，但是可以根据延长吊杆、加重重力块的方式减小该即时误差，关键是，该结构不存在累积误差的问题，无需人力频繁维护和校准，相比其他现有技术中，通过重物实现水平的方式而言，本结构对应的支撑板与铰接点处于同一平面内，即船身晃动时，该支撑板在理论上可以达到绝对的水平，在支撑板上安装其他部件之后，也能很好的减小了即时误差，提高定位准确度。

2、本跟踪装置中，由于支撑板能够较好的保持水平，而且不会累积误差，从而不会影响转角和仰角的补偿，使得转角和仰角不准，三者相互独立，能够更好的对卫星进行跟踪，适用各种环境。

3、为了尽量减小支撑板上方的部件对支撑板水平姿态的影响，而设置配重块，配重块始终与天线总成的摆动方向相反，能够解决天线总成偏移支撑板中心时导致支撑板失去平衡的问题，配重块的质量根据天线总成的质量和尺寸来决定，在制作时，经过多次试验和调整，使天线总成摆动到任意位置时均能够使支撑板上方所有重物的合重心与支撑板的轴线重合，使支撑板在理论上保持绝对的水平。

附图说明

图1是船只处于水平状态下本跟踪装置的结构示意图。

图2是船只处于倾斜状态下本跟踪装置的结构示意图。

图3是本跟踪装置去除防干扰筒和重力块后的立体结构示意图。

图4是本跟踪装置去除防干扰筒后的爆炸图。

图5是本跟踪装置中摆动机构的爆炸图。

图中，1、防干扰筒；21、支撑板；22、滑板；23、光滑曲面一；24、光滑曲面二；25、吊杆；26、重力块；31、伺服电机一；32、转盘；33、天线总成；34、电子罗盘；35、GPS接收器；36、船载电脑；4、摆动机构；41、摆杆；42、分度盘；43、锥形齿圈；44、伺服电机二；45、锥齿轮；51、挡板；52、横板；53、销轴；54、摆臂；55、配重块；6、凸筋；7、保护罩；8、夹板；9、平面轴承。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，一种船载天线的随动跟踪装置，跟踪装置包括一个固设在船体顶部的防干扰筒1，防干扰筒1的上端的开口处设有一支撑板21，支撑板21的外缘固设有一滑板22，滑板22的外表面具有光滑曲面一23，所示防干扰筒1的上端的内表面为光滑曲面二24，光滑曲面一23和光滑曲面二24均为部分球面，滑板22卡接在防干扰筒1的上端开口处，光滑曲面一23与光滑曲面二24相抵靠且两者能相对滑动；支撑板21的下端固设有一吊杆25，吊杆25位于支撑板21的中心线上且与支撑板21垂直，吊杆25的下端固设有一重力块26，支撑板21的上端设有一伺服电机一31，伺服电机一31的壳体与支撑板21固连，伺服电机一31的输出轴上固设有一转盘32，转盘32上设有天线总成33，天线总成33与转盘32之间设有能够驱动天线总成33在垂直于转盘32的平面内摆动的摆动机构4，跟踪装置还包括一个与伺服电机一31相连的电子罗盘34和一个与摆动装置相连的GPS接收器35。

本跟踪装置中，由于支撑板21能够较好的保持水平，而且不会累积误差，从而不会影响转角和仰角的补偿，使得转角和仰角不准，三者相互独立，能够更好的对卫星进行跟踪，适用各种环境。

如图3、图4和图5所示，摆动机构4包括与天线总成33固连的两根摆杆41，两根摆杆41之间固设有一分度盘42，分度盘42的两侧面具有锥形齿圈43，摆杆41铰接在转盘32上，转盘32上还固设有一伺服电机二44，伺服电机二44的输出轴上固设有两个相互平行的锥齿轮45，两个锥齿轮45的锥面相对，且分别与分度盘42的两个锥形齿圈43相啮合。锥形齿圈43密而精，伺服电机二44驱动输出轴上的锥齿轮45，从而带动分度盘42转动，即带动天线总成33转动，转盘32上设有两块沿转盘32径线对称的挡板51，两块挡板51之间设有两块横板52，分度盘42通过一销轴53与摆杆41固连，销轴53插设在两块横板52上且分度盘42夹于两块横板52之间。由于分度盘42的两侧均设有锥形齿圈43，而且被两个锥齿轮45夹于中间，能够使得传动时的延迟小、精度高。

转盘32上铰接有两根沿转盘32径线对称的摆臂54，摆臂54的下端与转盘32铰接，摆臂54的上端固设有一配重块55，摆臂54的中部与摆杆41的下端铰接；支撑板21上方所有重物的合重心与支撑板21的轴线重合，为了尽量减小支撑板21上方的部件对支撑板21水平姿态的影响，而设置配重块55，配重块55始终与天线总成33的摆动方向相反，能够解决天线总成33偏移支撑板21中心时导致支撑板21失去平衡的问题，配重块55的质量根据天线总成33的质量和尺寸来决定，在制作时，经过多次试验和调整，使天线总成33摆动到任意位置时均能够使支撑板21上方所有重物的合重心与支撑板21的轴线重合，使支撑板21在理论上保持绝对的水平。

光滑曲面一23上设有一限制支撑板21相对防干扰筒1旋转的凸筋6，支撑板21可以沿光滑曲面二24摆动，但是不能转动，以免对转盘32的转动造成干涉，本跟踪装置还包括一船载电脑36，电子罗盘34、GPS接收器35、伺服电机一31和伺服电机二44均与船载电脑36相连。

如图1和图2所示，防干扰筒1的上端罩设有一个半球形保护罩7，防干扰筒1和保护罩7对整个跟踪装置进行密封，消除气候、人为环境和飞禽对跟踪装置的影响，保证跟踪装置的精度和可靠度，防干扰筒1和保护罩7均为非金属材料制成。防干扰筒1和保护罩7可以为有机玻璃、合成纤维等材料制成，防止防干扰筒1和保护罩7对天线总成33、电子罗盘34和GPS接收器35的干扰。

如图1所示，在实施过程中，重力块26呈锥体状，且重力块26的小端朝上并与吊杆25相连，在有限的空间内，尽可能的降低重力块26的重心，使支撑板21能够更好的保持水平，在吊杆的上端固设一夹板8，在夹板8与支撑板21通过一个平面轴承9固连。

本跟踪装置的跟踪方法是：

保持载体水平：将防干扰筒1固设在船舶的顶部，且与船身保持垂直状态，设置在防干扰筒1内的支撑板21的中心位置处固设有一吊杆25，该吊杆25下端固设一重力块26，与支撑板21相连的滑板22滑动连接在防干扰筒1的开口处，需要说明的是：滑板22的外表面是一个为球面的光滑曲面一23，该球面由一完整的球面去除上下球冠后形成，该球面为中心对称结构，而且该球面以中部的水平横截面为对称面上下对称，防干扰筒1的开口的内壁上设有与该光滑曲面一23配合的光滑曲面二24，光滑曲面一23和光滑曲面二24相接触且相互限位，使支撑板21能够在防干扰筒1自由摆动，在船只收到风浪等影响而出现晃动时，重力块26受重力作用始终指向地球中心，即保持水平，相比传统的传感器控制、机械补偿的方式而言，该结构存在即时误差，但是可以根据延长吊杆25、加重重力块26的方式减小该即时误差，关键是，该结构不存在累积误差的问题，无需人力频繁维护和校准，相比其他现有技术中，通过重物实现水平的方式而言，本结构对应的支撑板21与铰接点处于同一平面内，即船身晃动时，该支撑板21在理论上可以达到绝对的水平，在支撑板21上安装其他部件之后，也能很好的减小了即时误差，提高定位准确度；

转角补偿：电子罗盘34检测船只方位，根据搜索到的卫星的位置，得出卫星偏离的转角，通过伺服电机一31来补偿该转角；

仰角补偿：GPS接收器35定位船只的位置，可以计算出船只和卫星之间的连线、卫星垂直地表之间的垂线、地表垂直点与船只之间的连线，三者构成直角三角形，可以根据船只远离船只的距离计算出天线对准需要调整的仰脚，摆动机构4适时完成对卫星的补偿。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述跟踪装置包括一个固设在船体顶部的防干扰筒(1)，所述防干扰筒(1)的上端的开口处设有一支撑板(21)，所述支撑板(21)的外缘固设有一滑板(22)，所述滑板(22)的外表面具有光滑曲面一(23)，所述防干扰筒(1)的上端的内表面为光滑曲面二(24)，所述光滑曲面一(23)和光滑曲面二(24)均为部分球面，所述滑板(22)卡接在所述防干扰筒(1)的上端开口处，所述光滑曲面一(23)与光滑曲面二(24)相抵靠且两者能相对滑动；所述支撑板(21)的下端固设有一吊杆(25)，所述吊杆(25)位于支撑板(21)的中心线上且与支撑板(21)垂直，所述吊杆(25)的下端固设有一重力块(26)，所述支撑板(21)的上端设有一伺服电机一(31)，所述伺服电机一(31)的壳体与所述支撑板(21)固连，所述伺服电机一(31)的输出轴上固设有一转盘(32)，所述转盘(32)上设有天线总成(33)，所述天线总成(33)与转盘(32)之间设有能够驱动天线总成(33)在垂直于转盘(32)的平面内摆动的摆动机构(4)，所述跟踪装置还包括一个与伺服电机一(31)相连的电子罗盘(34)和一个与所述摆动装置相连的GPS接收器(35)；所述摆动机构(4)包括与所述天线总成(33)固连的两根摆杆(41)，两根摆杆(41)之间固设有一分度盘(42)，所述分度盘(42)的两侧面具有锥形齿圈(43)，所述摆杆(41)铰接在所述转盘(32)上，所述转盘(32)上还固设有一伺服电机二(44)，所述伺服电机二(44)的输出轴上固设有两个相互平行的锥齿轮(45)，两个所述锥齿轮(45)的锥面相对，且分别与分度盘(42)的两个锥形齿圈(43)相啮合。

2.根据权利要求1所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述转盘(32)上设有两块沿转盘(32)径线对称的挡板(51)，两块所述挡板(51)之间设有两块横板(52)，所述分度盘(42)通过一销轴(53)与所述摆杆(41)固连，所述销轴(53)插设在两块横板(52)上且所述分度盘(42)夹于两块横板(52)之间。

3.根据权利要求2所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述转盘(32)上铰接有两根沿转盘(32)径线对称的摆臂(54)，所述摆臂(54)的下端与转盘(32)铰接，所述摆臂(54)的上端固设有一配重块(55)，所述摆臂(54)的中部与所述摆杆(41)的下端铰接；所述支撑板(21)上方所有重物的合重心与所述支撑板(21)的轴线重合。

4.根据权利要求3所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述光滑曲面一(23)上设有一限制支撑板(21)相对防干扰筒(1)旋转的凸筋(6)。

5.根据权利要求4所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，本跟踪装置还包括一船载电脑(36)，所述电子罗盘(34)、GPS接收器(35)、伺服电机一(31)和伺服电机二(44)均与所述船载电脑(36)相连。

6.根据权利要求5所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述防干扰筒(1)的上端罩设有一个半球形保护罩(7)。

7.根据权利要求6所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述述防干扰筒(1)和保护罩(7)均为非金属材料制成。

8.根据权利要求7所述的船载天线的随动跟踪装置，其特征在于，所述重力块(26)呈锥体状，且所述重力块(26)的小端朝上并与吊杆(25)相连。