CN106374222A - 一种动中通天线有限旋转装置及其控制方法 - Google Patents

一种动中通天线有限旋转装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种动中通天线有限旋转装置及其控制方法，装置包括座体、固定轴、卫星轴和绝对式编码器；固定轴和卫星轴相互平行并通过齿轮传动；射频电缆从固定轴中穿过；绝对式编码器配合卫星轴安装；卫星轴侧壁上安装有触手，与触手相对180°的侧面上开有第二基准孔；座体内腔安装有左限位开关和右限位开关；触手随卫星轴转动过程中能够出发左限位开关以及右限位开关。该装置解决了现有动中通天线固定部分与旋转部分信号传输方式存在的天线射频信号插损、复杂微波电路设计及高频旋转关节成本过高的问题。控制方法避免了天线向某一方向运动遇到限位位置时，天线不能向此方向继续运动，导致丢失目标，严重时甚至导致天线驱动系统断电无法正常工作的情况。

Description

一种动中通天线有限旋转装置及其控制方法
技术领域
本发明属于卫星通信领域，涉及一种动中通天线有限旋转装置及其控制方法，应用于动中通天线以取代高频旋转关节和低频滑环。
背景技术
动中通天线由室内单元和室外单元组成，室外单元包含天线本体及其他部件；室内单元包含天线控制单元、卫星调制解调器、路由器及供电系统等。动中通天线安装于移动载体，如车辆、船只及飞机等，载体移动过程中通过动中通天线系统可以提供不间断互联网服务。为适应载体航向变化，动中通天线方位轴需具有360°以上的运动范围，以保证天线在方位起始指向任意的情况下均可捕获卫星。
动中通天线方位旋转联通部件通常采用高频旋转关节或低频滑环配合高频旋转关节，用于传输下变频后卫星下行信号、上变频前上行发射信号、天线本体各部件供电信号及天线室内外单元之间交互性数据等，优点是方位可以无限制旋转，但是存在以下问题：(1)高频旋转关节长时间使用插损量增加；(2)射频信号与低频信号耦合/解耦设计需要微波专业人员，且微波电路性能测试及验证需消耗较多人力资源和时间资源；(3)高频旋转关节采购成本较高，不适用于民用产品。
发明内容
为解决现有动中通天线固定部分与旋转部分信号传输常用方式存在的动中通天线射频信号插损、复杂微波电路设计及高频旋转关节成本过高的问题，本发明提出了一种动中通天线有限旋转装置。由于天线有限旋转装置不能连续转动，当天线向某一方向运动遇到限位位置时，天线就不能继续向此方向继续运动，导致丢失目标，严重时甚至导致天线驱动系统断电无法正常工作的情况，为了避免此种情况，本发明还提出一种动中通天线有限旋转装置的控制方法。
本发明的技术方案为：
所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：包括座体、固定轴、卫星轴和绝对式编码器；
固定轴和卫星轴相互平行安装在座体内；固定轴通过齿轮传动带动卫星轴转动，且传动比大于1；
所述固定轴为空心轴，连接动中通天线室外单元和室内单元的射频电缆从固定轴中穿过；
所述绝对式编码器的转子安装在座体上，转子轴线与卫星轴轴线重合；绝对式编码器磁钢安装在卫星轴顶端，且与卫星轴顶端端面平齐并同心，与绝对式编码器转子感应芯片距离符合绝对式编码器安装要求；
所述卫星轴侧壁上安装有触手，与触手相对180°的侧面上开有第二基准孔；
所述座体内腔安装有左限位开关和右限位开关；所述触手随卫星轴转动过程中能够出发左限位开关以及右限位开关。
进一步的优选方案，所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：座体壁面上开有第一基准孔；所述第一基准孔轴线与所述第二基准孔轴线共面，且在卫星轴转动过程中，第一基准孔轴线能够与第二基准孔轴线共线。
进一步的优选方案，所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：左限位开关以及右限位开关分别安装在所述第一基准孔的两侧。
进一步的优选方案，所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：所述射频电缆由压线机构固定在固定轴朝向动中通天线室内单元的一端。
进一步的优选方案，所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：所述传动比为2。
所述一种动中通天线有限旋转装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：当天线工作在卫星捕获状态时，天线控制单元根据天线实时方位角，理论方位角，以及限位开关位置判断天线运行方向，使天线完成卫星捕获进入卫星跟踪流程后，触手处于相对靠近绝对式编码器零位的位置；
步骤2：在天线工作在卫星跟踪状态时，天线控制单元周期性检测左限位开关和右限位开关的限位信号，若限位信号有效则直接切断方位电机及方位制动器供电；
步骤3：天线控制单元以绝对式编码器读数355°为右换向信号，5°为左换向信号；在卫星跟踪阶段，天线控制单元标识当前系统工作的上下文，并周期性读取绝对式编码器读数，当满足产生换向信号条件时，记录当前绝对方位角Az，天线控制单元周期性检测是否满足执行有限旋转的条件，若是，则保存当前系统上下文，并执行天线方位反向旋转360°；所述执行有限旋转的条件是所有中断服务程序均已被完整的执行；
步骤4：天线方位反向旋转360°走位完成后，恢复系统上下文，控制天线走位到记录的绝对方位角Az位置，走位完成后，判断是否对准卫星并返回步骤1。
有益效果
本发明提出的动中通天线有限旋转装置，可用于替换动中通天线现有方式中高频旋转关节和低频滑环的使用，降低高频旋转关节长时间使用引起的损耗大的问题；避免微波电路设计问题，减少微波的电路设计及测试成本；有限范围旋转可减少射频电缆扭转程度，射频电缆采用无卷绕方式连接，避免了射频信号传输衰减；所述装置引入绝对式编码器提供有限范围旋转的换向信号，提高了本装置使用的可靠性；引入限位保护信号提高所述装置使用的安全性；由图1和图2可知，本装置构造简单、制造成本低廉，可用于民用产品。再则，由于本装置的构造不涉及微波电路设计相关问题，所以节省了微波电路设计及测试成本。
而对应的控制方法运算量小，实现简单，在实际装船运行时，载体船在运行过程中，不会导致天线方位频繁触发有限旋转装置的换向信号保证天线可靠工作。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为一种动中通天线有限旋转装置及应用的结构示意图；
图2为一种动中通天线有限旋转装置及应用的结构爆炸图；
图3为一种动中通天线有限旋转装置及应用的实施例连接关系示意图；
图4为一种动中通天线有限旋转装置及应用的零位标定示意图；
图5为本装置应用于动中通天线的装配示意图；
图6为本装置应用于动中通天线的控制流程图。
其中：1、固定轴；2、固定齿轮；3、卫星轴；4、触手；5、卫星齿轮；6、右限位开关；7、左限位开关；8、座体；9、绝对式编码器；10、压线扣；11、出线轴承；12、进线顶丝；13、压线滑块；14、连接孔；15、射频电缆；16、磁钢；17、限位开关引线；18、绝对式编码器引线；19、射频线进线端；20、射频线出线端。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明的目的是要解决现有动中通天线固定部分与旋转部分信号传输常用方式存在的动中通天线射频信号插损、复杂微波电路设计及高频旋转关节成本过高的问题，为此提出了一种动中通天线有限旋转装置。
同时为了避免由于天线有限旋转装置不能连续转动，当天线向某一方向运动遇到限位位置时，天线就不能继续向此方向继续运动，导致丢失目标，严重时甚至导致天线驱动系统断电无法正常工作的情况，本发明还提出一种动中通天线有限旋转装置的控制方法。
如图1和图2所示，本实施例中的动中通天线有限旋转装置包括座体8、固定轴1、卫星轴3和绝对式编码器9。
固定轴1和卫星轴3相互平行安装在座体8内，固定轴1和卫星轴3上分别安装有固定齿轮2和卫星齿轮5，并使其正常啮合，固定轴能够通过齿轮传动带动卫星轴转动，且传动比大于1，这样能够实现天线大于360°的有限转动，而本实施例中传动比为2，可以实现天线≤700°范围的有限转动。
所述固定轴1为空心轴，连接动中通天线室外单元和室内单元的射频电缆15从固定轴1中穿过。如图1所示，射频电缆15从固定轴1下端(朝向动中通天线室内单元的一端)穿进通过出线轴承11穿出，并由压线滑块13和进线顶丝12在固定轴1的下端固定，再经压线扣10在座体8上压紧。
所述卫星轴3侧壁上安装有触手4，且卫星轴3在与触手相对180°的侧面上开有第二基准孔。所述座体8内腔安装有左限位开关6和右限位开关7，触手4与右限位开关7和左限位开关6处于同一平面，当卫星轴3顺时针持续转动时，能够触动左限位开关6，逆时针持续转动时，能够触动右限位开关7。
所述绝对式编码器9的转子安装在座体8上，转子轴线与卫星轴3轴线重合；绝对式编码器磁钢安装在卫星轴3顶端，且与卫星轴顶端端面平齐并同心，与绝对式编码器转子感应芯片距离0.8毫米，符合绝对式编码器安装要求。
座体壁面上开有第一基准孔；所述第一基准孔轴线与所述第二基准孔轴线共面，且在卫星轴转动过程中，第一基准孔轴线能够与第二基准孔轴线共线。如图4所示，当触手4转动到如图4所示状态，此时第一基准孔和第二基准孔及触手4中心在一条直线上，将此状态下的绝对式编码器读数标定为180°，同时圆周内所有位置的角度数据以此点推算输出。
在绝对式编码器装配时，采用计算机标零方式，当第一基准孔和第二基准孔对准时定义为绝对式编码器读数180°位置，其输出提供给控制单元；左限位开关6和右限位开关7安装在所述第一基准孔的两侧，处在绝对式编码器读数为357°和3°位置，向控制单元提供限位信号；控制单元根据绝对式编码器输出位置及限位信号进行相应的旋转换向控制及限位保护控制。
本装置应用于动中通天线时，绝对式编码器9的传感器电路部分、座体8及动中通天线的回转部分，三者之间为固连关系，固定轴1与动中通天线底座固连且与方位轴同轴心。安装方法如下：
1.旋转天线方位使得图5所示的立住限位基准面和底座限位基准面接触。定义此位置为天线方位的旋转零位；2.在此状态下，将处于绝对式编码器9输出角度为180°状态的本装置通过连接孔14和连接板与立柱底板固连，同时保证有限旋转装置基准面和立柱底板基准面平行。
当天线方位在以旋转零位为中心的±350°范围内旋转时，由本装置构造可知，卫星轴3随其转动范围为±175°，相应地绝对式编码器9的读数范围为5°～355°。
基于本装置及硬件配置，连接示意图如图3所示，对应的动中通天线控制方法实施步骤如下：
步骤1：当天线工作在卫星捕获状态时，天线控制单元根据天线实时方位角，理论方位角，以及限位开关位置判断天线运行方向，使天线完成卫星捕获进入卫星跟踪流程后，触手处于相对靠近绝对式编码器零位的位置。天线存在两个运行方向，通过判断选择一个运行方向，使天线方位角处于距左、右限位位置均有较大角度距离的位置(即触手处于相对靠近绝对式编码器零位的位置)。这样在完成卫星捕获进入卫星跟踪流程后，天线可以有一个较大的向左或向右运动范围，不至于受限位影响造成天线很快就丢失目标。
步骤2：在天线工作在卫星跟踪状态时，天线控制单元周期性检测左限位开关和右限位开关的限位信号，若限位信号有效则直接切断方位电机及方位制动器供电，以防止继续旋转造成线缆扯断。
步骤3：天线控制单元以绝对式编码器读数355°为右换向信号，5°为左换向信号；天线控制单元使用工作模式标志位和工作状态标志位标识当前系统工作的上下文，并周期性读取绝对式编码器读数，当满足产生换向信号条件时，记录当前绝对方位角Az，置位有限旋转触发标志位，天线控制单元周期性检测是否满足执行有限旋转的条件，若是，则保存当前系统上下文，并执行天线方位反向旋转360°(此时编码器实际度数为反转180°)；所述执行有限旋转的条件是所有中断服务程序均已被完整的执行，以保证系统上下文为最新状态。
在卫星跟踪阶段，若载体朝一个方向持续做圆周运动，就会触发有限旋转装置的换向信号，此时伺服控制器控制天线方位迅速反向旋转360°，之后重新捕获卫星继续卫星跟踪。若换向信号由于异常未触发，动中通天线方位会继续转动，触发限位信号，此时伺服控制器会切断方位电机和方位制动器供电，防止由于天线方位继续转动而引起的扯断传输线缆问题。
步骤4：天线方位反向旋转360°走位完成后，恢复系统上下文，控制天线走位到记录的绝对方位角Az位置，走位完成后，判断是否对准卫星并返回步骤1。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：包括座体、固定轴、卫星轴和绝对式编码器；
固定轴和卫星轴相互平行安装在座体内；固定轴通过齿轮传动带动卫星轴转动，且传动比大于1；
所述固定轴为空心轴，连接动中通天线室外单元和室内单元的射频电缆从固定轴中穿过；
所述绝对式编码器的转子安装在座体上，转子轴线与卫星轴轴线重合；绝对式编码器磁钢安装在卫星轴顶端，且与卫星轴顶端端面平齐并同心，与绝对式编码器转子感应芯片距离符合绝对式编码器安装要求；
所述卫星轴侧壁上安装有触手，与触手相对180°的侧面上开有第二基准孔；
所述座体内腔安装有左限位开关和右限位开关；所述触手随卫星轴转动过程中能够出发左限位开关以及右限位开关。
2.根据权利要求1所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：座体壁面上开有第一基准孔；所述第一基准孔轴线与所述第二基准孔轴线共面，且在卫星轴转动过程中，第一基准孔轴线能够与第二基准孔轴线共线。
3.根据权利要求2所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：左限位开关以及右限位开关分别安装在所述第一基准孔的两侧。
4.根据权利要求1所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：所述射频电缆由压线机构固定在固定轴朝向动中通天线室内单元的一端。
5.根据权利要求1所述一种动中通天线有限旋转装置，其特征在于：所述传动比为2。
6.一种动中通天线有限旋转装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：当天线工作在卫星捕获状态时，天线控制单元根据天线实时方位角，理论方位角，以及限位开关位置判断天线运行方向，使天线完成卫星捕获进入卫星跟踪流程后，触手处于相对靠近绝对式编码器零位的位置；
步骤2：在天线工作在卫星跟踪状态时，天线控制单元周期性检测左限位开关和右限位开关的限位信号，若限位信号有效则直接切断方位电机及方位制动器供电；
步骤3：天线控制单元以绝对式编码器读数355°为右换向信号，5°为左换向信号；在卫星跟踪阶段，天线控制单元标识当前系统工作的上下文，并周期性读取绝对式编码器读数，当满足产生换向信号条件时，记录当前绝对方位角Az，天线控制单元周期性检测是否满足执行有限旋转的条件，若是，则保存当前系统上下文，并执行天线方位反向旋转360°；所述执行有限旋转的条件是所有中断服务程序均已被完整的执行；
步骤4：天线方位反向旋转360°走位完成后，恢复系统上下文，控制天线走位到记录的绝对方位角Az位置，走位完成后，判断是否对准卫星并返回步骤1。
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