CN108923127A - 一种四轴的船载卫星天线及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四轴的船载卫星天线及其控制方法，属于卫星通讯技术领域。它解决了现有船载卫星天线响应慢、抗干扰能力差等技术问题。本船载卫星天线通过第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件驱动馈源在四轴上转动，其中第一驱动件和第四驱动件均可以驱动对应的第一齿轮和第二齿轮360度转动；本卫星天线的控制方法在采用PID闭环控制的同时，加入了GPS或BD信号形成双闭环控制。上述结构使本卫星天线可以无死角转动，配合第一扇形齿轮和第二扇形齿轮，使本卫星天线具有更广的感应角度；双闭环的控制方法极大的提高了抗干扰性和稳定性。

Description

一种四轴的船载卫星天线及其控制方法

技术领域

本发明属于卫星通讯技术领域，特指一种四轴的船载卫星天线及其控制方法。

背景技术

卫星通信技术是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。自20世纪90年代以来，卫星移动通信的迅猛发展推动了天线技术的进步。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球个人通信必不可少的一种重要手段。

目前，在卫星通讯的领域中，由于开环系统的控制装置与被控对象之间只有单向的控制过程，输出结果不返回，这就造成了系统不能矫正误差且很容易被干扰，所以反馈技术是非常重要的；步进电机作为一个执行部件本身不具备反馈功能，一旦电机没按照指令行程就无法被发现，从而，在使用过程中我们往往需要对其进行监测、修正，实现所谓的闭环。当前比较流行的做法是在电机上加编码器或在步进驱动器里面植入检测程序，而简单的单闭环控制虽然有一定的作用，但卫星天线的在室外环境下，单闭环的抗干扰能力还是有限。因此，如何提高卫星天线的抗干扰能力，使之能够更迅速、准确的找到卫星信号的最强点成为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗干扰能力更好、相应更加迅速的四轴的船载卫星天线及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：基座上固定的第一齿轮上可转动连接有连接座，所述连接座上设置的第一驱动件驱动连接座绕第一齿轮的中轴线转动，所述连接座的上端可转动连接有U字型的支撑臂，所述支撑臂上固连有第一扇形齿轮，所述连接座上设置的第二驱动件与第一扇形齿轮配合驱动支撑臂绕支撑臂的转动轴转动，所述支撑臂的两个摆臂之间设有连接板，所述连接板的左右两端分别与两个摆臂的前端可转动连接，所述连接板的左端或右端上固连有第二扇形齿轮，所述支撑臂上设置的第三驱动件与第二扇形齿轮配合驱动连接板绕连接板的转动轴转动，所述连接板前端面上固连的反射板的中部可转动连接有馈源，所述馈源的后端部穿过反射板和连接板并固连有第二齿轮，所述连接板上设置的第四驱动件能够驱动馈源绕第二齿轮的中轴线转动。

其工作原理如下：本四轴的船载卫星天线中通过第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件驱动馈源在四轴上转动，其中第一驱动件和第四驱动件均可以驱动对应的第一齿轮和第二齿轮360度转动，可以使本卫星天线可以无死角转动，配合第一扇形齿轮和第二扇形齿轮，使本卫星天线具有更广的感应角度，同时，上述第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件均为步进电机，对控制器的控制信号相应较快，能够更加精准迅速的找到信号最强点。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，所述第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件上均固定有主动轮，第一驱动件上的主动轮与第一齿轮之间、第二驱动件上的主动轮与第一扇形齿轮之间以及第三驱动件上的主动轮与第二扇形齿轮之间均设置有减速齿轮。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，减速齿轮包括与主动轮啮合的大齿轮以及与大齿轮同轴固连的小齿轮，所述大齿轮的直径大于小齿轮的直径，小齿轮分别与对应的第一齿轮、第一扇形齿轮和第二扇形齿轮啮合。减速齿轮的设计能够增加对本卫星天线控制的精准度。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，所述连接座包括底板和两块平行设置的竖板，两块竖板的下端分别与底板的左右边沿固连，所述底板前端部与第一齿轮可转动连接，所述底板后端部的上侧竖直固定有第一驱动件，与第一驱动件固连的主动轮位于底板的下侧面，设置在主动轮和第一齿轮之间的减速齿轮与底板的下侧面可转动固定。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，两块竖板的上端部固连有上仰的倾斜板，所述支撑臂的中部与倾斜板的上端部可转动连接，所述第二驱动件与倾斜板下端部的后侧面固连，主动轮位于倾斜板的前侧并与第二驱动件连接，设置在主动轮和第一扇形齿轮之间的减速齿轮与倾斜板的上侧面可转动固定。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，所述支撑臂的一个摆臂上固定有安装板，所述第三驱动件固定于安装板的外侧面上，主动轮位于安装板的内侧并与第三驱动件连接，设置在主动轮和第二扇形齿轮之间的减速齿轮与安装板的内侧面可转动固定。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，所述连接板的内侧面上固定有“Z”字型的固定件，所述固定件的一端与连接板固连，另一端与连接板之间悬空设置有主动轮，所述第四驱动件固定于固定件的另一端上，所述第四驱动件固连的主动轮设于固定件另一端与连接板之间，该主动轮与第二齿轮啮合。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，所述连接座的后侧固连的安装支架内设有控制器和GPS或北斗(BD)的信号接收器，所述控制器分别与第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件以及信号接收器电连接。

上述的一种四轴的船载卫星天线中，所述第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件均为步进电机。

上述的一种四轴的船载卫星天线的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

A、信号的接收：卫星天线以及GPS或BD信号接收器均实时将接收到的信号发送给控制器的A/D转换模块，然后A/D转换模块生成对应的数字信号。

B、信号的处理：控制器内的PID控制模块实时对A/D转换模块产生的卫星天线以及GPS或BD信号的数字信号进行读取，并对两个数字信号进行求偏差处理，处理后生成PWM信号发送给控制器内的驱动模块；

C、电机的控制：驱动模块实时根据PWM信号驱动第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件在指定方向运转指定步数，使馈源的位置发生改变直到找到对应卫星的信号最强点。

上述控制方法在对卫星天线接收到的信号进行PID闭环控制的同时，引入了GPS或BD信号形成双闭环控制系统，使控制器对步进电机的驱动更加稳定，对卫星天线的控制更加精准，出现干扰后，可以以最快速度进行调整，不影响整个卫星天线的工作，具有更强的抗干扰能力，适合海上、车载等容易有外部干扰的卫星跟踪控制；同时，改进后的控制器的延时效果更小，可以弥补添加GPS或BD这个反馈后所带来的误差。

其工作原理如下：先将卫星天线模拟信号转化成数字信号，然后控制器将数字信号进行数据拟合处理，并把GPS或BD的信号进行算法处理成位置信息，由PID做主体控制，拟合后的数据做第一环反馈标校，位置信息数据做第二环标校，穿插PID的主控网络反馈。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本发明中通过四轴控制，使卫星天线具有更广的感应面；通过PID以及GPS或BD形成的双闭环反馈控制方式使控制器对各个驱动件的控制具有更高的精度和更强的抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明的侧视图。

图2是本发明的立体图。

图3是本发明的结构示意图。

图4是本发明的第一齿轮的连接结构示意图。

图5是本发明的第一扇形齿轮的连接结构示意图。

图6是本发明的支撑臂和连接板的结构示意图。

图7是本发明的工作流程图。

图中，1、基座；11、第一齿轮；2、连接座；21、底板；22、竖板；23、倾斜板；24、安装支架；3、支撑臂；31、摆臂；32、第一扇形齿轮；33、安装板；4、连接板；41、第二齿轮；42、第二扇形齿轮；43、固定件；5、反射板；6、馈源；7、主动轮；8、减速齿轮；81、大齿轮；82、小齿轮。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1—7：

本四轴的船载卫星天线的基座1上固定的第一齿轮11上可转动连接有连接座2，连接座2上设置的第一驱动件驱动连接座2绕第一齿轮11的中轴线转动，连接座2的上端可转动连接有U字型的支撑臂3，支撑臂3上固连有第一扇形齿轮32，连接座2上设置的第二驱动件与第一扇形齿轮32配合驱动支撑臂3绕支撑臂3的转动轴转动，支撑臂3的两个摆臂31之间设有连接板4，连接板4的左右两端分别与两个摆臂31的前端可转动连接，连接板4的左端或右端上固连有第二扇形齿轮42，支撑臂3上设置的第三驱动件与第二扇形齿轮42配合驱动连接板4绕连接板4的转动轴转动，连接板4前端面上固连的反射板5的中部可转动连接有馈源6，馈源6的后端部穿过反射板5和连接板4并固连有第二齿轮41，连接板4上设置的第四驱动件能够驱动馈源6绕第二齿轮41的中轴线转动；第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件均为步进电机。

进一步的，第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件上均固定有主动轮7，第一驱动件上的主动轮7与第一齿轮11之间、第二驱动件上的主动轮7与第一扇形齿轮32之间以及第三驱动件上的主动轮7与第二扇形齿轮42之间均设置有减速齿轮8；减速齿轮8包括与主动轮7啮合的大齿轮81以及与大齿轮81同轴固连的小齿轮82，大齿轮81的直径大于小齿轮82的直径，小齿轮82分别与对应的第一齿轮11、第一扇形齿轮32和第二扇形齿轮42啮合。减速齿轮8的设计能够增加对本卫星天线控制的精准度。

进一步的，连接座2包括底板21和两块平行设置的竖板22，两块竖板22的下端分别与底板21的左右边沿固连，底板21前端部与第一齿轮11可转动连接，底板21后端部的上侧竖直固定有第一驱动件，与第一驱动件固连的主动轮7位于底板21的下侧面，设置在主动轮7和第一齿轮11之间的减速齿轮8与底板21的下侧面可转动固定；两块竖板22的上端部固连有上仰的倾斜板23，支撑臂3的中部与倾斜板23的上端部可转动连接，第二驱动件与倾斜板23下端部的后侧面固连，主动轮7位于倾斜板23的前侧并与第二驱动件连接，设置在主动轮7和第一扇形齿轮32之间的减速齿轮8与倾斜板23的上侧面可转动固定。

如图3和图6所示，支撑臂3的一个摆臂31上固定有安装板33，第三驱动件固定于安装板33的外侧面上，主动轮7位于安装板33的内侧并与第三驱动件连接，设置在主动轮7和第二扇形齿轮42之间的减速齿轮8与安装板33的内侧面可转动固定；连接板4的内侧面上固定有“Z”字型的固定件43，固定件43的一端与连接板4固连，另一端与连接板4之间悬空设置有主动轮7，第四驱动件固定于固定件43的另一端上，第四驱动件固连的主动轮7设于固定件43另一端与连接板4之间，该主动轮7与第二齿轮41啮合。

进一步的，连接座2的后侧固连的安装支架24内设有控制器和GPS或北斗(BD)的信号接收器，控制器分别与第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件以及信号接收器电连接；本四轴的船载卫星天线中通过第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件驱动馈源6在四轴上转动，其中第一驱动件和第四驱动件均可以驱动对应的第一齿轮11和第二齿轮41360度转动，可以使本卫星天线可以无死角转动，配合第一扇形齿轮32和第二扇形齿轮42，使本卫星天线具有更广的感应角度，同时，上述第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件均为步进电机，对控制器的控制信号相应较快，能够更加精准迅速的找到信号最强点。

上述的四轴的船载卫星天线的控制方法包括如下步骤：

A、信号的接收：卫星天线以及GPS或BD信号接收器均实时将接收到的信号发送给控制器的A/D转换模块，然后A/D转换模块生成对应的数字信号。

B、信号的处理：控制器内的PID控制模块实时对A/D转换模块产生的卫星天线以及GPS或BD信号的数字信号进行读取，并对两个数字信号进行求偏差处理，处理后生成PWM信号发送给控制器内的驱动模块；

C、电机的控制：驱动模块实时根据PWM信号驱动第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件在指定方向运转指定步数，使馈源6的位置发生改变直到找到对应卫星的信号最强点。

工作时，先将卫星天线模拟信号转化成数字信号，然后控制器将数字信号进行数据拟合处理，并把GPS或BD的信号进行算法处理成位置信息，由PID做主体控制，拟合后的数据做第一环反馈标校，位置信息数据做第二环标校，穿插PID的主控网络反馈。

上述控制方法在对卫星天线接收到的信号进行PID闭环控制的同时，引入了GPS或BD信号形成双闭环控制系统，使控制器对步进电机的驱动更加稳定，对卫星天线的控制更加精准，出现干扰后，可以以最快速度进行调整，不影响整个卫星天线的工作，具有更强的抗干扰能力，适合海上、车载等容易有外部干扰的卫星跟踪控制；同时，改进后的控制器的延时效果更小，可以弥补添加GPS或BD这个反馈后所带来的误差。

本发明中通过四轴控制，使卫星天线具有更广的感应面；通过PID以及GPS或BD形成的双闭环反馈控制方式使控制器对各个驱动件的控制具有更高的精度和更强的抗干扰能力。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：基座上固定的第一齿轮上可转动连接有连接座，所述连接座上设置的第一驱动件驱动连接座绕第一齿轮的中轴线转动，所述连接座的上端可转动连接有U字型的支撑臂，所述支撑臂的中部固连有第一扇形齿轮，所述连接座上设置的第二驱动件与第一扇形齿轮配合驱动支撑臂绕支撑臂的转动轴转动，所述支撑臂的两个摆臂之间设有连接板，所述连接板的左右两端分别与两个摆臂的前端可转动连接，所述连接板的左端或右端上固连有第二扇形齿轮，所述支撑臂上设置的第三驱动件与第二扇形齿轮配合驱动连接板绕连接板的转动轴转动，所述连接板前端面上固连的反射板的中部可转动连接有馈源，所述馈源的后端部穿过反射板和连接板并固连有第二齿轮，所述连接板上设置的第四驱动件能够驱动馈源绕第二齿轮的中轴线转动。

2.根据权利要求1所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：所述第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件上均固定有主动轮，第一驱动件上的主动轮与第一齿轮之间、第二驱动件上的主动轮与第一扇形齿轮之间以及第三驱动件上的主动轮与第二扇形齿轮之间均设置有减速齿轮。

3.根据权利要求2所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：减速齿轮包括与主动轮啮合的大齿轮以及与大齿轮同轴固连的小齿轮，所述大齿轮的直径大于小齿轮的直径，小齿轮分别与对应的第一齿轮、第一扇形齿轮和第二扇形齿轮啮合。

4.根据权利要求2所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：所述连接座包括底板和两块平行设置的竖板，两块竖板的下端分别与底板的左右边沿固连，所述底板前端部与第一齿轮可转动连接，所述底板后端部的上侧竖直固定有第一驱动件，与第一驱动件固连的主动轮位于底板的下侧面，设置在主动轮和第一齿轮之间的减速齿轮与底板的下侧面可转动固定。

5.根据权利要求4所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：两块竖板的上端部固连有上仰的倾斜板，所述支撑臂的中部与倾斜板的上端部可转动连接，所述第二驱动件与倾斜板下端部的后侧面固连，主动轮位于倾斜板的前侧并与第二驱动件连接，设置在主动轮和第一扇形齿轮之间的减速齿轮与倾斜板的上侧面可转动固定。

6.根据权利要求2所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：所述支撑臂的一个摆臂上固定有安装板，所述第三驱动件固定于安装板的外侧面上，主动轮位于安装板的内侧并与第三驱动件连接，设置在主动轮和第二扇形齿轮之间的减速齿轮与安装板的内侧面可转动固定。

7.根据权利要求1所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：所述连接板的内侧面上固定有“Z”字型的固定件，所述固定件的一端与连接板固连，另一端与连接板之间悬空设置有主动轮，所述第四驱动件固定于固定件的另一端上，所述第四驱动件固连的主动轮设于固定件另一端与连接板之间，该主动轮与第二齿轮啮合。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：所述连接座的后侧固连的安装支架内设有控制器和GPS或北斗(BD)的信号接收器，所述控制器分别与第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件以及信号接收器电连接。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种四轴的船载卫星天线，其特征在于：所述第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件均为步进电机。

10.上述的一种四轴的船载卫星天线的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

A、信号的接收：卫星天线以及GPS或BD信号接收器均实时将接收到的信号发送给控制器的A/D转换模块，然后A/D转换模块生成对应的数字信号。

B、信号的处理：控制器内的PID控制模块实时对A/D转换模块产生的卫星天线以及GPS或BD信号的数字信号进行读取，并对两个数字信号进行求偏差处理，处理后生成PWM信号发送给控制器内的驱动模块；

C、电机的控制：驱动模块实时根据PWM信号驱动第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件和第四驱动件在指定方向运转指定步数，使馈源的位置发生改变直到找到对应卫星的信号最强点。