CN110134150A - 一种四轴船载卫星天线的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通讯技术领域，具体涉及一种四轴船载卫星天线的控制装置及方法，包括平面调节系统、竖直调节系统、万向微调系统、检测系统和远程管理系统；卫星天线被严重干扰时，远程管理系统通过卫星天线反馈的模拟信号，反向控制第一电机的正反转进而调节卫星天线的水平位置，利用智能凸轮对卫星天线进行微调，并通过陀螺仪深度检测卫星天线的方位，提高卫星天线的抗干扰性和稳定性；设置从动齿轮带动发电机运动，可以将调节过程中消耗的机械能转换为电能一定程度节约了资源。具有很强的创造性。

Description

一种四轴船载卫星天线的控制装置及方法

技术领域

本发明涉及卫星通讯技术领域，具体涉及一种四轴船载卫星天线的控制装置及方法。

背景技术

卫星天线就是常说的大锅，是一个金属抛物面，负责将卫星信号反射到位于焦点处的馈源和高频头内。卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除杂讯。大多数天线通常是抛物面状的，也有一些多焦点天线是由球面和抛物面组合而成。卫星信号通过抛物面天线的反射后集中到它的焦点处。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。在专利号为CN108923127A的专利文件中，公开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。

上述专利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。但是对于如何提供一种利用卫星模拟信号反向控制电机，克服卫星干扰，通过陀螺仪进行精确调整，并利用齿轮结构进行精细微调提高卫星天线的抗干扰性和稳定性的四轴船载卫星天线的控制装置及方法缺少技术性解决方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种四轴船载卫星天线的控制装置及方法，用于解决如何提供一种利用卫星模拟信号反向控制电机，克服卫星干扰，通过陀螺仪进行精确调整，并利用齿轮结构进行精细微调提高卫星天线的抗干扰性和稳定性的四轴船载卫星天线的控制装置及方法的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种四轴船载卫星天线的控制装置，包括卫星天线；其特征在于，包括平面调节系统、竖直调节系统、万向微调系统、检测系统和远程管理系统；所述卫星天线通过所述万向微调系统设置在所述竖直调节系统上，所述竖直调节系统与所述平面调节系统相连，所述平面调节系统通过支架部分设置在所述轮船上，所述检测系统设置在所述卫星天线底部并与所述远程管理系统电性相连，所述远程管理系统通过GPRS与远程PC相连。

优选的，所述平面调节系统包括第一变频器、第一电机、主动齿轮、旋转轴和平台，所述电机输出轴通过所述旋转轴与所述平台转动相连，所述主动齿轮与所述旋转轴固定相连，所述电机通过所述变频器与中央控制系统相连，所述中央控制系统连接所述远程管理系统。

优选的，所述电机电源处设有线性稳压电路，所述线性稳压电路利用运放AMP产生的负反馈电路，将带隙基准电压Vref作为运放正相输入端电压，将VF作为负相输入端电压，利用运放的钳位作用使得VF＝Vref，通过调节R1、R2的比值，在Vout端产生稳定输出电压。

优选的，所述主动齿轮与被动齿轮相啮合，所述被动齿轮与发电机的动力输出轴相连，所述发电机连接供电电源。

优选的，所述竖直调节系统包括齿轮、齿条、第二电机、第二变频器和三角连接架，所述齿轮通过所述第二电机设置在所述三角连接架的端头位置，所述齿条纵向设置在安装板上，所述安装板设置在平台上表面，所述齿轮与所述齿条啮合，所述第二电机通过所述第二变频器与中央控制系统相连。

优选的，所述万向微调系统包括智能凸轮、连接架、陀螺仪和压力感知弹簧，所述智能凸轮与所述卫星天线固定相连，所述智能凸轮设置在凸轮板上，所述凸轮板通过所述连接架与旋转电机相连，所述旋转电机与三角连接架相连，所述陀螺仪与所述远程管理系统相连，所述智能凸轮和旋转电机均通过PLC与所述远程管理系统相连。

优选的，所述检测系统包括红外检测仪、风速检测仪、湿度检测仪和温度检测仪，所述红外检测仪、风速检测仪、湿度检测仪和温度检测仪均与所述远程管理系统相连。

优选的，所述陀螺仪设置滤波放大电路，所述滤波放大电路ENC-03MB右侧电容C2和电阻R2构成模拟滤波电路的高通滤波部分。

优选的，所述卫星天线设置通讯系统，包括双功器、低噪声放大器、功分器、信标接收器、发射器、功率放大器和调制解调器，对卫星微波信号的接收、发射和处理；所述远程管理系统设置显示及控制终端，实时显示系统当前的姿态信息、卫星信号值，通过设置相关参数，向伺服控制系统模块发送相应的控制指令。

一种四轴船载卫星天线的控制方法，所述控制方法使用上述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述控方法为：

当接收到卫星信号时，先将天线接收到的转发信号经低噪声放大器、变频器、调制解调器和复接器的处理，转化为语音、图像等多媒体信息；

当发送卫星信号时，语音、图像等多媒体信息经复接器、调制解调器、变频器后转变为射频信号；

最后通过功率放大器放大后由天线发射出去。

本发明的有益效果为：

1、卫星天线被严重干扰时，远程管理系统通过卫星天线反馈的模拟信号，反向控制第一电机的正反转进而调节卫星天线的水平位置，利用智能凸轮对卫星天线进行微调，并通过陀螺仪深度检测卫星天线的方位，提高卫星天线的抗干扰性和稳定性。

2、检测系统可检测船体周围的风速、温度、湿度以及是否有人违规靠近等信息，检测的结果通过远程管理系统的显示及控制终端进行实时显示，增加信息采样的多样性，可用于判断恶劣天气。

3、电机电路中设置线性稳压电路，增加电机的使用寿命。

4、设置从动齿轮带动发电机运动，可以将调节过程中消耗的机械能转换为电能一定程度节约了资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明微调系统的结构示意图；

图3是本发明整体结构的底部视角图；

图4是本发明的线性稳压电路原理图；

图5是本发明陀螺仪滤波放大电路示意图；

图中的标号分别代表：

1、卫星天线；2、远程管理系统；3、平台；4、齿轮；5、齿条；6、旋转电机；7、三角支架；8、压力感知弹簧；9、智能凸轮；10、卫星天线安装座；11、主动齿轮；12、支架部分；13、发电机；14、从动齿轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-3所示的一种四轴船载卫星天线的控制装置，包括卫星天线；包括平面调节系统、竖直调节系统、万向微调系统、检测系统和远程管理系统；所述卫星天线通过所述万向微调系统设置在所述竖直调节系统上，所述竖直调节系统与所述平面调节系统相连，所述平面调节系统通过支架部分设置在所述轮船上，所述检测系统设置在所述卫星天线底部并与所述远程管理系统电性相连，所述远程管理系统通过GPRS与远程PC相连。

如图5所示的陀螺仪设置滤波放大电路，所述滤波放大电路ENC-03MB右侧电容C2和电阻R2构成模拟滤波电路的高通滤波部分。在陀螺仪滤波放大电路的放大器选型中，采用的是LM358集成运算放大器。

使用LM358的过程中，需要注意LM358输出电压与供电电压的关系，假如采用单电源供电，且供电电压为5V，那么经由LM358集成运算放大器放大输出电压的最大值约是3.5V左右，也就是在3.5V左右饱和了，此时输入信号即使继续增加，输出也不会增加了。

平面调节系统包括第一变频器、第一电机、主动齿轮、旋转轴和平台，所述电机输出轴通过所述旋转轴与所述平台转动相连，所述主动齿轮与所述旋转轴固定相连，所述电机通过所述变频器与中央控制系统相连，所述中央控制系统连接所述远程管理系统。主动齿轮与被动齿轮相啮合，所述被动齿轮与发电机的动力输出轴相连，所述发电机连接供电电源。

如图4所示，电机电源处设有线性稳压电路，所述线性稳压电路利用运放AMP产生的负反馈电路，将带隙基准电压Vref作为运放正相输入端电压，将VF作为负相输入端电压，利用运放的钳位作用使得VF＝Vref，通过调节R1、R2的比值，在Vout端产生稳定输出电压。电路中HVMP1,HVMP2为高压管。HVMP1和HVMN2构成第2级运放，HVMP1和R1,R2，C。构成输出支路。由于流过HVMP1的电流较大，为了减小流过HVMP1的电流，HVMP2的宽长比取值要大。为了减小输入电压的变化对输出电压的影响，线性稳压电路需要具有较高的电源抑制比PSRR。

竖直调节系统包括齿轮、齿条、第二电机、第二变频器和三角连接架，所述齿轮通过所述第二电机设置在所述三角连接架的端头位置，所述齿条纵向设置在安装板上，所述安装板设置在平台上表面，所述齿轮与所述齿条啮合，所述第二电机通过所述第二变频器与中央控制系统相连。

万向微调系统包括智能凸轮、连接架、陀螺仪和压力感知弹簧，所述智能凸轮与所述卫星天线固定相连，所述智能凸轮设置在凸轮板上，所述凸轮板通过所述连接架与旋转电机相连，所述旋转电机与三角连接架相连，所述陀螺仪与所述远程管理系统相连，所述智能凸轮和旋转电机均通过PLC与所述远程管理系统相连。

检测系统包括红外检测仪、风速检测仪、湿度检测仪和温度检测仪，所述红外检测仪、风速检测仪、湿度检测仪和温度检测仪均与所述远程管理系统相连。

卫星天线设置通讯系统，包括双功器、低噪声放大器、功分器、信标接收器、发射器、功率放大器和调制解调器，对卫星微波信号的接收、发射和处理；所述远程管理系统设置显示及控制终端，实时显示系统当前的姿态信息、卫星信号值，通过设置相关参数，向伺服控制系统模块发送相应的控制指令。

本实施例中，卫星天线被严重干扰时，远程管理系统通过卫星天线反馈的模拟信号，反向控制第一电机的正反转进而调节卫星天线的水平位置，利用智能凸轮对卫星天线进行微调，并通过陀螺仪深度检测卫星天线的方位，提高卫星天线的抗干扰性和稳定性。

检测系统可检测船体周围的风速、温度、湿度以及是否有人违规靠近等信息，检测的结果通过远程管理系统的显示及控制终端进行实时显示，增加信息采样的多样性，可用于判断恶劣天气。

电机电路中设置线性稳压电路，增加电机的使用寿命。设置从动齿轮带动发电机运动，可以将调节过程中消耗的机械能转换为电能一定程度节约了资源。

实施例2

本实施例公开一种四轴船载卫星天线的控制方法，当接收到卫星信号时，先将天线接收到的转发信号经低噪声放大器、变频器、调制解调器和复接器的处理，转化为语音、图像等多媒体信息；

当发送卫星信号时，语音、图像等多媒体信息经复接器、调制解调器、变频器后转变为射频信号；最后通过功率放大器放大后由天线发射出去。

实时调整卫星天线的姿态，实现“动中通”系统的初始寻星、稳定自动跟踪、丢星重捕获和人工手动调整等功能。在载体运动时，卫星天线姿态会受到影响，伺服控制系统根据采集的卫星信号(信标AGC信号、载波信号)、姿态信号(各方向角度、角速度)，驱动方位/俯仰/极化电机来抵消运动带来的干扰，从而保证天线始终对准卫星。

本实施例中转换杆移动到中间原始位置时，此时停止雨刮工作。

本发明通过方形凸轴控制转换杆，使其只能上下移动，而不能左右移动，利用钢珠以及记忆弹簧片其操作流畅，档位清晰，有效解决了接触桥倾斜、嵌件的接触不良和拉弧等现象。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种四轴船载卫星天线的控制装置，包括卫星天线；其特征在于，包括平面调节系统、竖直调节系统、万向微调系统、检测系统和远程管理系统；所述卫星天线通过所述万向微调系统设置在所述竖直调节系统上，所述竖直调节系统与所述平面调节系统相连，所述平面调节系统通过支架部分设置在所述轮船上，所述检测系统设置在所述卫星天线底部并与所述远程管理系统电性相连，所述远程管理系统通过GPRS与远程PC相连。

2.根据权利要求1所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述平面调节系统包括第一变频器、第一电机、主动齿轮、旋转轴和平台，所述电机输出轴通过所述旋转轴与所述平台转动相连，所述主动齿轮与所述旋转轴固定相连，所述电机通过所述变频器与中央控制系统相连，所述中央控制系统连接所述远程管理系统。

3.根据权利要求2所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述电机电源处设有线性稳压电路，所述线性稳压电路利用运放AMP产生的负反馈电路，将带隙基准电压Vref作为运放正相输入端电压，将VF作为负相输入端电压，利用运放的钳位作用使得VF＝Vref，通过调节R1、R2的比值，在Vout端产生稳定输出电压。

4.根据权利要求2所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述主动齿轮与被动齿轮相啮合，所述被动齿轮与发电机的动力输出轴相连，所述发电机连接供电电源。

5.根据权利要求1所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述竖直调节系统包括齿轮、齿条、第二电机、第二变频器和三角连接架，所述齿轮通过所述第二电机设置在所述三角连接架的端头位置，所述齿条纵向设置在安装板上，所述安装板设置在平台上表面，所述齿轮与所述齿条啮合，所述第二电机通过所述第二变频器与中央控制系统相连。

6.根据权利要求1所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述万向微调系统包括智能凸轮、连接架、陀螺仪和压力感知弹簧，所述智能凸轮与所述卫星天线固定相连，所述智能凸轮设置在凸轮板上，所述凸轮板通过所述连接架与旋转电机相连，所述旋转电机与三角连接架相连，所述陀螺仪与所述远程管理系统相连，所述智能凸轮和旋转电机均通过PLC与所述远程管理系统相连。

7.根据权利要求1所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述检测系统包括红外检测仪、风速检测仪、湿度检测仪和温度检测仪，所述红外检测仪、风速检测仪、湿度检测仪和温度检测仪均与所述远程管理系统相连。

8.根据权利要求6所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述陀螺仪设置滤波放大电路，所述滤波放大电路ENC-03MB右侧电容C2和电阻R2构成了模拟滤波电路的高通滤波部分。

9.根据权利要求1所述的四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述卫星天线设置通讯系统，包括双功器、低噪声放大器、功分器、信标接收器、发射器、功率放大器和调制解调器，对卫星微波信号的接收、发射和处理；所述远程管理系统设置显示及控制终端，实时显示系统当前的姿态信息、卫星信号值，通过设置相关参数，向伺服控制系统模块发送相应的控制指令。

10.一种四轴船载卫星天线的控制方法，所述控制方法使用如权利要求1-9所述的任意一项四轴船载卫星天线的控制装置，其特征在于，所述控方法为：

当接收到卫星信号时，先将天线接收到的转发信号经低噪声放大器、变频器、调制解调器和复接器的处理，转化为语音、图像等多媒体信息；

当发送卫星信号时，语音、图像等多媒体信息经复接器、调制解调器、变频器后转变为射频信号；

最后通过功率放大器放大后由天线发射出去。