CN111262639B - 一种卫星便携通信装置及其自适应水平调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星与移动通信专业设备技术领域，且公开了一种卫星便携通信装置及其自适应水平调整方法，所述卫星便携通信装置包括天线主体，与所述天线主体连接的校正件；所述校正件包括摆锤以及至少一对收发感应装置，且摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；所述天线主体参照所述校正件给出的垂直地面位置，调整自身方向，使之与所述校正件所示垂直地面方向平行。本发明通过在卫星便携通信系统中设置主要由摆锤与收发感应装置组成的校正件，可依据重力原理，确定垂直地面的位置，天线主体可根据该垂直地面的位置进行自动找平，排除了因电子水平仪精度问题带来的对星参数误差，大大提高对星参数的精确性。

Description

一种卫星便携通信装置及其自适应水平调整方法

技术领域

本发明涉及卫星与移动通信专业设备技术领域，具体为一种卫星便携通信装置及其自适应水平调整方法。

背景技术

卫星通信具有覆盖范围广、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。在发生重大自然灾害等事件时，地面公网通信往往发生中断，在应急现场采用卫星通信方式与指挥中心建立通信链接，成为可选的技术手段。其中，便携卫星通信系统适用于单兵携带，可在车辆等大型装备无法到达的区域进行网络的快速部署和业务开通，在应急抢险过程中发挥建设性作用。

卫星便携通信系统时，需要根据卫星轨位信息以及便携卫星通信系统所在地的地理位置信息，计算出对准卫星所需的俯仰角和方位角，并采用手动或通过伺服电机自动完成对星操作。

上述卫星便携通信系统对星的前提是必须保证对星时，卫星便携通信系统是水平放置的。

目前解决上述问题的现有技术手段主要有：

1.人工调整水平方式：通过在卫星便携通信系统支撑脚处放置水平仪，测量是否为水平；若不水平，则通过机械调整方式，直到水平位置为止；

2.自动修正水平算法：通过内置电子水平仪测量出水平方向角，在对星参数上进行修正，弥补由地面不水平而产生的对星角度误差。

但实际上，卫星便携通信系统的大多是在应急抢险或灾难救援场景中的，很难做到将卫星便携通信系统部署在一个绝对水平的平面上。

上述两种通过水平仪来调整卫星便携通信系统的方法，都存在一定缺陷：

1.人工调整方式：

a)外置水平仪多采用人眼观察水珠位置的方法来判断是否为水平方向，每个人的观察可能都不太一样，存在一定的偏差；

b)由于便携卫星通信系统通常不少于三个支撑脚，至少需要调整三次，方可确认是否调整到了水平位置，这种采用人工调整水平的方法，操作步骤比较繁琐，水平调整耗时比较长，整体调整误差也比较大；

c)需要随身附带外置水平仪，装置携带也不太方便。

2.自动修正水平算法：通过内置电子水平仪来判断卫星便携通信系统是否处于水平状态。电子水平仪通常采用电感式或电容式。通过电磁变化或电容变化的方式，换算为电压读数，来判断是否处于水平状态。但是，这种仪器可能会受到应用环境的影响，而导致水平测量存在一定误差，将直接影响对星参数是否精确，以及对星的效果。

基于上述实际情况，提出了一种卫星便携通信装置及其自适应水平调整方法。

发明内容

为了解决现有卫星便携通信系统中需要依赖水平测量装置而实现精准对星的上述问题，本发明提供一种卫星便携通信装置及其自适应水平调整方法，能够在任何倾斜地面部署卫星便携通信系统，依据重力原理，提高对星参数的精准性。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种卫星便携通信装置，所述卫星便携通信装置包括天线主体以及与所述天线主体连接的校正件；所述校正件包括摆锤以及至少一对收发感应装置，且摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；所述天线主体参照所述校正件给出的垂直地面位置，调整自身方向，使之与所述校正件所示垂直地面方向平行。

在一个实施例中，所述收发感应装置至少为四对，且所述收发感应装置沿所述天线主体内壁上下部署。

在一个实施例中，所述收发感应装置包括红外发射装置与红外接收装置，当所有所述红外发射装置的红外光束被所述摆锤的下垂线拦截而均不能够被对侧的所述红外接收装置收到时，则所述校正件和所述天线主体均垂直于水平面。

在一个实施例中，还包括声光报警装置，所述声光报警装置与所述收发感应装置电性连接，用于输出声光信号表示所述校正件垂直于水平面。

在一个实施例中，所述声光报警装置包括扬声器与发光管。

在一个实施例中，所述天线主体上设置插槽，且插槽内设置有悬挂放置轴，用于悬挂所述摆锤。

在一个实施例中，还包括支撑件，所述支撑件设置于所述天线主体底部，用于支撑所述天线主体及所述校正件；

所述支撑件包括支撑座，至少三个伸缩支撑腿，以及支撑脚，所述伸缩支撑腿环设在所述支撑座上，所述支撑脚连接在所述伸缩支撑腿底部。

在一个实施例中，所述伸缩支撑腿与所述支撑座以及所述伸缩支撑腿与所述支撑脚之间均采用球头连接，且所述支撑脚上还开设有锚定孔。

本发明的另一目的在于提供一种卫星便携通信装置的自适应水平调整方法，应用于如上述任意一个实施例所述的卫星便携通信装置，其中，所述卫星便携通信装置的自适应水平调整方法包括如下步骤：

调整所述天线主体使其大体上处于水平状态，此时，所述摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；

收发感应装置的发射端发射波束，所述摆锤的下垂线对所述波束进行遮断，接收端接收所述波束；

判断所述波束遮断数量是否合格，若是，则发出声光信号，并执行下一步骤，否则，调整所述摆锤的位置至所述波束遮断数量合格；

所述天线主体参照所述校正件给出的所述垂直地面的位置，调整自身方向，使之与所述校正件所示垂直地面方向平行，则可视为卫星便携通信装置的天线处于水平面上。

在一个实施例中，判断波束遮断数量是否合格的步骤如下：

判断所述收发感应装置数量N，其中，N≥4；

判断所述波束遮断数量n，若4≤n≤N，则合格，否则，不合格。

实施本发明的一种卫星便携通信装置，至少具有以下有益效果：其通过在卫星便携通信系统中设置主要由摆锤与收发感应装置组成的校正件，可依据重力原理，确定垂直地面的位置，天线主体可根据该垂直地面的位置进行自动找平，排除了因电子水平仪精度问题带来的对星参数误差，提高对星参数的精确性，简化了找平过程，提高了找平的效率。

实施本发明的一种卫星便携通信装置的自适应水平调整方法，至少具有以下有益效果：判断红外波束遮断数量是否合格，若合格，则发出声光信号，并执行下一步骤，否则，调整所述摆锤的位置至红外波束遮断数量合格；所述天线主体参照所述校正件给出的所述垂直地面的位置，调整自身方向，使之与所述校正件所示垂直地面方向平行，则可视为卫星便携通信装置的天线处于水平面上，以此来避免由于某一对红外发射装置故障而导致工作异常，具有较高的容错率，确保自动找平的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明校正件结构示意图；

图3为本发明支撑件结构示意图；

图4为本发明限位块安装结构示意图；

图5为本发明支撑件倾斜安装结构示意图；

图6为本发明校正件安装结构示意图；

图7为校正件正常工作状态示意图；

图8为校正件自检工作状态示意图；

图9为校正件工作流程示意图；

图10为校正件收发感应装置电路原理图；

图11为卫星便携通信装置完整工作流程示意图。

【附图标记说明】

图中：10-校正件，11-摆锤，12-收发感应装置，121-红外发射装置，122-红外接收装置，13-声光报警装置，131-扬声器，132-发光管，20-天线主体，21-插槽，22-放置轴，23-锁紧板，30-支撑件，31-支撑座，32-伸缩支撑腿，321-锁紧销，322-限位块，33-支撑脚，331-锚定孔。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

如图1至图7所示，本申请实施例提供的一种卫星便携通信装置，包括天线主体20以及与所述天线主体20连接的校正件10，其中，所述校正件10包括摆锤11及收发感应装置12组成，且摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；所述天线主体20参照所述校正件10给出的垂直地面位置，调整自身方向，使之与所述校正件10所示垂直地面方向平行。

当摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置时，天线主体20可参照校正件20给出的垂直地面位置，使之与校正件10所示垂直地面方向平行，则可视为已经将卫星便携通信装置的天线已经处于水平面上，本发明中卫星便携通信装置依据重力原理进行找平，排除了因电子水平仪精度问题带来的对星参数误差，提高了对星的精确性；

在具体应用中，如图2所示，所述收发感应装置12包括红外发射装置121与红外接收装置122，所述红外发射装置121与红外接收装置122对称设置在所述天线主体20内壁上；此实施例中，校正件10由平行于天线主体20，摆锤11将在重力作用下自然下垂，红外收发装置则用于检测校正件10是否平行于摆锤的下垂线，即是否与水平面垂直；当红外发射装置均不能够被对侧的接收装置收到时，则校正件和天线主体均垂直于水平面的，换句话讲，就是天线主体此时正立于水平面上。

当然，在该实施例具体实施时，为了增加系统可靠性，采用在天线主体20内部部署多对收发感应装置12予以实现，避免因某一个发射装置或接收装置故障而造成误判；为了应对户外可能存在强光、噪音等复杂应用场景，所述收发感应装置12还电性连接所述声光报警装置13，输出声光信号表示所述校正件10垂直于水平面。

且为了避免摆锤11受外部风向的影响，摆锤11密封于校正件10的内部：同时，为了规避因摆锤11的不断摆动而导致支撑件30固定时间过长的问题，限制所述校正件10的体积，使摆锤11的摆幅限制一定范围之内，同时所述摆锤11于悬挂放置轴22处，增加阻尼措施，使摆锤11的摆幅逐渐缩小，直至回归到因摆锤11重力作用处于垂直水平面位置。

在其中一个实施例中，为了增加系统的可维护性，校正装置设计为可拆卸结构；具体的，如图1和图4所示，所述天线主体20上设置有插槽21，在天线主体20上安装校正件10时，只需将校正件10沿倒梯形插槽21插入到底，并将端头上锁紧板23旋紧即可。

如图6所示，为了提升校正件10的可拆卸性能，采用免工具拆卸设计，锁紧板23与放置轴22转动翻转连接。

在其中一个实施例中，所述天线主体20底部还设置有支撑件30，该支撑件30放置于地面上，对校正件10及天线主体20起到承载和支撑作用；天线的支撑件30采用了可伸缩设计，可在种地面上面进行放置，具体如图3所述，所述支撑件30包括支撑座31，与支撑座31连接的伸缩支撑腿32，以及与伸缩支撑腿32连接的支撑脚31，具体的，所述伸缩支撑腿32至少为三个；

当然，在该实施例具体实施时，所述伸缩支撑腿32与所述支撑座31以及所述伸缩支撑腿32与所述支撑脚33之间均采用球头连接，且支撑脚33上开设锚定孔331；

此实施例中，部署天线系统时不需要人工刻意找平，只需通过调整伸缩支撑腿32的长度，使其大体上处于水平状态，然后采用锁紧销321将伸缩支撑腿32固定；为了保证卫星便携通信系统的抗风性能，伸缩支撑腿32具有限位装置，而支撑脚33上面设计有地面锚定孔331；如图4所示，伸缩支撑腿32上的限制块322决定了其最大支撑角度，使天线主体位于固定范围，地面锚定孔331保证了卫星便携对地的固定性能，使抗风能力大大增强；

支撑件30尾部的支撑脚33可任意调整角度，这使得天线支撑件可固定于任何倾斜角度的地面上；如图5所示，就是将天线支撑件30安装于倾斜90度倾斜地面的极限情况。

本发明中，为了能够对校正件10红外对射装置进行功能检测，以提升系统整体的可维护性指标，需要保证任何一对红外对射装置均不可被摆锤11及其柔性连接装置阻挡；本发明通过校正件10可上下对调设计来实现这一种目标；如图7和图8所示，当需要自检时，只需将校正件10上下对调，即处于倒立状态；如此一来，摆锤11及其柔性连接装置将在重力作用下自然回到底部，而不会影响红外对射装置的检测。

如图9至图11所示，本申请实施例提供的一种卫星便携通信装置的自适应水平调整方法，该自适应水平调整方法应用于上述的卫星便携通信装置，卫星便携通信装置的自适应水平调整方法包括：

步骤S801：将所述支撑件30种地面上，调整所述伸缩支撑腿32的长度，使所述天线主体10大体上处于水平状态，此时，所述摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；

步骤S802：收发感应装置12的发射端发射波束，所述摆锤11的下垂线对所述波束进行遮断，接收端接收所述波束；

步骤S803：判断所述波束遮断数量是否合格，若是，则发出声光信号，并执行下一步骤，否则，调整所述摆锤11的位置至所述波束遮断数量合格；

步骤S804：所述天线主体20参照校正件10给出的垂直地面位置，调整自身方向，使之与校正件10所示垂直地面方向平行，则可视为已经将卫星便携通信装置的天线已经处于水平面上，完成自适应水平调整。

其中，步骤步骤S803中，判断红外波束遮断数量是否合格的步骤如下：

判断红外收发装置数量N，其中，N≥4；

判断红外波束遮断数量n，若4≤n≤N，则合格，否则，不合格；

本发明中为说明红外对射方式来判断校正件与水平面垂直的原理，暂以6对红外对射装置为例进行说明；如图8所示，红外对射装置软件工作流程如下：

步骤S8021：初始化，确定摆锤位置，红外发射装置121发射出红外波束；

步骤S8022：根据红外接收装置122接收到的红外波束数量，得出被摆锤11下垂线遮断的红外波束数量，若4≤红外波束遮断数量≤6，则执行下一步骤；否则，返回步骤S8021；

步骤S8023：发声光信号，确认校正件垂直于水平面。

校正件10平行于天线主体20，主要部件包括摆锤11和收发感应装置12组成；本发明中收发感应装置12以红外发射装置121与红外接收装置122为例进行说明，当卫星便携通信装置支撑件30固定完毕后，摆锤11将在重力作用下自然下垂；红外收发装置则用于检测校正件是否平行于摆锤11的下垂线，即是否与水平面垂直；当所有红外的发射装置均不能够被对侧的接收装置收到时，则校正件和天线主体均垂直于水平面的，换句话讲，就是天线主体此时正立于水平面上。

为了避免因某一个发射装置或接收装置故障，系统采用以最少4对(以总计6对红外对射装置为例)发射接收装置正常工作，即C(6,4)为判决条件。本专利采用CPU的程序控制，精确区分每条对射红外光束，并通过软件程序，使其满足C(6,4)判断条件的情况下，红外对射波束满足要求是，输出校正件已经重直于水平面的结果；为了应对户外可能存在强光、噪音等复杂应用场景，本专利通过输出声光信号表示校正件垂直于水平面。

为实现上述智能判断条件，以及适应野外长续航能力的应用要求，本发明采用低功耗控制模块U2，并通过Flash软件编程实现智能控制。

电路原理如图10所示，外部电源经变压器整流后，通过控制模块U1进行DC/DC转换，然后经限流保护电阻后驱动D1-D6红外发射二极管发射红外光线，控制模块U2的输入端一将同时收到D1-D6处于发射状态的信息；D7-D12接收到D1-D6发射的红外光束后，将相关信息发送到控制模块U2的输入端二；当校正件处于重直状态时，D1-D6发射的红外波束将初与摆锤连接的柔性装置隔断，D7-D12将收不到红外波束，控制模块U2输入端二收到的电平状态发生偏转，控制模块U2的输出端将驱动扬声器SP和发光管D13分别发出声光信号，表示校正件已处于垂直水平面的状态。

本发明保护的重点为卫星便携通信装置的自动找平方法，具体为依据重力原理，使天线主体垂直于水平面，从而保证对星参数的精确性，以及通过设置多对收发感应装置避免因某一个发射装置或接收装置故障影响系统工作；本发明中，校正件的安装以及支撑件的结构包括但不限于本发明实施例所示的实施方式。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种卫星便携通信装置，其特征在于，所述卫星便携通信装置包括天线主体以及与所述天线主体连接的校正件；所述校正件包括摆锤以及至少一对收发感应装置，且摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；所述天线主体参照所述校正件给出的垂直地面位置，调整自身方向，使之与所述校正件所示垂直地面方向平行，所述收发感应装置至少为四对，且所述收发感应装置沿所述天线主体内壁上下部署，还包括声光报警装置，所述声光报警装置与所述收发感应装置电性连接，用于输出声光信号表示所述校正件垂直于水平面，还包括支撑件，所述支撑件设置于所述天线主体底部，用于支撑所述天线主体及所述校正件，所述支撑件包括支撑座，至少三个伸缩支撑腿，以及支撑脚，所述伸缩支撑腿环设在所述支撑座上，所述支撑脚连接在所述伸缩支撑腿底部；所述伸缩支撑腿与所述支撑座以及所述伸缩支撑腿与所述支撑脚之间均采用球头连接，且所述支撑脚上还开设有锚定孔；

其中，所述卫星便携通信装置的自动找平方法包括如下步骤：

调整所述天线主体使其大体上处于水平状态，此时，所述摆锤在重力作用下自动处于垂直地面的位置；

收发感应装置的发射端发射波束，所述摆锤的下垂线对所述波束进行遮断，接收端接收所述波束；

判断所述波束遮断数量是否合格，若是，则发出声光信号，并执行下一步骤，否则，调整所述摆锤的位置至所述波束遮断数量合格；

所述天线主体参照所述校正件给出的所述垂直地面的位置，调整自身方向，使之与所述校正件所示垂直地面方向平行，则可视为卫星便携通信装置的天线处于水平面上；

判断所述波束遮断数量是否合格的步骤如下：

判断收发装置数量N，其中，N≥4；

判断波束遮断数量n，若4≤n≤N，则合格，否则，不合格。

2.根据权利要求1所述的卫星便携通信装置，其特征在于，所述收发感应装置包括红外发射装置与红外接收装置，当所有所述红外发射装置的红外光束被所述摆锤的下垂线拦截而均不能够被对侧的所述红外接收装置收到时，则所述校正件和所述天线主体均垂直于水平面。

3.根据权利要求1所述的卫星便携通信装置，其特征在于，所述声光报警装置包括扬声器与发光管。

4.根据权利要求1所述的卫星便携通信装置，其特征在于，所述天线主体上设置插槽，且插槽内设置有悬挂放置轴，用于悬挂所述摆锤。

Images