CN111742444A - 具有偏心倾斜定位机构的天线定位器 - Google Patents

具有偏心倾斜定位机构的天线定位器 Download PDF

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Abstract

本发明描述了采用偏心倾斜指向机构进行天线定位的方法、系统和设备。例如，根据本公开的系统可包括基座结构和中间结构，该中间结构围绕第一轴(例如，倾斜轴)与该基座结构可旋转地耦合。该系统还可包括定位系统，该定位系统与该中间结构耦合并且被配置为使天线视轴围绕相对于该中间结构的至少两个角度自由度进行取向(例如，采取俯仰‑方位型配置)。该系统还可包括该基座结构与该中间结构之间的致动器，该致动器被配置为设定、改变或保持该基座结构与该中间结构之间的角度，并且在一些示例中可包括以目标设备的预测路径为基础的偏心元件的旋转。

Description

具有偏心倾斜定位机构的天线定位器
交叉引用
本专利申请要求Zimmerman等人于2018年3月8日提交的名称为“ANTENNAPOSITIONER WITH ECCENTRIC TILT POSITION MECHANISM”(具有偏心倾斜定位机构的天线定位器)的美国临时专利申请号62/640,386的权益，该临时专利申请被转让给本专利申请的受让人并且全文明确地以引用方式并入本文。
背景技术
天线定位系统通常用于无线通信系统中，其中天线在特定取向上对准以支持建立和保持与目标设备的通信链路。目标设备可包括卫星、飞机、陆基车辆、静止陆基目标等。
用于使天线视轴与诸如这些的目标设备对准的定位系统可具有特定性能要求。例如，为了支持与可能相对于天线具有各种各样的位置的一个或多个目标设备的通信，可能要求定位系统提供相对较大的角度范围(例如，约一个或多个角度自由度)来跟踪目标设备。在一些场景下，定位系统可能需要支持一定致动速率，该致动速率基于目标设备的路径或位置与天线的位置之间的关系或定位系统的定位轴的配置。
在一个示例中，当定位系统被配置为使天线视轴围绕方位轴和俯仰轴进行取向(例如，采取俯仰-方位型配置)时，目标设备经过上空可能会给目标设备的跟踪带来挑战。例如，与跟踪目标设备经过上空相关联的方位速率可能是无限的(例如，在目标设备以90度俯仰角经过上空时在方位方向的180度转变期间)。当定位系统无法支持如此高的方位速率时，相关联的系统可丢弃与目标设备的通信链路，直到在经过上空后定位系统能够沿着目标设备的方向重新定位天线视轴。这种通信损失可限制、损害或降低此类天线系统的性能。
发明内容
本发明描述了采用偏心倾斜指向机构进行天线定位的方法、系统和设备。例如，根据本公开的系统可包括基座结构和中间结构，该中间结构围绕第一轴(例如，倾斜轴)与基座结构可旋转地耦合。该系统还可包括定位系统，该定位系统与中间结构耦合并且被配置为使天线视轴围绕相对于中间结构的至少两个角度自由度进行取向，该至少两个角度自由度在一些示例中通常可对应于方位定位轴和俯仰定位轴(例如，采取俯仰-方位型配置)。该系统还可包括基座结构与中间结构之间的致动器(例如，倾斜致动器)，该致动器被配置为设定、改变或保持基座结构与中间结构之间的角度，并且在一些示例中可包括至少部分地以目标设备的预测路径为基础的控制或致动。
基座结构与中间结构之间的致动器可包括旋转元件和偏心元件，该旋转元件被配置为围绕第二轴(例如，与第一轴不同、与第一轴不重合、与第一轴不同心)旋转，并且该偏心元件与旋转元件和中间结构耦合。偏心元件可在从第二轴偏移一定偏心距离或偏移量的位置处安装到或以其他方式连接到旋转元件。在一些示例中，为了改变基座结构与中间结构之间的角度，旋转该旋转元件可在从第一轴偏移的位置处改变基座结构与中间结构之间的距离(例如，通过改变偏心元件相对于基座结构的位置)。在各种示例中，偏心元件可包括接合在中间结构的狭槽中的销，或偏心元件可与连杆的第一端耦合并且中间结构可与连杆的第二端耦合，或偏心元件可采取其他形式或配置来调节中间结构与基座结构之间的角度。
在一些示例中，控制基座结构与中间结构之间的致动器可包括致动(例如，旋转、驱动、保持)该旋转元件以设定、改变或保持基座结构与中间结构之间围绕第一轴的第一角度，其中可至少部分地基于目标设备的预测路径来确定第一角度。该系统随后可使用与中间结构耦合的定位系统以天线视轴跟踪目标设备，同时保持第一角度(例如，保持旋转元件的角位置)。该系统可至少部分地基于第二预测路径(例如，不同目标设备的路径、相同目标设备的不同路径)来选择第二角度，并且以天线视轴跟踪目标设备，同时保持第二角度。
所述方法和装置的适用性的另外范围将从以下具体实施方式、权利要求书和附图中变得显而易见。仅通过举例说明的方式给出具体实施方式和具体示例，因为本说明书的范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
通过参考以下附图可实现对本公开的各个方面的本质和优点的进一步理解。在附图中，类似的部件或特征部可具有相同的参考标签。此外，相同类型的各种部件可以通过在参考标签之后加上破折号和第二标签来区分，该破折号和第二标签可以区分类似的部件。如果在本说明书中仅使用第一参考标签，则本描述适用于具有相同第一参考标签的类似部件中的任一个，而与第二参考标签无关。
图1示出了根据本公开的各个方面的无线通信系统的示意图。
图2示出了根据本公开的各个方面的沿着路径经过天线系统上方的目标设备的示例。
图3A和图3B示出了根据本公开的各个方面的天线系统的示例性配置。
图4A和图4B示出了根据本公开的各个方面的天线系统的示例性配置。
图5示出了根据本公开的各个方面的沿着路径经过天线系统上方的目标设备的示例。
图6A和图6B示出了根据本公开的各个方面的采用倾斜定位机构的天线系统的视图。
图7示出了根据本公开的各个方面的采用倾斜定位机构的天线系统的视图。
图8示出了根据本公开的各个方面的框图，其示出了用于天线定位系统的控制系统。
图9示出了根据本公开的各方面的流程图，其示出了支持使用偏心倾斜指向机构进行天线定位的方法。
图10示出了根据本公开的各方面的流程图，其示出了支持使用倾斜指向机构进行天线定位的方法。
具体实施方式
所述特征整体涉及天线定位装置，特别是包括偏心倾斜定位机构的天线定位装置，该偏心倾斜定位机构可设定、改变或保持基座结构与中间结构之间的相对角度(例如，倾斜角度)。
当天线定位系统被配置为使天线视轴围绕一个或多个定位轴进行取向时，天线定位系统可能难以跟踪沿着与定位轴之一重合的路径行进的目标设备。例如，当定位系统被配置为使天线视轴围绕方位轴和俯仰轴进行取向(例如，采取俯仰-方位型配置)时，与跟踪目标设备经过上空相关联的方位速率可能是无限的(例如，在目标设备以90度俯仰角经过上空时在方位方向的180度转变期间)。
根据所述技术，包括偏心倾斜定位机构的天线定位装置可支持使定位轴相对于目标设备的预测路径进行重新取向。通过对基座结构与中间结构之间的相对角度提供此类控制，在与缺少此类机构或依赖于其他类型的定位器来克服与使天线视轴围绕两个旋转自由度进行取向的定位系统相关联的缺点的系统相比时，包括所述机构的系统可具有有利的性能或设计特性。
该描述提供了示例，并非旨在限制本文所述原理的实施方案的范围、适用性或配置。相反，随后的描述将为本领域技术人员提供用于实现本文所述原理的实施方案的实现性描述。可在元件的功能和布置中作出各种变化。
因此，各种实施方案可适当地省略、替代或添加各种操作或部件。例如，应当理解，方法可按与所描述的次序不同的次序执行，并且可添加、省略或组合各种步骤。另外，针对某些实施方案描述的方面和元件可在各种其他实施方案中组合。还应当理解，以下系统、方法、设备和软件可单独地或共同地为较大系统的部件，其中其他程序可优先于其应用或以其他方式修改其应用。
图1示出了根据本公开的各个方面的无线通信系统100的示意图。无线通信系统100包括天线系统105，该天线系统可包括天线110和天线定位装置115。天线110可与天线视轴111相关联，该天线视轴可指天线110的最高信号增益方向或天线110的标称指向方向。在无线通信系统100的一些示例中，可能期望使天线视轴111指向与目标设备150的位置相对应的方向。目标设备150可为例如跟随轨道路径(例如，地球静止轨道、近地轨道、中地球轨道等)的卫星。在其他示例中，目标设备150可为飞行中的飞机、陆地目标(诸如陆基或水基车辆)或者运动或静止陆基天线。天线110可通过通信链路130(其可为单向或双向通信链路)来提供与目标设备150的通信。
在一些示例中，天线110可为用于卫星通信系统的网关系统的一部分。网关系统可包括网关终端125，该网关终端可与网络(未示出)诸如局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)或任何其他合适的公用或专用网通信，并且可连接到其他通信网络诸如互联网、电话网络(例如，公用交换电话网(PSTN)等)等。
天线110的(例如，天线视轴111的)取向可由天线定位装置115(例如，天线定位系统)提供，该天线定位装置可调节天线110围绕两个或更多个空间轴的取向。在一些示例中，天线定位装置115可提供天线110的方位定位(例如，在水平参考平面中、在倾斜参考平面中)和天线110的俯仰定位(例如，与水平平面或倾斜参考平面垂直地)。这样，天线视轴111可朝向目标设备150以沿着天线110与目标设备150之间的方向增加信号增益。
在一些情况下，天线定位装置115可能需要支持致动速率，该致动速率基于目标设备150相对于天线系统105的路径(例如，与动态行程相关联)或目标设备150相对于天线系统105的位置与天线定位装置115的定位轴的配置之间的关系。例如，当天线定位装置115被配置为使天线视轴111围绕垂直方位轴(例如，水平平面中的取向)和水平俯仰轴(例如，与水平平面垂直的方向中的取向)进行取向时，与跟踪目标设备150经过上空相关联的方位速率可能是无限的。换句话讲，当目标设备150的路径与天线定位装置115的方位轴重合时，可能需要天线定位装置115提供方位方向的瞬时180度转变以在目标设备150沿着其路径经过方位轴时保持与目标设备150对准。当在极地轨道中跟踪目标设备150诸如中地球轨道(MEO)和近地轨道(LEO)卫星时，此类场景可特别适用，其中更低的轨道和更高数量的目标卫星可与更高的经过上空的发生率相关联。
在另一个示例中，跟踪地球同步卫星(例如，目标设备150的另一个示例)可与终端(例如，包括天线系统105)位于卫星正下方时类似的问题相关联。在此类示例中，风或位置保持运动可使卫星漂移并且需要(例如，地面站的)天线定位装置115进行指向校正。在天顶处的各种示例中，方位轴可能无法提供支持指向校正的能力。相反，在此类场景下，可仅由俯仰轴提供校正，并且使用方位来移动两个正交轴之间的俯仰以便进行校正。
当天线定位装置115无法支持如此高的方位速率或俯仰角范围时，可丢弃与目标设备150的通信链路130(例如，可引起通信中断)，直到(例如，在经过上空后、在使天线定位装置115的轴重新取向后)天线定位装置115能够沿着目标设备150的方向重新定位天线视轴111。此类通信损失可限制、损害或降低天线系统105的性能。尽管一些系统可使用各种技术来克服此类定位系统中的限制(例如，X/Y定位器、方位定位器下面的倾斜楔形件或转动轴(train axis)、或3-轴俯仰和交叉俯仰-方位)，但是此类技术可与各种缺点相关联，诸如相对较高的成本、复杂性或不准确性(例如，由于部件侧隙)。
根据本公开的各方面，天线系统105(例如，天线定位装置115)可包括基座结构和中间结构，该中间结构围绕第一轴(例如，倾斜轴)与基座结构可旋转地耦合。天线系统105还可包括基座结构与中间结构之间的致动器，该致动器被配置为设定、改变或保持基座结构与中间结构之间的角度，并且在一些示例中可包括至少部分地基于目标设备150的预测路径的控制或致动。在一些示例中，基座结构与中间结构之间的角度可选自一组角度，诸如中间结构与基座结构之间的离散数量的角位置、一组离散倾斜角度。
在一些示例中，控制致动器可对应于天线系统105的第一模式(例如，不支持通信的倾斜模式、转动模式、重新定位模式、空闲模式)，并且跟踪目标设备150可对应于天线系统105的第二模式(例如，支持通信的跟踪模式、有源模式)。在一些示例中，天线系统105(例如，天线定位装置115)可在第二模式期间保持中间结构与基座结构之间的相对角度，或可在第二模式期间以其他方式抑制旋转该旋转元件。在一些示例中，天线系统105可在第一模式期间(例如，在跟踪与相同或不同目标设备150相关联的经过之间改变为新倾斜角度时)抑制跟踪目标设备150。然而，天线系统105可在第一模式期间致动其他定位轴(例如，围绕俯仰轴、围绕方位轴)，诸如致动到标称位置(例如，标称俯仰角、标称方位角)、致动到目标设备150的另一次经过的预测位置(例如，与返回到视野或以其他方式支持沿着不同后续预测路径的通信的目标设备150相关联的俯仰角或方位角)或其他致动(例如，以管理与天线系统105相关联的电缆束的扭曲或卷起)。
通过在基座结构与中间结构之间包括所述致动器，天线系统105在与其他系统相比时可具有对保持与目标设备的通信链路130的改进支持。例如，天线系统105可调节天线定位装置以适应目标设备150的不同预测路径，其中此类适应可减少对天线定位装置115的操作需求。在一些示例中，通过设定基座结构与中间结构之间的角度，天线系统105可在以天线视轴111跟踪目标设备150的同时支持天线定位装置115的减小的俯仰角或减小的方位速率，这可提高天线系统105保持与目标设备150的通信链路130的能力。
尽管是在陆基网关系统的上下文中示出的，但是用于天线定位的所述技术也可适用于移动应用，诸如车载或星载天线110，其可与网关终端125通信或可不与该网关终端通信。例如，用于选择性地倾斜中间结构或以其他方式选择性地倾斜与定位自由度相关联的天线定位装置115的轴(例如，在非跟踪模式下)的所述机构可在携带天线110的飞机或卫星中使用，该天线可经过固定或移动目标设备150上方。因此，所述倾斜机构通常可应用于各种应用中以基于目标设备150相对于天线系统105的预测路径或位置来选择性地倾斜天线定位装置的定位轴，从而防止或减少与和定位轴重合或以其他方式对准的目标设备150相关联的中断。
图2示出了根据本公开的各个方面的沿着路径205-a经过天线系统105-a上方的目标设备150-a的示例200。在示例200中，目标设备150-a可为MEO或LEO卫星，并且天线系统105-a可为陆基设施，诸如网关系统的部件。与目标设备150-a相关联的路径205-a可跟随大致或主要南北取向，该取向可为对极地轨道的说明。
为了沿着路径205-a跟踪目标设备150-a，天线系统105-a的天线定位装置115可被配置为使天线系统105-a的天线视轴111(未示出)随时间推移沿着不同俯仰角和方位角指向。在示例200中，天线定位装置115可被配置为具有直接指向上空(例如，垂直于水平平面)的方位轴，使得路径205-a与方位轴重合。换句话讲，目标设备150-a的位置可与天线系统105-a的tO时的方位轴重合，该天线系统被配置为具有直接指向上空的方位轴。
就示例200而言，用于随时间推移跟踪目标设备150-a的天线视轴111的俯仰角可由俯仰图210示出，并且用于随时间推移跟踪目标设备150-a的天线视轴111的方位角可由方位图220示出。俯仰图210和方位图220示出了以时间tO为参考的角度，该时间对应于目标设备150-a直接经过上空的时间。天线视轴111可从向北航向开始，该向北航向可对应于零度的初始方位角(例如，θA，1a)。方位角可保持处于初始方位角直到在tO时经过上空。当目标设备150-a沿着路径205-a前进时，俯仰角可先增大，然后在目标设备150-a接近上空位置时加速。
当目标设备150-a到达上空位置时，目标设备150-a可与天线系统105-a的方位轴重合。此时，为了跟踪目标设备150-a，俯仰角可达到最大值θE，max，1，该最大值可等于90度。在经过上空的特定时刻(例如，在tO时)，任何方位角均可支持跟踪目标设备150-a，因为天线视轴111在90度俯仰角下可与目标设备150-a对准。然而，为了支持沿着路径205-a的跟踪，时间tO可与从刚好在时间tO之前的初始方位角θA，1a到刚好在时间tO之后的最终方位角θA，1b(其在示例200中可为180度)的瞬时转变相关联。时间tO也可与围绕天线系统105-a的方位轴和俯仰轴中的一者或两者的无限指向加速度相关联(例如，以支持tO时从正俯仰速率到负俯仰速率的瞬时转变，支持tO时从一个方位位置到另一个方位位置的瞬时转变)。
天线系统105-a(例如，天线定位装置115)可能无法支持在从θA，1a到θA，1b的转变期间保持通信链路130所需的方位速率，或可能无法支持最大俯仰角θE，max，1(例如，可能无法支持90度的俯仰角)，或可能另外无法支持tO时所要求的定位速度或加速度。因此，根据本公开的示例，天线系统105-a(例如，天线系统105-a的天线定位装置115)可包括偏心倾斜定位机构以在目标设备150-a跟随路径205-a时选择性地或适时地避免俯仰图210和方位图220所示的条件。
图3A和图3B示出了根据本公开的各个方面的天线系统105-b的示例性配置300-a和300-b。天线系统105-b包括具有天线视轴111-b的天线110-b以及天线定位装置115-b，该天线定位装置被配置为使天线视轴111-b(例如，朝向目标设备150)进行取向。
在天线系统105-b的示例中，天线定位装置115-b包括天线定位器340-a(例如，定位系统、跟踪系统)，该天线定位器被配置为使天线视轴111-b围绕两个旋转自由度(例如，相对于中间结构310-a、围绕第一定位轴341-a和第二定位轴342-a)进行取向。在一些示例中，第一定位轴341-a可被描述为方位轴并且第二定位轴342-a可被描述为俯仰轴，但根据所述技术，其他命名和配置也是可能的。在一些示例中，天线定位器340-b可包括俯仰定位器以及俯仰定位器与中间结构之间的方位定位器(例如，采取俯仰-方位型配置)。在一些示例中，天线定位器340-a可被进一步配置为使天线110-b的元件围绕与天线视轴111-b平行的轴(例如，第三旋转自由度)旋转以根据垂直、水平或其他信号极化来对准天线110-b。
在天线系统105-b的示例中，天线定位装置115-b还包括偏心倾斜定位机构301-a的说明性示例(例如，致动器、倾斜致动器)。例如，天线系统105-b(例如，天线定位装置115-b)包括基座结构305-a和中间结构310-a，其中中间结构31O-a围绕轴306-a与基座结构305-a可旋转地耦合。该可旋转耦合提供基座结构305-a与中间结构310-a之间的旋转自由度，并且可包括滚珠轴承、滚柱轴承、轴颈轴承、轴衬、球面轴承、球窝接头等中的任何一者。基座结构305-a可固定地耦合到例如地面或任何其他静止或运动组件，其中该固定耦合提供结构或对象之间的固定关系。在各种示例中，轴306-a可为水平的或非水平的(例如，当示出固定的陆基天线系统105的实施方式时)。
偏心倾斜定位机构301-a包括旋转元件320-a，该旋转元件围绕轴321-a与基座结构可旋转地耦合。在各种示例中，轴321-a可为水平的或非水平的，并且轴321-a可与轴306-a平行或与轴306-a不平行。旋转元件320-a在从轴321-a偏移的一定距离处包括偏心元件325-a，在天线系统105-b的示例中，该偏心元件是附接到连杆330的第一端的联轴器。连杆330-a的第二端可在从轴306-a偏移的耦合位置331-a处附接到中间结构310-a。换句话讲，连杆330示出了用于支持偏心元件325-a在从轴306-a偏移的位置处与中间结构310-a耦合(例如，间接地经由连杆330-a耦合)的示例。尽管旋转元件320-a被示出为与基座结构305-a可旋转地耦合，但是在其他示例中，偏心倾斜定位机构301-a的旋转元件320-a可另选地与中间结构310-a可旋转地耦合(例如，在基座结构305-a与中间结构310-a之间交换旋转元件320-a和连杆330-a的相对位置)。旋转元件320-a的旋转可由与旋转元件320-a耦合的任何合适机构(例如，驱动元件)提供，诸如电动马达、齿轮马达、液压马达等。
图3A的配置300-a可示出天线定位装置115-b的(例如，偏心倾斜定位机构301的)中性或零倾斜位置。换句话讲，第一定位轴341-a可处于垂直位置，使得天线定位器340-a提供关于旋转自由度的控制，该旋转自由度在示例性平面365-a-1(例如，与第一定位轴341-a垂直的水平平面)中测量。此类配置可为对用于提供关于第一定位轴341-a的方位控制和关于第二定位轴342-a的俯仰控制的天线定位器340-a的典型或惯常取向的说明。例如，天线定位器340-a的方位角θA可在平面365-a-1中的天线视轴111-b的投影与任何合适的基准(诸如平面365-a-1中的标称方向370-a-1)之间测量，并且天线定位器340-a的俯仰角θE可被测量为天线视轴111-b与平面365-a-1之间的角度。
图3A的配置300-a可为对与参考图2描述的示例200的俯仰图210和方位图220相关联的配置的说明(例如，当在经过路径205-a上空的整个过程中跟踪目标设备150-a时)。例如，在示例200的目标设备150-a经过上空期间，路径205-a可与第一定位轴341-a重合。因此，在天线系统105-b的(例如，天线定位装置115-b的)配置300-a中，沿着路径205-a跟踪目标设备150-a可与围绕第一定位轴341-a的无限定位速率或围绕第一定位轴341-a或第二定位轴342-a中的一者或两者的无限角加速度相关联，以保持天线视轴111-b与目标设备150-a的跟踪。
在一些示例中，天线系统105-b(例如，天线定位装置115-b)可被配置为通过致动偏心倾斜定位机构301(例如，旋转该旋转元件320-a)来选择性地避免俯仰图210和方位图220所示出的条件。例如，为了从图3A所示的配置300-a改变为图3B所示的配置300-b，天线系统105-b可包括控制器，该控制器至少部分地基于与预测路径相关联的各种条件来控制旋转元件320-a的旋转(例如，经由驱动元件，未示出)。在各种示例中，旋转元件320-a的旋转可至少部分地基于以下的一者或多者：与沿着预测路径跟踪相关联的最大俯仰角θE、与沿着预测路径跟踪相关联的方位角θA的变化速率(例如，最大变化速率、与时间tO相关联的变化速率)、与沿着预测路径跟踪相关联的围绕第一定位轴341-a或第二定位轴342-a中的一者或两者的角加速度(例如，最大加速度、与时间tO相关联的跟踪加速度)、第一定位轴341-a与沿着预测路径的方向之间的间距(例如，第一定位轴341-a与时间tO时通向路径205的方向之间的角间距)或与沿着预测路径跟踪目标设备150相关联的某种其他特性。因此，基于各种条件，天线系统105-b可旋转该旋转元件320-a以避免示例200中所示的条件。
图3B的配置300-b可示出天线系统105-b的(例如，偏心倾斜定位机构301-a的)倾斜或非零倾斜位置。例如，通过将旋转元件320-a从图3A的配置300-a所示的位置旋转到图3B的配置300-b所示的位置，可垂直地(例如，向上)移动偏心元件325-a并因此移动连杆330-a，从而在耦合位置331-a处引起基座结构305-a与中间结构310-a之间的距离的对应或响应变化。换句话讲，通过相对于基座结构305-a向上移动耦合位置331-a，中间结构310-a可围绕轴306-a旋转，从而引起中间结构倾斜一定倾斜角度θT，如图所示。
在天线系统105-b的示例中，倾斜角度θT可在与基座结构305-a相关联(例如，固定到该基座结构、与该基座结构对准)的基座结构参考线307-a和与中间结构310-a相关联(例如，固定到该中间结构、与该中间结构对准)的中间结构参考线311-a之间测量。尽管基座结构参考线307-a被示出为穿过轴306-a的线并且中间结构参考线311-a被示出为穿过轴306-a和耦合位置331-a的线，但是倾斜角度θT可相对于中间结构310-a和基座结构305-a的任何参考点或其他参考点、线或平面来测量或示出以传达中间结构310-a围绕轴306-a(例如，相对于基座结构305-a)的旋转或角度变化。
在一些示例中，基座结构参考线307-a或中间结构参考线311-a中的一者或两者可与轴306-a垂直。在一些示例中，基座结构参考线307-a可与中间结构参考线311-a共面(例如，在与轴306-a垂直的平面中)。在一些示例中(例如，当天线系统105-b与陆基系统相关联时)，基座结构参考线307-a可为水平线。在一些示例中，当中间结构310-a处于特定取向时(例如，在中性倾斜位置处，当定位轴341-a垂直地对准时，当倾斜角度θT＝0时)，中间结构参考线311-a也可为水平的。
在另一个示例(未示出)中，当中间结构310-a处于特定取向(例如，中性倾斜角度或位置)时，中间结构参考线311-a可与定位轴341-a平行或重合，并且基座结构参考线307-a可与中间结构参考线311-a平行或重合。例如，当天线系统105-b与陆基系统相关联时，基座结构参考线307-a可为垂直线，并且中间结构参考线311-a或定位轴341-a中的一者或两者也可在中间或中性倾斜位置或角度处垂直对准。然而，各种其他参考约定可用于描述中间结构310与基座结构305之间的旋转或角度。例如，中间结构参考线311-a可更一般地与这样的参考方向相关联，在该参考方向上，当中间结构310-a处于特定取向(例如，中间倾斜位置或角度、与处于特定取向的第一定位轴341-a相关联的位置或角度)时，中间结构参考线311-a与基座结构参考线307-a平行或重合(例如，对应于零或中性倾斜角度)。
中间结构310-a围绕轴306-a的旋转可引起可相对于中间结构310-a固定的第一定位轴341-a的对应倾斜。因此，天线定位器340-a可提供关于旋转自由度的控制，该旋转自由度在非水平的平面365-a-2(例如，与第一定位轴341-a垂直)中测量。这种配置可为对用于提供关于第一定位轴341-a的方位控制和关于第二定位轴342-a的俯仰控制的(例如，天线定位器340-a的)倾斜取向的说明。例如，根据图3B的配置300-b，天线定位器340-a的方位角θA可在平面365-a-2中的天线视轴111-b的投影与标称方向370-a-2之间测量，并且天线定位器340-a的俯仰角θA可被测量为天线视轴111-b与平面365-a-2之间的角度，其中平面365-a-2从水平倾斜θT的角度。尽管平面365-a-2可在与中间结构310-a相同的角度下倾斜，但是第二定位轴342-a可与轴306-a平行或可不与该轴平行。例如，当沿着第一定位轴341-a观察时，第二定位轴342-a可与轴306-a分开一定角度，该角度对应于围绕第一定位轴341-a的定位角度(例如，方位定位角度)。换句话讲，围绕第一定位轴341-a的定位可改变第二定位轴342-a相对于轴306-a的角取向。
图3B的配置300-b可为对天线定位装置115-b的配置的说明，当在经过上空的整个过程中跟踪目标设备150-a时，该配置避免俯仰图210和方位图220的某些特性。例如，根据图3B的配置300-b，当轴306-a沿着南北方向对准时，倾斜角度θT可用于使第一定位轴341-a朝向东或西方向倾斜。因此，倾斜的第一定位轴341-a可不与路径205-a重合，并且天线定位器340-a的倾斜可支持天线定位器340-a的更良性的操作。例如，在示例200的上下文中，当与配置300-a的中性取向相比时，配置300-b的倾斜取向可与减小的俯仰角(例如，减小θT的量)和减小的方位角θA变化速率相关联。因此，基于各种条件，天线系统105-b(例如，天线定位装置115-b)可基于对路径205的预测或其他理解来旋转该旋转元件320-a以提供配置300-b的倾斜取向，从而避免配置300-a的俯仰图210和方位图220中所示的条件。
偏心倾斜定位机构(诸如参考图3A和图3B描述的偏心倾斜定位机构301-a)可根据对于天线系统105-b的操作可能有益的各种设计特性来配置。例如，可能有利的是在偏心元件325-a保持处于垂直上部位置(例如，其中偏心元件325-a垂直地位于轴321-a上方，如图3B的配置300-b中所示)或垂直下部位置(例如，其中偏心元件325-a垂直地位于轴321-a下方，未示出，诸如当旋转元件320从图3B的配置300-b旋转180度时)时跟踪目标设备150。在各种示例中，旋转元件320-a可在特定时间段(诸如与使用天线定位器340-a来跟踪目标设备150相关联的持续时间或模式)内保持处于操作位置，其中这种保持可被动地(例如，通过摩擦)或主动地(例如，通过可控制的制动器或锁)支持。在一些示例中，偏心元件325-a的此类配置可减少侧隙对指向准确性的效应。例如，当偏心倾斜定位机构301-a包括与旋转元件320-a的旋转侧隙相关联的驱动元件或其他机构时，此类侧隙对指向准确性的效应可在偏心元件325-a与轴321-a垂直地对准时最小化，这是由于偏心元件325-a在此类位置处的主要侧向运动(例如，响应于侧隙范围内的切换)可引起中间结构310-a围绕轴306-a的相对较小旋转。作为对比，当偏心元件325-a与轴321-a水平地对准(例如，如图3A的配置300-a中所示)时，偏心元件325-a在此类位置处响应于旋转元件320-a的侧隙而发生的主要上下运动可引起中间结构310-a围绕轴306-a的相对较大旋转。
此外，偏心几何形状(诸如天线系统105-b中所示的几何形状)可在偏心元件325-a与轴321-a接近垂直对准的位置处与中间结构310-a的相对较低的角速度相关联。换句话讲，由于偏心元件325-a的运动(例如，因旋转元件320-a的从动旋转引起)在此类位置处主要沿侧向方向，因此旋转元件320-a的旋转(例如，角速度)可转换成中间结构310-a的相对较慢的旋转。作为对比，偏心元件325-a的运动(例如，因旋转元件320-a的从动旋转引起)可在偏心元件325-a与轴321-a接近水平对准时主要为上下运动，使得旋转元件320-a的旋转可转换成中间结构310-a的相对较快的旋转。因此，所示的几何形状可促进中间结构310-a以中间结构310-a的相对较低的角速度缓慢进入操作位置(例如，在偏心元件325-a与轴321-a垂直地对准的地方或附近)。
这种几何形状还可为驱动元件提供有利的机械优势，该驱动元件被配置为驱动旋转元件320-a，诸如远离特定操作点运动，接近特定操作点，或保持特定操作点。换句话讲，当偏心元件325-a与轴321-a垂直地对准时，中间结构310-a及安装到其上的任何部件可给旋转元件320-a的从动旋转带来相对较小的阻力。例如，驱动元件可被配置为具有相对较低的扭矩以提供中间结构310-a的角加速度(例如，围绕轴306-a)、中间结构310-a的角减速度、或提供扭矩以便相比于偏心元件325-a与轴321-a水平地对准的位置，保持中间结构310-a的角位置接近偏心元件325-a与轴321-a垂直地对准的操作点，这可与中间结构310-a的相对较小的角加速度相关联(例如，由于在旋转元件320-a在一个操作位置与另一个操作位置之间经过此类取向时可能已经形成中间结构310-a的角速度)。
因此，出于这些和其他原因，天线定位装置115-b可被配置为选择(例如，在控制算法中)在偏心元件325-a和轴321-a垂直地对准或接近垂直地对准的两个位置(例如，一组离散位置)中的任一位置处操作偏心倾斜定位机构301-a。
在一些示例中，可通过在偏心倾斜定位机构中提供预载荷来进一步限制偏心倾斜定位机构301-a的侧隙。在此类预载荷的一个示例中，可由物理止动件限制旋转元件320-a的角运动，该物理止动件可对应于偏心元件325-a与轴321-a垂直地对准或接近垂直地对准的位置。在各种示例中，可将旋转元件320-a被动地(例如，如由作用于天线系统105-b的各种部件上的重力所驱动)、主动地(例如，如由向旋转元件320-a提供扭矩的驱动元件或其他传动系所驱动)加载到此类物理止动件中、或它们的组合。例如，当轴306-a与此类部件的重心垂直地对准时，中间结构310-a及安装到其上的部件的重量可使偏心倾斜定位机构301-a的一些侧隙向外偏置，并且可利用旋转元件320-a对物理止动件的扭矩偏置(例如，如由驱动元件提供)来保持旋转元件320-a的角位置。在一些示例中，可将此类荷载驱动到顺应性构件中，该顺应性构件可以以压缩、拉伸或扭转预载荷的形式储存势能(例如，储存预载荷)，从而可减少天线系统105-b中的各种部件之间的侧隙。在一些示例中，此类技术可与改善的可重复性或指向准确性相关联，因为所述行程极限(例如，如预加载到机械止动件或行程限制件中)可与增加的机械刚度或减小的侧隙相关联。作为对比，包括转动轴(诸如旋转楔形件)的天线系统可不具有侧隙的重量偏置消除，并且此类天线系统的风荷载可切换此类系统中的侧隙，从而造成指向不准确性，通过采用使天线定位器340-a倾斜的所述技术将避免所述指向不准确性。
在一些示例中，偏心倾斜定位机构301-a可被配置为在两个倾斜角度中的一者下操作，并且至少部分地基于目标设备150的预测路径来保持处于倾斜角度或改变为另一个倾斜角度。在说明性示例中，偏心倾斜定位机构301-a可被配置为在7.5度或-7.5度的倾斜角度θT下操作，在一些示例中，该倾斜角度可对应于偏心元件325-a和轴321-a垂直地对准或接近垂直地对准的旋转元件320-a的角位置。在偏心倾斜定位机构301支持每秒6度的倾斜速度的示例中，天线定位器340-a可因此在2.5秒内从一个倾斜位置倾斜到另一个倾斜位置(例如，通过在2.5秒内使旋转元件320-a旋转180度或接近180度)。作为对比，包括旋转楔形件的天线系统可能需要30秒或更多秒，才能作出倾斜位置的此类变化(例如，以使旋转楔形件围绕垂直轴旋转180度)。
在各种示例中，偏心倾斜定位的所述技术可包括其他优点。例如，与其他技术相比，为倾斜运动配置小角度范围可有利于高可靠性电缆布线，诸如方位电缆回路。此外，与轴306-a相关联的枢轴U形夹可被配置为承载径向、推力和力矩载荷，并且可利用低成本且易得的轴承，诸如汽车型锥形滚柱轴承。另一方面，具有带旋转楔形件的转动轴的天线系统可能需要在使楔形件旋转的驱动器中定径大得多的空心环轴承。
图4A和图4B示出了根据本公开的各个方面的天线系统105-c的示例性配置400-a和400-b。天线系统105-c包括具有天线视轴111-c的天线110-c以及天线定位装置115-c，该天线定位装置被配置为使天线视轴111-c(例如，朝向目标设备150)进行取向。
在天线系统105-c的示例中，天线定位装置115-c包括天线定位器340-b(例如，定位系统、跟踪系统)，该天线定位器被配置为使天线视轴111-c围绕两个旋转自由度(例如，围绕第一定位轴341-b和第二定位轴342-b)进行取向。在一些示例中，第一定位轴341-b可被描述为方位定位轴并且第二定位轴342-b可被描述为俯仰定位轴，但根据所述技术，其他命名和配置也是可能的。在一些示例中，天线定位器340-b可包括俯仰定位器以及俯仰定位器与中间结构之间的方位定位器(例如，采取俯仰-方位型配置)。在一些示例中，天线定位器340-b可被进一步配置为使天线110-c围绕与天线视轴111-c平行的轴(例如，第三旋转自由度)旋转以根据垂直、水平或其他信号极化来对准天线。
尽管配置400-a和400-b被示出为具有沿相反的方位方向指向的天线视轴111-c，但是在各种示例中，配置400-a和400-b可与围绕全方位角范围跟踪目标设备150的能力或配置相关联或可不与该能力或配置相关联。例如，配置400-a和400-b中的每一者可支持天线视轴111-c在360度方位中的指向，只要天线定位器340-a支持跟踪目标设备150所需的俯仰角并且定位轴341-a不小于与目标设备150的路径205的阈值间距即可。如果配置400-a或400-b中的一者不满足此类条件，则天线系统105的控制器可选择性地移动到配置400-a或400-b中的另一者。
在天线系统105-c的示例中，天线定位装置115-c包括偏心倾斜定位机构301-b的说明性示例(例如，致动器、倾斜致动器)。例如，天线系统105-c(例如，天线定位装置115-c)包括基座结构305-b和中间结构310-b，其中中间结构310-b围绕轴306-b与基座结构305-b可旋转地耦合。该可旋转耦合提供基座结构305-b与中间结构310-b之间的旋转自由度。在各种示例中，轴306-b可为水平的或非水平的(例如，当示出固定的陆基天线系统105的实施方式时)。
在天线系统105-c的示例中，倾斜角度θT可在与基座结构305-b相关联(例如，固定到该基座结构、与该基座结构对准)的基座结构参考线307-b和与中间结构310-b相关联(例如，固定到该中间结构、与该中间结构对准)的中间结构参考线311-b之间测量。尽管被示出为是在特别定位的基座结构参考线307-b与特别定位的中间结构参考线311-b之间测量的，但是倾斜角度θT可相对于中间结构310-b和基座结构305-b的任何参考点或其他参考点、线或平面来测量或示出以传达中间结构310-b围绕轴306-b(例如，相对于基座结构305-b)的旋转或角度变化。
偏心倾斜定位机构301-b还包括旋转元件320-b，该旋转元件围绕轴321-b与基座结构可旋转地耦合。在各种示例中，轴321-b可为水平的或非水平的，并且轴321-b可与轴306-b平行或与轴306-b不平行。旋转元件320-b在从轴321-b偏移的一定距离处包括偏心元件325-b，在天线系统105-c的示例中，该偏心元件是附接到连杆330-b的第一端的联轴器。连杆330-b的第二端可在从轴306-b偏移的耦合位置331-b处附接到中间结构310-b。换句话讲，连杆330-b示出了用于支持偏心元件325-b在从轴306-b偏移的位置处与中间结构310-b耦合(例如，间接地经由连杆330-b耦合)的示例。尽管旋转元件320-b被示出为与基座结构305-b可旋转地耦合，但是在其他示例中，偏心倾斜定位机构301的旋转元件320可另选地与中间结构310-b可旋转地耦合(例如，在基座结构305-b与中间结构310-b之间交换旋转元件320-b和连杆330-b的相对位置)。
在天线系统105-c的示例中，可通过基座结构305-b的接触点405-a-1与中间结构310-b的对应接触点410-a-1之间的物理接触来将基座结构305-b与中间结构310-b之间围绕轴306-b的相对旋转或角度限制在第一角度(例如，负倾斜角度-θT，如图4A的配置400-a中所示)。此外，可通过基座结构305-b的接触点405-a-2与中间结构310-b的对应接触点410-a-2之间的物理接触来将基座结构305-b与中间结构310-b之间围绕轴306-b的相对旋转或角度限制在第二角度(例如，正倾斜角度θT，如图4B的配置400-b中所示)。在一些示例中，可通过主动方式、被动方式或它们的组合来将中间结构310-b预加载到接触点405-a-1或接触点405-a-2中的一者中，这可减小或消除与(例如，偏心倾斜定位机构301-b的)侧隙相关联的指向误差。在一些示例中，提供接触点405-a或410-a可通过支持中间结构310-b相对于基座结构305-b旋转到可重复位置来改善倾斜定位的可重复性或精度，并且因此改善天线视轴111-c的跟踪准确性。例如，所述行程极限(例如，如预加载在接触点405-a和410-a之间)可与增加的机械刚度或减小的侧隙相关联。在一些示例中，天线系统105-c可被配置为针对与主动跟踪目标设备150相关联的定位操作来选择配置400-a或400-b中的一者(例如，基于预测或以其他方式确定的路径205)。在一些示例中，天线系统105-c可被配置为在跟踪目标设备150时选择性地避免保持配置400-a或400-b之间的位置(例如，选择性地避免中性或零倾斜配置)。
天线系统105-c的示例示出了偏心元件325-b经由顺应性元件420-a来与中间结构310-b耦合的示例。例如，顺应性元件420-a可为弹簧，其是连杆330-b的子部件或与该连杆一体地形成。尽管被示出为形成连杆330-b的中间部分，但是根据所公开的技术的顺应性元件420可物理地位于偏心元件325-b与耦合位置331-b之间的任何位置处，包括与偏心元件325-b或耦合位置331-b中的一者或两者的直接物理连接。在各种示例中，顺应性元件420-a可包括提供变力(例如，至少部分地基于偏心元件325-b和耦合位置331-b的相对位移、或偏心元件325-b和中间结构310-b之间的其他位移)的卷簧、梁弹簧、片簧、弹性体轴衬、空气弹簧或任何其他部件或部件组合。在各种示例中，连杆330-b整体或部分地被配置或以其他方式被视为顺应性元件420-a(例如，连杆330-b和顺应性元件420-a可能是同一个)。例如，连杆330-b可整体或部分地与弹性体或其他顺应性或可变形的材料或部件一起形成。
在各种示例中，顺应性元件420-a可被配置为至少部分地基于旋转元件320-b围绕轴321-b的角位移来储存预载荷(例如，压缩预载荷、拉伸预载荷、弯曲预载荷、扭转预载荷)。例如，当旋转该旋转元件320-b(例如，致动偏心倾斜定位机构301-b)以达到图4A所示的配置400-a时，连杆330-b可向上推动耦合位置331-b，从而使中间结构310-b围绕轴306-b旋转直到中间结构310-b(例如，接触点410-a-1)接触基座结构305-b的接触点405-a-1。中间结构310-b可在偏心元件325-b与轴321-b垂直地对准(例如，在其正上方)之前到达接触点405-a-1，并且旋转元件320-b进一步旋转达到这种对准可压缩顺应性元件420-a(例如，因偏心元件325-b与耦合位置331-b之间减小的间距)，同时保持基座结构305-b的接触点405-a-1与中间结构310-b的对应接触点410-a-1之间的物理接触。因此，在图4A所示的配置400-a中，顺应性元件420-a可响应于旋转元件320-b引起接触点410-a-1被驱动到接触点405-a-1中而储存压缩预载荷。
在另一个示例中，当旋转该旋转元件320-b(例如，致动偏心倾斜定位机构301-b)以达到图4B所示的配置400-b时，连杆330-b可向下拉动耦合位置331-b(或可抵抗如重力所驱动的中间结构310-b的向下运动)，使得中间结构310-b围绕轴306-b旋转直到中间结构310-b(例如，接触点410-a-2)接触基座结构305-b的接触点405-a-2。中间结构310-b可在偏心元件325-b与轴321-b垂直地对准(例如，在其正下方)之前到达接触点405-a-2，并且旋转元件320-b进一步旋转达到这种对准可延伸或延长顺应性元件420-a(例如，因偏心元件325-b与耦合位置331-b之间增加的间距)，同时保持基座结构305-b的接触点405-a-2与中间结构310-b的对应接触点410-a-2之间的物理接触。因此，在图4B所示的配置400-b中，顺应性元件420-a可响应于旋转元件320-b引起接触点410-a-2被驱动到接触点405-a-2中而储存拉伸预载荷。
在各种示例中，将预载荷储存在顺应性元件420-a中可减少天线定位装置115-c的各种部件中的侧隙的效应。例如，部件之间的宽松物理接触(例如，“游隙”)可存在于以下的任何一者或多者处：轴306-b(例如，基座结构305-b与中间结构310-b之间的直接联轴器)、轴321-b(例如，旋转元件320-b与基座结构305-b之间的直接联轴器)、偏心元件325-b(例如，偏心元件325-b与旋转元件320-b之间的直接联轴器、偏心元件325-b与连杆330-b之间的直接联轴器)或耦合位置331-b(例如，连杆330-b与中间结构310-b之间的直接联轴器)。通过将预载荷储存在顺应性元件420-a中，可将部件之间的物理接触偏置或加载到特定位置，以使得此类部件不能自由移动，或至少能够抵抗一些载荷、力或其他切换运动。例如，此类预载荷可防止响应于入射到天线系统105-c上的操作风(operational wind)而在偏心倾斜定位机构301的部件之间切换。
通过将预载荷储存在顺应性元件420-a中，可(例如，在储存预载荷的操作点，诸如图4A和图4B所示的配置400-a和400-b)减少或消除中间结构310-b与基座结构305-b之间的相对运动，这可因对天线定位器340-b提供的更稳定的平台(例如，中间结构310-b)而改善天线视轴111-c的指向准确性。由于此类系统对各种部件中的侧隙不太敏感，因此此类布置可允许在各种连接点处使用简化或更低成本的部件，诸如更低公差的轴承、联轴器或轴衬。此外，通过包括反作用于接触点405或410的顺应性预载荷，天线系统105-c可具有相对于操作因素(诸如高于操作风荷载的极限风)的改善安全系数。
图4A和图4B的配置400-a和400-b可为对天线定位装置115-c的两种不同配置的说明，当在经过上空的整个过程中跟踪目标设备150-a时，这些配置可避免参考图2描述的俯仰图210和方位图220的某些特性。例如，当轴306-b沿着南北方向对准时(例如，当沿进入图4A或图4B的页面中的向北方向观看时)，配置400-a的倾斜角度-θT可用于使第一定位轴341-b朝向东方向倾斜，或配置400-b的倾斜角度θT可用于使第一定位轴341-b朝向西方向倾斜。因此，在示例200的上下文中使用任一配置时，倾斜的第一定位轴341-b可不与路径205-a重合，因此天线定位器340-b的倾斜可支持天线定位器340-b的更良性的操作。
偏心倾斜定位机构(诸如参考图4A和图4B描述的偏心倾斜定位机构301-b)可根据对于天线系统105-c的操作可能有益的各种设计特性来配置。例如，至少出于参考图3A和图3B的天线系统105-b描述的原因，可能有利的是在偏心元件325-b保持处于垂直上部位置(例如，如图4A的配置400-a中所示)或垂直下部位置(例如，如图4B的配置400-b中所示)时跟踪目标设备150。
此外，在包括接触点405或410的天线系统105-c的上下文中，偏心几何形状(诸如天线系统105-c中所示的几何形状)可在到达物理接触点(例如，偏心元件325-b与轴321-b接近垂直对准的位置处)时与中间结构310-a的相对较低的角速度相关联。因此，所示的几何形状可促进中间结构310-b以中间结构310-b的相对较低的角速度缓慢进入基座结构305-b的接触点405。
此外，在包括顺应性元件420-a的天线系统105-c的上下文中，此类几何形状还可为驱动元件提供有利的机械优势，该驱动元件被配置为驱动旋转元件320-b以将预载荷储存在顺应性元件420-a中。换句话讲，当偏心元件325-b与轴321-b垂直地对准时，压缩或延长顺应性元件420-a可给旋转元件320-a的从动旋转带来相对较小的阻力。因此，出于这些和其他原因，天线定位装置115-c可被配置为选择(例如，在控制算法中)在配置400-a或配置400-b(例如，一组离散倾斜角度、旋转元件320-b的一组离散角度)处操作偏心倾斜定位机构301-b，其中在每个配置中，偏心元件325-b和轴321-b可垂直地对准或可接近垂直地对准。
图5示出了根据本公开的各个方面的沿着路径205-b经过天线系统105-d上方的目标设备150-d的示例500。在示例500中，目标设备150-d可为MEO或LEO卫星，并且天线系统105-d可为陆基设施，诸如网关系统的部件。与目标设备150-d相关联的路径205-b可为预测路径的示例，其可在目标设备150-d经过天线系统105-d之前、在目标设备150-d进入天线系统105-d的视野之前或在天线系统105-d主动地跟踪目标设备150-d之前由天线系统105-d预测或以其他方式获知。在示例500中，路径205-b跟随大致或主要南北取向(例如，沿着极地轨道)，并且目标设备150-a可在tO时直接经过天线系统105-d的上空。
为了沿着路径205-b跟踪目标设备150-d，天线系统105-d的天线定位装置115可被配置为使天线系统105-d的天线视轴111(未示出)随时间推移沿着不同俯仰角和方位角指向。然而，与参考图2描述的示例200不同，示例500中的天线系统105-d的天线定位装置115可被配置为选择倾斜角度(例如，通过致动偏心倾斜定位机构301)，使得定位轴(例如，第一定位轴341、方位轴)不直接指向上空。换句话讲，至少部分地基于路径205-d，天线系统105-d可使定位轴(例如，方位轴)进行取向，使得定位轴不与路径205-d重合。例如，为了支持沿主要南北方向的目标设备150的轨道路径205，天线系统105-d可包括也沿着南北对准进行取向的轴306。然而，在各种其他示例中，天线系统105的轴306可沿其他方向进行取向，该其他方向可被选择为沿着路径205的主要方向对准。
根据天线系统105-d的轴306的南北对准，点505-a-1和505-2可示出特定倾斜配置的定位轴可与对应于路径205-b的俯仰相交的位置。例如，天线系统105-d的定位轴可从天线系统105-d的某位置发出，并且对于给定配置而言，点505-a-1或点505-a-2可示出定位轴与水平参考平面的交点，该交点在时间tO时与目标设备150-d重合；或点505-a-1或点505-a-2可示出定位轴与球形参考表面的交点，该交点在时间tO时具有与目标设备150-d相同的俯仰。
参见参考图4A和图4B描述的天线系统105-c的示例，根据图4A的配置400-a(例如，根据负倾斜角度-θT)，点505-a-1可对应于第一定位轴341-b的交点，其中中间结构310-b的上部及因此定位轴341-b朝向东方向倾斜。进一步参见参考图4A和图4B描述的天线系统105-c的示例，根据图4B的配置400-b(例如，根据正倾斜角度θT)，点505-a-2可对应于第一定位轴341-b的交点，其中中间结构310-b的上部及因此定位轴341-b朝向西方向倾斜。因此，参见天线系统105-c的示例，天线系统105-c可至少部分地基于路径205-b来选择配置400-a或配置400-b，这可支持避免与第一定位轴341-b和路径205-b重合相关联的不利性能特性。
就示例500而言，用于随时间推移跟踪目标设备150-d的天线视轴111的俯仰角可由俯仰图510示出，并且用于随时间推移跟踪目标设备150-d的天线视轴111的方位角可由方位图520示出。俯仰图510和方位图520示出了以时间tO为参考的角度，该时间对应于目标设备150-d直接经过上空的时间。
与参考示例200描述的俯仰图210和方位图220相比，示例500所示的倾斜定位配置(例如，配置400-a或配置400-b)的选择可与对相关联的天线定位器340的宽松的性能要求相关联。例如，示例500的最大俯仰角θE，max，2可低于示例200的最大俯仰角θE，max，1(例如，θE，max，2可小于90度，可等于90度减θT)。就示例500的方位定位而言，为了支持沿着路径205-d跟踪，时间tO可不与从初始方位角θA，2a到最终方位角θA，1b的瞬时转变相关联，而是可与方位角的相对平滑转变(例如，在时间tO时以有限峰值方位速率)相关联。此外，示例500的方位角θA，2a至θA，2b的范围可小于示例200的方位角θA，1a的范围(例如，方位角θA，2a至θA，2b的范围可小于180度)。进一步相比于示例200，示例500的时间tO可不与围绕天线系统105-d的方位轴或俯仰轴的无限指向加速度相关联(例如，不需要在tO时从正俯仰速率到负俯仰速率的瞬时转变，不需要在tO时从一个方位位置到另一个方位位置的瞬时转变)。
因此，根据本公开的各种示例，包括偏心倾斜定位机构301的示例500的天线系统105-d(例如，天线定位装置115)可在目标设备150-d跟随路径205-d时避免俯仰图210和方位图220所示的不利条件，这可改善天线系统105-d保持与目标设备150-d的通信链路130的能力。
天线系统105(例如，与天线系统105相关联的控制器、与天线系统105通信的网关系统的控制器)可执行各种操作、计算或确定以支持基于与预测路径相关联的条件来选择天线系统105的特定倾斜配置(例如，天线系统105-c的上下文中的配置400-a或配置400-b)。在一些示例中，此类选择可至少部分地基于预测路径205将经过轴306的哪一侧。例如，每当路径205在天线系统105-d以西时，都可选择与点505-a-1相关联的配置，并且在一些示例中，与点505-a-1相关联的配置可与180度至360度的角度范围内的方位跟踪相关联。例如，每当路径205在天线系统105-d以东时，都可选择与点505-a-2相关联的配置，并且在一些示例中，与点505-a-1相关联的配置可与0度至180度的角度范围内的方位跟踪相关联。尽管与点505-a-1或505-a-2中的任一者相关联的配置可用于直接经过上空的路径205，但是在各种示例中，一个配置或另一个配置可被分配到直接经过上空，或控制器可决定在检测到直接经过上空时保持特定配置(例如，抑制改变配置，保持中间结构310相对于基座结构305的角旋转)。
附加地或另选地，倾斜配置之间的选择可至少部分地基于以下的一者或多者：最大俯仰角θE、方位角θA的变化速率、围绕第一定位轴341或第二定位轴342中的一者或两者的角加速度、第一定位轴341与沿着预测路径的方向之间的间距、或与在一个或多个倾斜配置下沿着路径205跟踪相关联的某种其他特性(这可包括当前倾斜配置与新倾斜配置之间的比较)。例如，与天线系统105相关联的控制器可在天线系统105的一组倾斜配置中的每一者下执行此类计算，并且除非当前倾斜配置下的特定计算超过阈值(例如，在第一定位轴341与路径205之间的阈值间距以内，在俯仰定位器的阈值俯仰角或操作范围以外)，否则可命令天线系统105保持倾斜角度。
在基于天线定位器340的能力进行的选择的示例中，倾斜配置之间的选择可至少部分地基于天线定位器340的俯仰能力(例如，围绕定位轴342的角度范围)。例如，当天线定位器340与相对于中间结构310的俯仰控制的0度-90度范围相关联时，陆基天线系统105在与点505-a-1相关联的倾斜配置下操作时可能无法跟踪接近西方地平线的目标设备150(例如，因为目标设备150可低于相关联的天线定位器340所支持的最小俯仰角)。因此，在一些情况下，当路径205离天线系统105-d以西特别远时，即使路径205在天线系统105-d以西，也可选择与点505-a-2相关联的倾斜配置。换句话讲，在一些示例中，可至少部分地基于路径205在围绕轴306的一个或多个角度范围之中将位于何处来选择一个倾斜配置或另一个倾斜配置，围绕轴306的一个或多个角度范围可至少部分地基于或以其他方式考虑或补偿围绕定位轴342的角度范围(例如，定位器能力)。
附加地或另选地，天线定位器340可被设计或配置为补偿偏心倾斜定位机构301的各方面。例如，与+/-7倾斜度(例如，围绕轴306)的倾斜配置相关联的陆基天线系统105可被配置有(例如，天线定位器340的)俯仰定位器，其具有相对于中间结构310-a在-7度或更小与83度或更大(例如，围绕定位轴342)之间的范围，这可支持在一组倾斜配置中的每一者下的天线定位器340的扩展跟踪范围。
图6A和图6B示出了根据本公开的各个方面的天线系统105-e的示例。天线系统105-e包括具有天线视轴111-e的天线110-e以及天线定位装置115-e，该天线定位装置被配置为使天线视轴111-e(例如，朝向目标设备150)进行取向。
在天线系统105-e的示例中，天线定位装置115-e包括天线定位器340-c(例如，定位系统、跟踪系统)，该天线定位器被配置为使天线视轴111-e围绕两个旋转自由度(例如，围绕第一定位轴341-c和第二定位轴342-c)进行取向。在一些示例中，第一定位轴341-c可被描述为方位定位轴并且第二定位轴342-c可被描述为俯仰定位轴，但根据所述技术，其他命名和配置也是可能的。在一些示例中，天线定位器340-c可包括俯仰定位器640以及俯仰定位器640与中间结构310-c之间的方位定位器630(例如，采取俯仰-方位型配置)。在一些示例中，天线定位器340-c可被进一步配置为使天线110-e(例如，天线110-e的辐射或接收元件)围绕与天线视轴111-e平行的轴(例如，第三旋转自由度)旋转以根据垂直、水平或其他信号极化来对准天线。
在天线系统105-e的示例中，天线定位装置115-e还包括偏心倾斜定位机构301-c的说明性示例(例如，致动器、倾斜致动器)。例如，天线系统105-e(例如，天线定位装置115-e)包括基座结构305-c和中间结构310-c，其中中间结构310-c围绕轴306-c与基座结构305-c可旋转地耦合。该可旋转耦合提供基座结构305-c与中间结构310-c之间的旋转自由度。在各种示例中，轴306-c可为水平的或非水平的。
偏心倾斜定位机构301-c还包括旋转元件320-c，该旋转元件围绕轴321-c与基座结构可旋转地耦合。在各种示例中，轴321-c可为水平的或非水平的，并且轴321-c可与轴306-c平行或与轴306-c不平行。旋转元件320-c在从轴321-c偏移的一定距离处包括偏心元件325-c，在天线系统105-e的示例中，该偏心元件是附接到连杆330-c的第一端的联轴器。连杆330-c的第二端可附接到顺应性元件420-b，在偏心倾斜定位机构301-c的示例中，该顺应性元件可为梁弹簧，该梁弹簧在从轴306-c偏移的耦合位置331-c处与中间结构310-c固定地耦合。换句话讲，连杆330-c示出了用于支持偏心元件325-c在从轴306-c偏移的位置处与中间结构310-c耦合(例如，间接地经由连杆330-b和顺应性元件420-b耦合)的示例。
在天线系统105-e的示例中，驱动元件610被示出为回转驱动器，该回转驱动器可包括由马达驱动的蜗轮，并且使与蜗轮的轴垂直(例如，与旋转元件320-c耦合)的齿轮旋转。回转驱动器是可用于支持旋转元件320-c的受控旋转的齿轮箱或齿轮马达的一个示例。回转驱动器在所述偏心倾斜定位机构301中可具有特定的优点。例如，所述系统中的回转驱动器可支持60∶1至80∶1的传动比，这可适当地抵抗后驱动。因此，回转驱动器可支持更低成本的齿轮马达和驱动重量。此外，利用相对较小的行程范围和近零侧隙，所得更高的比率可支持单驱动操作以降低成本(例如，与可需要多个马达来补偿侧隙的其他技术相比)。此外，回转驱动器和齿轮马达可相对较紧凑，并且可不干扰全方位运动(例如，360度方位)和全俯仰运动(例如，90度俯仰)。尽管其他致动器可用于提供倾斜运动驱动力，但是对于相同大小的力生成而言，此类其他致动器可能没有那样紧凑。
在天线系统105-e的示例中，偏心倾斜定位机构301-c包括编码器620，该编码器可提供指示当前倾斜位置(例如，围绕轴306-c)的信号，可将该信号提供给控制器以用于本文所述的各种倾斜定位或视轴跟踪操作。编码器620可为用于确定中间结构310-c与基座结构305-c之间的相对角取向的任何合适编码器，其可直接测量角取向，或可进行另一种可由此确定角取向的合适测量。在各种示例中，编码器620可为磁编码器、光编码器、传导性编码器、解析器、同步器等中的任何一者。尽管偏心倾斜定位机构301可包括指示倾斜位置(例如，围绕轴306-c)的编码器620，但是偏心倾斜定位机构301可附加地或另选地包括提供旋转元件320的角位置(例如，围绕轴321)的指示的编码器，可将该指示提供给控制器以用于本文所述的各种倾斜定位或视轴跟踪操作。
在天线系统105-e的示例中，可通过基座结构305-c的接触点405-b-1与中间结构310-c的对应接触点410-b-1之间的物理接触来将基座结构305-c与中间结构310-c之间围绕轴306-c的相对旋转或角度限制在第一角度或位置。此外，可通过基座结构305-c的接触点405-b-2与中间结构310-c的对应接触点410-b-2之间的物理接触来将基座结构305-c与中间结构310-c之间围绕轴306-b的相对旋转或角度限制在第二角度或位置。在一些示例中，可通过主动方式(例如，使用驱动元件610)、被动方式或它们的组合来将中间结构310-c预加载到接触点405-b-1或接触点405-b-2中的一者中，这可减小或消除与(例如，偏心倾斜定位机构301-c的)侧隙相关联的指向误差。在一些示例中，提供接触点405-b或410-b可通过支持中间结构310-c相对于基座结构305-c旋转到可重复位置来改善倾斜定位的可重复性，并且因此改善天线视轴111-e的跟踪准确性。
在偏心倾斜定位机构301-c的示例中，顺应性元件420-b可被配置为至少部分地基于旋转元件320-c围绕轴321-c的角位移来储存弯曲预载荷。例如，当在图6B的视图中沿顺时针方向旋转该旋转元件320-c(例如，通过驱动该驱动元件610)时，连杆330-c可向上推动耦合位置605，这可相应地向上推动耦合位置331-b，从而使中间结构310-c围绕轴306-c旋转直到中间结构310-c(例如，接触点410-b-1)接触基座结构305-c的接触点405-b-1。中间结构310-c可在偏心元件325-b与轴321-c垂直地对准(例如，在其正上方)之前到达接触点405-b-1，并且旋转元件320-c进一步旋转达到这种对准可使顺应性元件420-b弯曲(例如，因耦合位置605的向上运动，同时耦合位置331-c保持对应于接触点410-b-1和接触点405-b-1之间的接触的位置)。因此，在接触点405-b-1和接触点410-a-1被驱动成物理接触的配置中，顺应性元件420-b可响应于从动接触(例如，对应于偏心元件325-c在轴321-c上方垂直地对准的配置)而储存第一弯曲预载荷。
在另一个示例中，当在图6B的视图中沿逆时针方向旋转该旋转元件320-c(例如，通过驱动该驱动元件610)时，连杆330-c可向下拉动耦合位置605，这可相应地向下拉动耦合位置331-b，从而使中间结构310-c围绕轴306-c旋转直到中间结构310-c(例如，接触点410-b-2)接触基座结构305-c的接触点405-b-2。中间结构310-c可在偏心元件325-c与轴321-c垂直地对准(例如，在其正下方)之前到达接触点405-b-2，并且旋转元件320-c进一步旋转达到这种对准可使顺应性元件420-b弯曲(例如，因耦合位置605的向下运动，同时耦合位置331-c保持对应于接触点410-b-2和接触点405-b-2之间的接触的位置)。因此，在接触点405-b-2和接触点410-a-2被驱动成物理接触的配置中，顺应性元件420-b可响应于从动接触(例如，对应于偏心元件325-c在轴321-c下方垂直地对准的配置)而储存第二弯曲预载荷，其中与第一弯曲预载荷相比，第二弯曲预载荷可被视为负或相反的弯曲。
在各种示例中，将预载荷储存在顺应性元件420-b中可减少天线定位装置115-e的各种部件中的侧隙的效应。例如，部件之间的宽松物理接触(例如，“游隙”)可存在于以下的任何一者或多者处：轴306-c(例如，基座结构305-c与中间结构310-c之间的直接联轴器)、轴321-c(例如，旋转元件320-c与基座结构305-c之间的直接联轴器)、偏心元件325-c(例如，偏心元件325-c与旋转元件320-c之间的直接联轴器、偏心元件325-c与连杆330-c之间的直接联轴器)、耦合位置605(例如，连杆330-c与顺应性元件420-b之间的直接联轴器)或耦合位置331-c(例如，顺应性元件420-b与中间结构310-c之间的直接联轴器)。
通过将预载荷储存在顺应性元件420-b中，可将部件之间的物理接触偏置或加载到特定位置，以使得此类部件不能自由移动，或至少能够抵抗一些载荷、力或其他切换运动。例如，此类预载荷可防止响应于入射到天线系统105-e上的操作风而在偏心倾斜定位机构301-c的部件之间切换。因此，通过将预载荷储存在顺应性元件420-b中，可(例如，在储存这种预载荷的操作点处)减少或消除中间结构310-c与基座结构305-c之间的相对运动，这可因对定位系统340-c提供的更稳定的平台(例如，中间结构310-c的更稳定的位置)而改善天线视轴111-e的指向准确性。由于此类系统对各种部件中的侧隙不太敏感，因此此类布置可允许在各种连接点处使用简化或更低成本的部件，诸如更低公差的轴承、联轴器或轴衬。
尽管天线系统105-e的驱动元件610被示出为回转驱动器，但是各种其他类型的驱动元件610可用于支持倾斜定位的所述技术，它们可与物理止动件(例如，接触点405、接触点410)结合使用。此外，此类其他类型的驱动元件610可与各种类型的顺应性元件420结合使用以便储存预载荷，这可减轻侧隙的效应并且改善指向或定位天线视轴111的准确性。
图7示出了根据本公开的各个方面的采用天线定位器340-d和偏心倾斜定位机构301-d的天线系统105-f的视图。天线定位器340-d可提供天线视轴111(未示出)围绕第一定位轴341-d和第二定位轴342-d(例如，相对于中间结构310-d)的定位。偏心倾斜定位机构301-d可被配置为使中间结构310-d及因此天线定位器340-d围绕轴306-d相对于基座结构305-d旋转。
偏心倾斜定位机构301-d示出了一个示例，其中可通过利用接合在中间结构310-d的狭槽710中的偏心元件325-d(例如，销)致动旋转元件320(例如，使旋转元件320-c围绕轴321-d旋转)来控制、设定或保持基座结构305-d与中间结构310-d之间的相对旋转或角度。换句话讲，偏心倾斜定位机构301-d示出了用于支持偏心元件325-d在从轴306-d偏移的位置处与中间结构310-d耦合(例如，直接经由狭槽710耦合)的示例。在一些示例中，此类致动可包括使用驱动元件610-b(例如，回转驱动器)来旋转该旋转元件320-c，使得偏心元件325-d处于特定位置(例如，使得偏心元件325-d与轴321-d垂直地对准或接近垂直地对准)。在一些示例中，此类实施方案可用于支持从倾斜定位器省略连杆330。
尽管天线系统105-f中未示出接触点405、接触点410或顺应性元件420，但是包括接合在狭槽710中的偏心元件325-d(例如，销)的偏心倾斜定位机构301可根据本文所述技术包括接触点405、接触点410或顺应性元件420中的一者或多者(例如，如参考图4A和图4B的天线系统105-c所描述)。
图8示出了根据本公开的各个方面的框图800，其示出了用于天线定位装置115的控制系统810。控制系统810可被配置为控制参考图1至图6所描述的倾斜定位器(例如，偏心倾斜定位机构301)或天线视轴定位器(例如，天线定位器340)中的一者或两者。例如，控制系统810可包括用于控制中间结构310或天线定位器340围绕倾斜轴(例如，围绕轴306，基于目标设备150的预测或未来路径或位置)的对准的倾斜位置控制器830，以及用于通过围绕两个或更多个旋转自由度(例如，围绕第一定位轴341或第二定位轴342，基于目标设备150的当前位置)定位天线视轴111来主动地跟踪目标设备150的目标设备跟踪控制器840。控制系统810可被配置为在安装或启动之后设定初始位置(例如，初始倾斜位置、初始视轴对准)，以补偿目标设备150的不同预测或当前目标路径(例如，路径250)或位置，使天线视轴111朝向新目标设备150或目标路径205定位，或对任何其他控制命令作出响应。
控制系统810可包括定位轴控制器820以限定或监测天线定位装置115的各种状态或提供天线定位装置115的其他高级功能。天线定位装置115的状态可包括初始化状态、操作状态或故障状态，并且定位轴控制器820可响应于从路径检测部件850、倾斜位置控制器830、目标设备跟踪控制器840接收到的预编程的命令或信号、或来自控制系统810外部诸如位置检测器、编码器、传感器、继电器的信号、用户命令或任何其他控制信号而在状态之间改变或保持特定状态。在一些示例中，定位轴控制器820可根据不同模式来管理操作，该不同模式诸如为对应于重新定位模式、倾斜模式或重新训练模式的第一模式(例如，当使中间结构310或天线定位器340从相对于基座结构305的一个角位置倾斜到另一个角位置时，当未主动地跟踪目标设备150时，当未与目标设备150建立通信链路130时)，或对应于跟踪模式或跟踪经过的第二模式(例如，当跟踪目标设备150的位置以支持经由通信链路130的有源通信时)。定位轴控制器820还可响应于从路径检测部件850、倾斜位置控制器830、目标设备跟踪控制器840接收到的预编程的指令或信号、或来自控制系统810外部的部件诸如位置检测器或编码器、解析器、同步器、传感器、继电器、输入设备(例如，用户命令或自动化控制命令)或其他控制系统的信号而生成被输送到倾斜位置控制器830或目标设备跟踪控制器840的各种控制信号。
定位轴控制器820可接收与目标设备150的预测路径205、目标设备150的当前位置、当前倾斜位置、天线视轴的当前对准及其他有关的信号或命令，以向倾斜位置控制器830或目标设备跟踪控制器840提供命令或信号。例如，定位轴控制器820可向倾斜位置控制器830提供使中间结构310或天线定位器340旋转到特定角取向(例如，倾斜角度)的命令，然后保持该角取向(例如，定位轴控制器820、控制系统810或相关联的天线系统105的第一模式的致动)。当中间结构310或天线定位器340(例如，由倾斜位置控制器830)保持处于一定角取向时，定位轴控制器820可向目标设备跟踪控制器840提供致动天线定位器340的命令以提供所选择的天线定位(例如，以便主动地跟踪目标设备150)。
在各种示例中，定位轴控制器820所提供的控制(例如，向倾斜位置控制器830或目标设备跟踪控制器840提供的操作模式、命令或参数的选择)可基于相关联的天线系统105的各种条件、特性或能力。例如，控制的各个方面可基于或以其他方式响应于天线定位器340的方位能力、天线定位器340的俯仰能力或它们的组合。在一些示例中，控制的各个方面可基于或以其他方式响应于定位系统的角度自由度的定位轴(例如，第一定位轴341、第二定位轴342)与目标设备150的预测路径205之间的角间距(例如，第一定位轴341的方向与预测路径205之间围绕轴306或第二定位轴342的满足阈值或低于阈值的角度)。在一些示例中，控制的各个方面可基于或以其他方式响应于与沿着目标设备150的预测路径205跟踪目标设备150相关联(例如，所需)的定位系统340的预测角速率(例如，满足阈值或超过阈值的方位或俯仰速率或加速度)。在一些示例中，控制的各个方面可基于或以其他方式响应于与沿着目标设备150的预测路径205跟踪目标设备150相关联(例如，所需)的天线定位器340的预测角度(例如，满足阈值或超过阈值的俯仰角)。
路径检测部件850可被配置为识别或确定目标设备的预测路径。在一些示例中，路径检测部件850可接收与卫星相关联的信息，诸如与轨道路径、或卫星相对于天线系统105、倾斜轴(例如，轴306)或定位轴(例如，第一定位轴341)的路径的经度或其他方向或位置相对应的信息。在一些示例中，路径检测部件850可接收或确定随时间推移的关于目标设备150的位置信息，并且可由此类信息(例如，通过外推)计算目标设备150的预测路径。此类计算可用于这样的场景，其中所述倾斜定位器用于响应于没有预定路径的运动目标设备150或运动天线系统105(诸如飞机、陆基车辆或其他此类目标设备150或天线系统105)而使天线定位器340的一个或多个轴重新取向。路径检测部件850可将各种信息传递到定位轴控制器820，该定位轴控制器可基于此类信息来进行各种计算或确定(例如，是保持还是致动倾斜定位器)。
倾斜位置控制器830可被配置用于至少部分地基于目标设备150的预测路径205来控制倾斜致动器(例如，偏心倾斜定位机构301)。在一些示例中，此类致动器可耦合在基座结构305与中间结构310之间，该中间结构围绕轴306与基座结构305可旋转地耦合。在一些示例中，该控制可包括开启或以其他方式致动驱动元件610(例如，回转驱动器、马达、动力传动系统)，并且驱动元件可使旋转元件320旋转以设定、改变或保持基座结构305与中间结构310之间的角度。在一些示例中，这种致动可包括或以其他方式引起中间结构310的旋转，直到达到中间结构310与基座结构305之间的物理接触。在一些示例中，此类致动可包括或以其他方式引起顺应性元件420在致动器(例如，驱动元件)与基座结构305或中间结构(310)中的一者之间的预荷载。在一些示例中，此类致动可包括改变为或保持在选自一组离散角位置的特定角位置(例如，两个角位置中的一者，诸如与参考图4A和图4B描述的配置400-a或400-b中的一者相对应的倾斜角度)。
在一些示例中，倾斜位置控制器830可基于预编程的指令或从定位轴控制器820或目标设备跟踪控制器840接收到的其他信号、来自倾斜位置驱动元件的反馈信号、或从控制系统810外部接收到的其他指令或信号(诸如编码器信号或任何其他信号)来生成倾斜位置驱动元件的控制信号。倾斜位置控制器830可向倾斜位置驱动元件输送与倾斜定位器(例如，偏心倾斜定位机构301)运动的大小和方向有关的命令或信号。倾斜位置驱动元件可包括功率晶体管以根据命令或信号来从电源生成马达或其他致动器的驱动电流，从而提供中间结构310相对于基座结构305的所选择的角位置。
目标设备跟踪控制器840可被配置为使用天线视轴111来跟踪目标设备150，这可为在倾斜位置控制器830维持(例如，保持)中间结构310与基座结构305之间的相对角度时的跟踪。在一些示例中，目标设备跟踪控制器840可被配置为控制定位系统(例如，天线定位器340)，该定位系统与中间结构310耦合并且能够使天线视轴111围绕相对于中间结构310的至少两个角度自由度进行取向。
目标设备跟踪控制器840可基于预编程的指令或从定位轴控制器820或倾斜位置控制器830接收到的其他信号、来自一个或多个天线定位器驱动元件的反馈信号、或从控制系统810外部接收到的其他指令或信号(诸如编码器信号或任何其他信号)来生成一个或多个天线定位器驱动元件的控制信号。目标设备跟踪控制器840可向一个或多个天线定位器驱动元件输送与天线视轴111运动的大小和方向有关的命令或信号(例如，以便定位天线定位器340)。该一个或多个天线定位器驱动元件可包括功率晶体管以根据命令或信号来从电源生成一个或多个马达或其他致动器的驱动电流，从而提供所选择的视轴取向，诸如天线视轴111围绕第一定位轴341或第二定位轴342的取向。
在一些示例中，定位轴控制器820、路径检测部件850、倾斜位置控制器830和目标设备跟踪控制器840可为单独设备、或单一控制系统810的单独部分。在其他示例中，定位轴控制器820、路径检测部件850、倾斜位置控制器830和目标设备跟踪控制器840可被集成到相同部件或模块中。
在一些示例中，控制系统810还可包括天线信号反馈信息测量部件，其可被配置为在各种位置处测量天线信号的特性，包括识别或估计信号强度、干扰、丢失的数据包等。在一些示例中，可将所测量的天线信号反馈信息发送到定位轴控制器820或另一个在控制系统810内部或外部的控制器处理器(例如，倾斜位置控制器830、目标设备跟踪控制器840)。附加地或另选地，可在天线信号反馈信息测量部件内使用所测量的信号反馈信息。
控制系统810(包括定位轴控制器820、倾斜位置控制器830、目标设备跟踪控制器840和路径检测部件850)可使用被设计为执行本文所述功能的处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA、状态机或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或它们的任何组合来实现或执行。处理器也可以被实现为计算设备的组合(诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与DSP核结合的一个或多个微处理器的组合、或任何其他这样的配置)。
图9示出了根据本公开的各方面的流程图，其示出了支持使用偏心倾斜指向机构进行天线定位的方法900。可由如本文所述的系统或其部件来实现方法900的操作。例如，可由如参考图1至图8描述的天线定位装置115来执行方法900的操作。在一些示例中，系统(例如，控制系统810)可执行一组指令以控制天线定位装置115的功能元件，从而执行所述功能。附加地或另选地，系统可使用专用硬件来执行所述功能的各方面。
在905处，系统可确定目标设备的预测路径。可根据本文所述的方法来执行905的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的路径检测部件850来执行905的操作的各方面。
在910处，系统可基于目标设备的预测路径来控制致动器。致动器可耦合在基座结构与中间结构之间，该中间结构围绕第一轴与基座结构可旋转地耦合。致动器可包括旋转元件和偏心元件，该旋转元件被配置为围绕第二轴旋转，并且该偏心元件与旋转元件和中间结构耦合。在一些示例中，控制致动器来使旋转元件旋转以设定基座结构与中间结构之间围绕第一轴的第一角度。可根据本文所述的方法来执行910的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的倾斜位置控制器830来执行910的操作的各方面。
在915处，系统可使用与中间结构耦合的定位系统以天线视轴跟踪目标设备，同时保持第一角度。在一些示例中，定位系统可被配置为使天线视轴围绕相对于中间结构的至少两个角度自由度进行取向。可根据本文所述的方法来执行915的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的目标设备跟踪控制器840来执行915的操作的各方面。
在一些示例中，如本文所述的装置可执行一种或多种方法，诸如方法900。该装置可包括这样的特征、装置或指令(例如，存储可由处理器执行的指令的非暂态计算机可读介质)，它们用于确定目标设备的预测路径；基于目标设备的预测路径来控制致动器以设定基座结构与中间结构之间的第一角度，该中间结构围绕第一轴与基座结构可旋转地耦合；并且使用与中间结构耦合的定位系统以天线视轴跟踪目标设备，同时保持第一角度。在一些示例中，致动器耦合在基座结构之间，并且致动器可包括旋转元件和偏心元件，该旋转元件被配置为围绕第二轴旋转，并且该偏心元件与旋转元件和中间结构耦合。在一些示例中，控制致动器来使旋转元件旋转。在一些示例中，定位系统被配置为使天线视轴围绕相对于中间结构的至少两个角度自由度进行取向。
本文所述的方法900和装置的一些示例还可包括这样的操作、特征、装置或指令，它们用于确定另一个目标设备的第二预测路径；基于第二目标设备的第二预测路径来控制致动器，其中该控制保持基座结构与中间结构之间围绕第一轴的第一角度；并且使用定位系统以天线视轴跟踪另一目标设备，同时继续保持第一角度。在各种示例中，另一目标设备可与该目标设备相同或与该目标设备不同。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可包括用于从由第一角度和第二角度组成的组或一些其他离散角度组中选择第一角度的操作、特征、装置或指令。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可基于定位系统的方位能力、定位系统的俯仰能力或它们的组合。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可基于至少两个角度自由度中的一者的轴与目标设备的预测路径之间的满足阈值的角间距。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可基于与沿着目标设备的预测路径跟踪目标设备相关联的定位系统的满足阈值的预测角速率。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可基于与沿着目标设备的预测路径跟踪目标设备相关联的定位系统的满足阈值的预测俯仰角。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可包括用于旋转该旋转元件直到达到中间结构的接触点与基座结构的接触点之间的物理接触的操作、特征、装置或指令。
在本文所述的方法900和装置的一些示例中，该控制可包括用于在达到中间结构的接触点与基座结构的接触点之间的物理接触之后旋转该旋转元件的操作、特征、装置或指令，其中在达到物理接触之后旋转会在致动器与基座结构或中间结构中的一者之间预加载顺应性元件。
图10示出了根据本公开的各方面的流程图，其示出了支持使用倾斜指向机构进行天线定位的方法1000。可由如本文所述的系统或其部件来实现方法1000的操作。例如，可由如参考图1至图8描述的天线定位装置115来执行方法1000的操作。在一些示例中，系统(例如，控制系统810)可执行一组指令以控制该系统的功能元件，从而执行所述功能。附加地或另选地，系统可使用专用硬件来执行所述功能的各方面。
在1005处，系统可确定目标设备的预测路径。可根据本文所述的方法来执行1005的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的路径检测部件850来执行1005的操作的各方面。
在1010处，系统可基于目标设备的预测路径来控制致动器。致动器可耦合在基座结构与中间结构之间，该中间结构围绕第一轴与基座结构可旋转地耦合。在一些示例中，控制致动器来设定基座结构与中间结构之间围绕第一轴的第一角度。在一些示例中，该控制可包括致动直到达到中间结构的接触点与基座结构的接触点之间的物理接触。在一些示例中，该控制还可包括在达到中间结构的接触点与基座结构的接触点之间的物理接触之后致动，并且该致动可在致动器与基座结构或中间结构中的一者之间形成或以其他方式储存顺应性元件的预载荷。可根据本文所述的方法来执行1010的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的倾斜位置控制器830来执行1010的操作的各方面。
在1015处，系统可使用与中间结构耦合的定位系统以天线视轴跟踪目标设备，同时保持第一角度。在一些示例中，定位系统可被配置为使天线视轴围绕相对于中间结构的至少两个角度自由度进行取向。可根据本文所述的方法来执行1015的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的目标设备跟踪控制器840来执行1015的操作的各方面。
在1020处，系统可确定第二目标设备的第二预测路径。可根据本文所述的方法来执行1020的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的路径检测部件850来执行1020的操作的各方面。
在1025处，系统可基于第二目标设备的第二预测路径来控制致动器，其中该控制保持基座结构与中间结构之间围绕第一轴的第一角度。在一些示例中，该控制可保持中间结构的接触点与基座结构的接触点之间的物理接触。在一些示例中，该控制还可包括在致动器与基座结构或中间结构中的一者之间保持顺应性元件的预载荷。可根据本文所述的方法来执行1025的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的倾斜位置控制器830来执行1025的操作的各方面。
在1030处，系统可使用定位系统以天线视轴跟踪第二目标设备，同时保持第一角度。可根据本文所述的方法来执行1030的操作。在一些示例中，可由如参考图8描述的目标设备跟踪控制器840来执行1030的操作的各方面。
应当注意，上述方法描述了可能的实施方式，并且所述操作和步骤可被重新布置或以其他方式修改，并且其他实施方式是可能的。此外，可组合来自所述方法中的两种或更多种方法的方面。
因此，方法900和1000可在采用多组件天线定位器的系统中提供天线定位。应当注意，方法900和1000讨论了示例性实施方式，并且方法900或1000的操作可被重新布置或以其他方式修改，使得其他实施方式是可能的。例如，可组合来自方法900或1000中的两种或更多种方法的方面。
上文结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性实施方案，并且不仅仅表示可实现的或在权利要求的范围内的实施方案。本说明书通篇使用的术语“示例”意指“用作示例、实例或说明”，而不是“优选”或“优于其他方案”。具体实施方式出于提供对所述技术的理解的目的包括特定细节。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践这些技术。在一些情况下，以框图形式示出了众所周知的结构和设备，以避免模糊所描述的实施方案的概念。
前面的描述和权利要求可指被“连接”或“耦合”在一起的元件或特征。如本文所用，除非另外明确说明，否则“连接”意指一个元件/特征直接或间接地连接到另一个元件/特征。同样，除非另外明确说明，否则“耦合”意指一个元件/特征直接或间接地与另一个元件/特征耦合。
如本文所用，除非另外明确说明，否则“可旋转地耦合”是指对象之间的耦合，这些对象在耦合位置处在它们之间具有位置约束，并且在它们之间具有至少一个旋转自由度，其中所述至少一个旋转自由度围绕穿过耦合位置的至少一个轴。例如，对象可以由滚珠轴承、滚柱轴承、轴颈轴承、轴衬、球面轴承、球窝接头等中的任何一者可旋转地耦合。对象“可旋转地耦合”的描述并未排除这些对象之间的线性自由度。例如，可旋转地耦合的对象可以由圆柱形轴颈轴承耦合，该圆柱形轴颈轴承提供围绕圆柱体的轴的旋转自由度以及沿着圆柱体的轴的线性自由度。在这种示例中，对象之间的位置约束将沿从圆柱体的轴的径向方向。
如本文所用，除非另外明确说明，否则“固定地耦合”是指对象之间的耦合，这些对象在它们之间既没有线性自由度，也没有旋转自由度。例如，对象可以由螺钉、螺栓、夹钳、磁体中的任何一者或多者固定地耦合，或由诸如焊接、硬钎焊、软钎焊、胶粘、熔接等方法固定地耦合。对象“固定地耦合”的描述并未完全排除对象之间的移动。例如，固定地耦合的对象在耦合位置处可具有松动或磨损，这允许对象之间的一些程度的移动。此外，固定地耦合的对象可因对象之内或之间的顺应性而在它们之间经历一定程度的移动。另外，固定地耦合的两个对象可不直接接触，而是可具有固定地耦合在这两个对象之间的其他部件。
因此，尽管附图所示的各种示意图描绘了元件和部件的示例性布置，但是在实际实施方案中可存在附加的中间元件、设备、特征或部件(假设所描绘的电路的功能不受不利影响)。
信息和信号可以使用各种不同技术和技巧中的任何一种来表示。例如，可在整个上述描述中引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或它们的任何组合表示。
本文所述的功能可使用不同的材料、特征、形状、尺寸等以各种方式实现。其他示例和具体实施在本公开和所附权利要求书的范围内。实现功能的特征还可以物理地位于各种位置，包括分布，使得功能部分在不同的物理位置实现。另外，如本文(包括在权利要求书中)所用，在项目列表(例如，以诸如“……中的至少一者”或“……中的一者或多者”的短语为前缀的项目列表)中使用的“或”指示选言列表，使得例如“A、B或C中的至少一者”列表意指A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即，A和B和C)。
提供本公开的先前描述以使得本领域技术人员能够做出或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，本文所定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开不限于本文描述的示例和设计，而是要符合与本文公开的原理和新颖性特征一致的最宽范围。

Claims (26)

1.一种系统，包括：
基座结构(305)；
中间结构(310)，所述中间结构围绕第一轴(306)与所述基座结构(305)可旋转地耦合；以及
定位系统(340)，所述定位系统与所述中间结构(310)耦合并且被配置为使天线视轴(111)围绕相对于所述中间结构(310)的至少两个角度自由度进行取向；以及
所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间的致动器(301)，所述致动器(301)包括旋转元件(320)和偏心元件(325)，所述旋转元件被配置为围绕第二轴(321)旋转，并且所述偏心元件与所述旋转元件(320)和所述中间结构(310)耦合并且被配置为响应于所述旋转元件(320)的旋转而改变所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间围绕所述第一轴(306)的相对角度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中通过所述基座结构(305)的第一接触点(405)与所述中间结构(310)的第一接触点(410)之间的物理接触来将所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间围绕所述第一轴(306)的所述相对角度限制在第一角度。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述偏心元件(325)经由顺应性元件(420)与所述中间结构(310)耦合。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述顺应性元件(420)被配置为至少部分地基于所述旋转元件(320)围绕所述第二轴(321)的角位移来储存预载荷，同时保持所述基座结构(305)的所述第一接触点(405)与所述中间结构(310)的所述第一接触点(410)之间的所述物理接触。
5.根据权利要求2所述的系统，其中通过所述基座结构(305)的第二接触点(405)与所述中间结构(310)的第二接触点(410)之间的物理接触来将所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间围绕所述第一轴(306)的所述相对角度限制在第二角度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，还包括：
控制器，所述控制器被配置为至少部分地基于目标设备(150)的预测路径(205)来控制所述致动器(301)。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器被配置为：
至少部分地基于所述目标设备(150)的所述预测路径(205)来确定是致动所述致动器(301)以将所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间的所述相对角度从第一角度改变为第二角度，还是保持所述致动器(301)以将所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间的所述相对角度保持在所述第一角度。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器被配置为：
保持所述致动器(301)以将所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间的所述相对角度保持在第一角度；以及
控制所述定位系统(340)以使所述天线视轴(111)朝向所述目标设备(150)进行取向，同时保持所述致动器(301)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，还包括：
控制器，所述控制器被配置为至少部分地基于目标设备(150)相对于所述系统的预测位置来控制所述致动器(301)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述定位系统(340)包括：
俯仰定位器；以及
所述俯仰定位器与所述中间结构(310)之间的方位定位器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述偏心元件(325)包括接合在所述中间结构(310)的狭槽中的销。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述偏心元件(325)与连杆(330)的第一端耦合，并且所述中间结构(310)与所述连杆(330)的第二端耦合。
13.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其中所述第一轴(306)是水平的。
14.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，其中所述第二轴(321)是水平的。
15.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其中所述第二轴(321)平行于所述第一轴(306)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其中所述致动器(301)包括回转驱动器，所述回转驱动器被配置为使所述旋转元件(320)围绕所述第二轴(321)旋转。
17.一种指向天线的方法，包括：
确定目标设备(150)的预测路径(205)；
至少部分地基于所述目标设备(150)的所述预测路径(205)来控制致动器(301)，所述致动器(301)耦合在基座结构(305)与中间结构(310)之间，所述中间结构围绕第一轴(306)与所述基座结构(305)可旋转地耦合，并且所述致动器(301)包括旋转元件(320)和偏心元件(325)，所述旋转元件被配置为围绕第二轴(321)旋转，并且所述偏心元件与所述旋转元件(320)和所述中间结构(310)耦合，其中所述控制所述致动器(301)使所述旋转元件(320)旋转以设定所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间围绕所述第一轴(306)的第一角度；以及
使用定位系统(340)以天线视轴(111)跟踪所述目标设备(150)，同时保持所述第一角度，所述定位系统与所述中间结构(310)耦合并且被配置为使所述天线视轴(111)围绕相对于所述中间结构(310)的至少两个角度自由度进行取向。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述控制包括：
旋转所述旋转元件(320)直到达到所述中间结构(310)的接触点(410)与所述基座结构(305)的接触点(405)之间的物理接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述控制包括：
在达到所述中间结构(310)的所述接触点(410)与所述基座结构(305)的所述接触点(405)之间的所述物理接触之后旋转所述旋转元件(320)，其中在达到所述物理接触之后的所述旋转会在所述致动器(301)与所述基座结构(305)或所述中间结构(310)中的一者之间预加载顺应性元件(420)。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，还包括：
确定第二目标设备(150)的第二预测路径(205)；
至少部分地基于所述第二目标设备(150)的所述第二预测路径(205)来控制所述致动器(301)，其中所述控制保持所述基座结构(305)与所述中间结构(310)之间围绕所述第一轴(306)的所述第一角度；以及
使用所述定位系统(340)以所述天线视轴(111)跟踪所述第二目标设备(150)，同时保持所述第一角度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二目标设备(150)与所述目标设备(150)相同。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中所述控制包括：
从由所述第一角度和第二角度组成的组中选择所述第一角度。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中所述控制至少部分地基于所述定位系统(340)的方位能力、所述定位系统(340)的俯仰能力或它们的组合。
24.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中所述控制至少部分地基于所述至少两个角度自由度中的一者的轴(341，342)与所述目标设备(150)的所述预测路径(205)之间的满足阈值的角间距。
25.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中所述控制至少部分地基于与沿着所述目标设备(150)的所述预测路径(205)跟踪所述目标设备(150)相关联的所述定位系统(340)的满足阈值的预测角速率。
26.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中所述控制至少部分地基于与沿着所述目标设备(150)的所述预测路径(205)跟踪所述目标设备(150)相关联的所述定位系统(340)的满足阈值的预测俯仰角。
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