CN112310597B - 磁吸式低成本船载vsat天线系统 - Google Patents

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Abstract

一种磁吸式低成本船载VSAT天线系统，包括控制系统、多点位电磁定位装置和抛物面天线；所述控制系统包括方位变化感应装置和控制器；所述多点位电磁定位装置包括弧形多孔板和底座；所述弧形多孔板正上方设有一个支撑环，所述滚珠相匹配的嵌入到支撑环内；需要改变抛物面天线角度时，铁磁性金属头在弧形多孔板范围内被不同棒状电磁铁吸附而运动，带动抛物面天线角度发生改变；本发明体积小，结构简单，不需要复杂的两轴甚至三轴伺服跟踪装置，成本大大降低，无转动件，故障率低，寿命和可靠性增强；可通过伸缩装置对抛物面天线的位置进行固定，减少耗电；由于铁磁性金属头是直接由原孔位到达目标孔位，调节速度快，调整一步到位。

Description

磁吸式低成本船载VSAT天线系统
技术领域
本发明属于船载卫星技术领域，具体涉及一种磁吸式低成本船载VSAT天线系统。
背景技术
VSAT可直译为“甚小孔径终端”，是传统卫星通信系统中的一种微型地球站或小型地球站，这里的“小”指的是VSAT系统中小站设备的天线口径小，其设备结构紧凑、固体化、智能化、价格便宜、安装方便、对使用环境要求不高，且不受地面网络的限制，组网灵活，因此，VSAT在船载卫星领域有较为广泛的应用。
由于船航行时会不断摇晃，因此需要搭配两轴或三轴的伺服跟踪装置以保证信号稳定，一套搭配有稳定的伺服跟踪装置的VSAT系统价格动辄在万元以上，价格不菲，需要占用较大的体积，且伺服跟踪装置需要较高精度的控制，在船行驶过程中需要不断运行，多个转动部件在长期使用时较容易出故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，成本低，寿命和可靠性强的船载VSAT天线系统。
本发明的另一个目的是提供一种调节速度快，调整一步到位，可较好的实现伺服跟踪和抗船体摇晃功能的船载VSAT天线系统。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种磁吸式低成本船载VSAT天线系统，包括控制系统、多点位电磁定位装置和抛物面天线；
所述控制系统包括方位变化感应装置和控制器，所述方位变化感应装置和控制器电性连接；所述方位变化感应装置包括用于感知船体方位变化的电子罗盘或方位角、俯仰角传感器；所述控制器将方位变化感应装置所发送的信号处理为具体的位置变化指令，并控制相应位置的棒状电磁铁产生吸附力；
所述多点位电磁定位装置包括弧形多孔板和底座，所述底座固定于支撑架正下方，所述弧形多孔板安装在底座上，弧形多孔板内侧面开设有多个孔位，每个孔位内安装有一个棒状电磁铁，所述棒状电磁铁分别与控制器电性连接；
所述抛物面天线的外侧面底部垂直设有一根直杆，直杆中部固定有一个滚珠，直杆底部下端固定有铁磁性金属头；
弧形多孔板正上方设有一个支撑环，支撑环内侧设有环状的凹面，所述滚珠相匹配的嵌入到支撑环内，且滚珠可在支撑环内滚动；支撑环通过支架固定在弧形多孔板或底座上；
使用时，只有一根合适位置的棒状电磁铁通电产生磁力，铁磁性金属头吸附在该棒状电磁铁上方从而将抛物面天线的姿态固定；需要改变抛物面天线角度时，铁磁性金属头在弧形多孔板范围内被不同棒状电磁铁吸附而运动，带动抛物面天线角度发生改变。
优选的是，所述棒状电磁铁通电时对铁磁性金属头产生吸附力，且铁磁性金属头下端面与棒状电磁铁上端面不接触。
优选的是，所述铁磁性金属头底部沿直杆长度方向设有一个安装孔，所述安装孔内设有一个伸缩装置，所述伸缩装置包括一端可伸出安装孔外的伸缩棒和用于控制伸缩棒伸缩回安装孔内的驱动器；所述驱动器与控制器电性连接。
优选的是，所述棒状电磁铁上端面与孔位平齐或凸出于孔位；每个棒状电磁铁上端面设有一个定位板，定位板上侧中部设有与伸缩棒下端形状相适应的凹槽。
优选的是，所述抛物面天线静止时，伸缩棒伸出安装孔外且一端卡止在凹槽内从而将抛物面天线角度固定；改变抛物面天线角度时，需要将铁磁性金属头由原孔位移动至目标孔位处，驱动器控制伸缩棒缩回，卡止结束，此时铁磁性金属头移动到目标孔位处，伸缩棒伸出并卡止，目标孔位内的棒状电磁铁断电，抛物面天线角度改变完成。
优选的是，所述滚珠与弧形多孔板同心设置。
优选的是，所述铁磁性金属头从一个孔位上方移到相邻孔位上方时，抛物面天线转动的角度不超过2°。
优选的是，所述抛物面天线的最大转动幅度不小于90°。
优选的是，所述抛物面天线采用轻质材料。
优选的是，所述弧形多孔板上用于控制抛物面天线俯仰角度改变的孔位不少于用于控制抛物面天线左右角度改变的孔位。
优选的是，所述抛物面天线采用轻质材料。
本发明的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，至少具有以下优点：
体积小，结构简单，不需要复杂的两轴甚至三轴伺服跟踪装置，成本大大降低；无转动件，故障率低，寿命和可靠性增强；可通过伸缩装置对抛物面天线的位置进行固定，减少耗电；由于铁磁性金属头是直接由原孔位到达目标孔位，调节速度快，调整一步到位，可较好的实现伺服跟踪和抗船体摇晃功能，尤其适用于抗船体摇晃性能较差的中小型船只。
附图说明
图1为一种磁吸式低成本船载VSAT天线系统的结构示意图；
图中编号为：1-多点位电磁定位装置，2-抛物面天线，3-弧形多孔板，4-底座，5-孔位，6-棒状电磁铁，7-直杆，8-滚珠，9-铁磁性金属头，10-支撑环，11-支架，12-安装孔，13-伸缩装置，14-伸缩棒，15-驱动器，16-定位板，17-凹槽。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
一种磁吸式低成本船载VSAT天线系统，包括控制系统、多点位电磁定位装置1和抛物面天线2；
所述控制系统包括方位变化感应装置和控制器，所述方位变化感应装置和控制器电性连接；所述方位变化感应装置包括用于感知船体方位变化的电子罗盘（如三维电子罗盘）或方位角、俯仰角传感器；所述控制器将方位变化感应装置所发送的信号处理为具体的位置变化指令，并控制相应位置的棒状电磁铁产生吸附力；目前，船用天线系统卫星方位确定多采用坐标变换方案，在坐标变换方案中需要获得载体的纵摇角、横摇角和艏摇角等，经过坐标变换，求得俯仰和方位在天线坐标系下的控制角度。通过坐标变换方案，在船体姿态改变时，获得抛物面天线对准卫星所需要的变化角度，经进步一计算将需要的变化角度落实到具体的某个棒状电磁铁上。
所述多点位电磁定位装置包括弧形多孔板3和底座4，所述底座固定于支撑架正下方，所述弧形多孔板安装在底座上，弧形多孔板内侧面开设有多个孔位5，每个孔位内安装有一个棒状电磁铁6，所述棒状电磁铁分别与控制器电性连接；
所述抛物面天线的外侧面底部垂直设有一根直杆7，直杆中部固定有一个滚珠8，直杆底部下端固定有铁磁性金属头9；铁磁性金属头位置的改变，带动抛物面天线角度的改变。铁磁性金属头可以是球形、圆柱形或下端面为曲率与弧形多孔板相适应的板状等。
弧形多孔板正上方设有一个支撑环10，支撑环内侧设有环状的凹面，所述滚珠相匹配的嵌入到支撑环内，且滚珠可在支撑环内滚动；支撑环通过支架11固定在弧形多孔板或底座上；支撑环承载了抛物面天线的重量，并使抛物面天线可沿一个以滚珠为中心的球面移动。
使用时，只有一根合适位置的棒状电磁铁通电产生磁力，铁磁性金属头吸附在该棒状电磁铁上方从而将抛物面天线的姿态固定；需要改变抛物面天线角度时，铁磁性金属头在弧形多孔板范围内被不同棒状电磁铁吸附而运动，带动抛物面天线角度发生改变。
所述棒状电磁铁通电时对铁磁性金属头产生吸附力，且铁磁性金属头下端面与棒状电磁铁上端面不接触。铁磁性金属头与棒状电磁铁上端面不接触（一般来说，铁磁性金属头与棒状电磁铁上端面之间的距离不大于2cm，防止距离过大吸力不够），可减少铁磁性金属头移动时的阻力，也可以更容易被吸附到目标孔位；
所述铁磁性金属头底部沿直杆长度方向设有一个安装孔12，所述安装孔内设有一个伸缩装置13，所述伸缩装置包括一端可伸出安装孔外的伸缩棒14和用于控制伸缩棒伸缩回安装孔内的驱动器15；所述驱动器与控制器电性连接。实际应用中，所述驱动器可采用电磁驱动器，伸缩棒上套设有弹簧，电磁驱动器不工作时，伸缩棒伸出安装孔外，且一端卡在凹槽内；电磁驱动器启动时，伸缩棒缩入安装孔；或者，所述驱动器还可采用电机，电机旋转控制伸缩棒伸出或缩入安装孔。
所述棒状电磁铁上端面与孔位平齐或凸出于孔位；每个棒状电磁铁上端面设有一个定位板16，定位板上侧中部设有与伸缩棒下端形状相适应的凹槽17。
所述抛物面天线静止时，伸缩棒伸出安装孔外且一端卡止在凹槽内从而将抛物面天线角度固定；改变抛物面天线角度时，需要将铁磁性金属头由原孔位移动至目标孔位处，驱动器控制伸缩棒缩回，卡止结束，此时铁磁性金属头移动到目标孔位处，伸缩棒伸出并卡止，目标孔位内的棒状电磁铁断电，抛物面天线角度改变完成。值得说明的是，伸缩棒在到达目标孔位正上方且未完全静止（铁磁性金属头在被完全吸附静止前会有一个短暂的震颤过程）之前，即可释放伸缩棒，伸缩棒端部设计为锥面或弧面，使铁磁性金属头在完全静止前伸缩棒就能伸入到凹槽内，促使铁磁性金属头静止。
所述滚珠与弧形多孔板同心设置。
所述铁磁性金属头从一个孔位上方移到相邻孔位上方时，抛物面天线转动的角度不超过2°。每个孔位对应一种抛物面天线的姿态，当棒状电磁铁的密度设置的足够多时，其控制抛物面天线的角度误差只有1-2°，不影响天线信号的接收或影响较小。
所述抛物面天线的最大转动幅度不小于90°。使抛物面天线有足够的转动范围。
所述弧形多孔板上用于控制抛物面天线俯仰角度改变的孔位不少于用于控制抛物面天线左右角度改变的孔位。船航行时，会发生沿船宽度方向的滚动摇晃和沿船长度方向的俯仰摇晃；由于船的长度远大于船的宽度，滚动摇晃通常要远比俯仰摇晃严重。因此可以在俯仰方向上增加孔位，并延展其区域长度，即弧形多孔板上的孔位区域可以是圆形或者是更为优选的椭圆形等多种。
所述抛物面天线采用轻质材料。抛物面天线过重，会导致转动时惯性过大，对棒状电磁铁的吸附力要求较高，这会导致能耗增大，因此，抛物面天线宜采用轻质材料，且抛物面天线不应过大。
船航行中发生摇晃等情况需要重新对星时，方位变化感应装置将感受到的船姿态的变化转化成具体的点位信号，控制器收到点位信号后，切断当前通电的棒状电磁铁（原孔位）电流使之失去对铁磁性金属头的吸附，同时点位信号所标记处的棒状电磁铁（目标孔位）通电产生磁力，将铁磁性金属头吸引过来，此时抛物面天线的姿态发生改变，调整完成。
在实际使用过程中，若原孔位与目标孔位的距离相差较大，目标孔位中的棒状电磁铁的吸附力不够，则可通过中继孔位进行传递，即选取原孔位与目标孔位之间的1-2个孔位作为中继，中继孔位和目标孔位处逐次产生吸附力而将铁磁性金属头逐步吸引至目标孔位。
或者，短时增大目标孔位处的棒状电磁铁电流以产生足够的吸附力将铁磁性金属头吸附至目标孔位处。
值得说明的是，受限于弧形多孔板上的孔位数量以及抛物面天线的转动方式，抛物面天线所能提供的角度有限，因此即便设置足够多的孔位，也难以达到像两轴或三轴的伺服装置所能提供调整精度，但是，只需将抛物面天线调整误差控制合理范围内，尽量不影响天线信号的接收或影响较小，在此前提下，可将孔位数量、密度设置的尽量小以减少成本。
另外，本发明的磁吸式低成本船载VSAT天线系统在初始寻位时需要依次调动多个孔位来寻找抛物面天线的最佳对星位置，在这一点上并没有两轴或三轴的伺服装置来的快捷，因此，本发明也可搭配单轴的伺服装置（即只有一个旋转自由度的伺服装置）来使用，磁吸式低成本船载VSAT天线系统设置在单轴伺服装置的转盘上，单轴伺服装置主要用于初始寻位或大幅度调整对星时使抛物面天线大角度旋转，磁吸式低成本船载VSAT天线系统则主要用于船航行时为应对摇晃需要的频繁、小幅的抛物面天线位置调整，以及大幅的俯仰角度调整。再或者，本发明也可作为两轴或三轴伺服装置的一种搭载辅助装置，主要用于船体颠簸摇晃时对抛物面天线的角度调整，减少两轴或三轴伺服装置的工作频次，提高调整的响应速度，延长使用寿命。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，包括控制系统、多点位电磁定位装置和抛物面天线；
所述控制系统包括方位变化感应装置和控制器，所述方位变化感应装置和控制器电性连接；所述方位变化感应装置包括用于感知船体方位变化的电子罗盘或方位角、俯仰角传感器；所述控制器将方位变化感应装置所发送的信号处理为具体的位置变化指令，并控制相应位置的棒状电磁铁产生吸附力；
所述多点位电磁定位装置包括弧形多孔板和底座，所述底座固定于支撑架正下方，所述弧形多孔板安装在底座上，弧形多孔板内侧面开设有多个孔位，每个孔位内安装有一个棒状电磁铁，所述棒状电磁铁分别与控制器电性连接；
所述抛物面天线的外侧面底部垂直设有一根直杆，直杆中部固定有一个滚珠，直杆底部下端固定有铁磁性金属头；
弧形多孔板正上方设有一个支撑环，支撑环内侧设有环状的凹面，所述滚珠相匹配的嵌入到支撑环内，且滚珠可在支撑环内滚动；支撑环通过支架固定在弧形多孔板或底座上；
使用时，只有一根合适位置的棒状电磁铁通电产生磁力，铁磁性金属头吸附在该棒状电磁铁上方从而将抛物面天线的姿态固定；需要改变抛物面天线角度时，铁磁性金属头在弧形多孔板范围内被不同棒状电磁铁吸附而运动，带动抛物面天线角度发生改变。
2.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述棒状电磁铁通电时对铁磁性金属头产生吸附力，且铁磁性金属头下端面与棒状电磁铁上端面不接触。
3.根据权利要求2所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述铁磁性金属头底部沿直杆长度方向设有一个安装孔，所述安装孔内设有一个伸缩装置，所述伸缩装置包括一端可伸出安装孔外的伸缩棒和用于控制伸缩棒伸缩回安装孔内的驱动器；所述驱动器与控制器电性连接。
4.根据权利要求3所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述棒状电磁铁上端面与孔位平齐或凸出于孔位；每个棒状电磁铁上端面设有一个定位板，定位板上侧中部设有与伸缩棒下端形状相适应的凹槽。
5.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述抛物面天线静止时，伸缩棒伸出安装孔外且一端卡止在凹槽内从而将抛物面天线角度固定；改变抛物面天线角度时，需要将铁磁性金属头由原孔位移动至目标孔位处，驱动器控制伸缩棒缩回，卡止结束，此时铁磁性金属头移动到目标孔位处，伸缩棒伸出并卡止，目标孔位内的棒状电磁铁断电，抛物面天线角度改变完成。
6.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述滚珠与弧形多孔板同心设置。
7.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述铁磁性金属头从一个孔位上方移到相邻孔位上方时，抛物面天线转动的角度不超过2°。
8.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述抛物面天线的最大转动幅度不小于90°。
9.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述抛物面天线采用轻质材料。
10.根据权利要求1所述的磁吸式低成本船载VSAT天线系统，其特征在于，所述弧形多孔板上用于控制抛物面天线俯仰角度改变的孔位不少于用于控制抛物面天线左右角度改变的孔位。
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