CN119481663B - 一种用于低轨卫星通信的天线转台及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种用于低轨卫星通信的天线转台及使用方法，包括支撑架、横向驱动器、横向转动壳、纵向驱动器、纵向转动壳、天线架、备用电机、换挡器、第一齿轮组和第二齿轮组，横向驱动器设置在支撑架中，用于驱动横向转动壳转动，纵向驱动器设置在横向转动壳中，用于驱动纵向转动壳转动，天线架设置在纵向转动壳上，备用电机设置在横向转动壳内，换挡器与备用电机连接，用于控制备用电机处于和第一齿轮组啮合和第二齿轮组啮合或者空挡状态，第一齿轮组与横向转动壳连接，第二齿轮组与纵向转动壳连接。可以在紧急情况下利用备用电机系统维持基本功能，大大提高了低轨卫星通信的可靠性和效率。

Description

一种用于低轨卫星通信的天线转台及使用方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种用于低轨卫星通信的天线转台及使用方法。

背景技术

低轨卫星(LEO，Low Earth Orbit)通信系统通常用于提供全球范围内的宽带互联网接入以及其他通信服务。为了有效地与这些快速移动的卫星进行通信，地面站需要使用能够快速调整方向以跟踪卫星的天线。

启动时，天线转台会进入初始化阶段，校准各个传感器并检测系统的健康状态。一旦确定了要跟踪的卫星，控制器将根据卫星的轨道数据计算出天线的最佳指向角度。电机按照控制器发出的命令调整天线的角度，以保持天线波束对准卫星。

现有的天线状态通过两台电机分别驱动天线在两个方向上转动，在其中一个电机出现故障后会导致转台无法正常运行，从而降低运行的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于低轨卫星通信的天线转台及使用方法，旨在可以在紧急情况下利用备用电机系统维持基本功能，大大提高了低轨卫星通信的可靠性和效率。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于低轨卫星通信的天线转台，包括支撑架、横向驱动器、横向转动壳、纵向驱动器、纵向转动壳和天线架，所述横向驱动器设置在所述支撑架中，用于驱动所述横向转动壳转动，所述纵向驱动器设置在所述横向转动壳中，用于驱动所述纵向转动壳转动，所述天线架设置在所述纵向转动壳上，还包括备用电机、换挡器、第一齿轮组和第二齿轮组，所述备用电机设置在所述横向转动壳内，所述换挡器与所述备用电机连接，用于控制所述备用电机处于和第一齿轮组啮合和第二齿轮组啮合或者空挡状态，所述第一齿轮组与所述横向转动壳连接，所述第二齿轮组与所述纵向转动壳连接。

其中，所述换挡器包括支撑杆、换挡齿轮、弹性拨片、换挡电机、减速器和换挡杆，所述支撑杆与所述备用电机的输出端连接，所述换挡齿轮传动设置在所述支撑杆上，所述换挡杆转动设置在所述换挡齿轮的一侧，所述弹性拨片具有卡槽，所述弹性拨片设置在所述换挡杆上，所述减速器与所述换挡杆连接，所述换挡电机的输出端与所述减速器连接。

其中，所述换挡器还包括复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述换挡杆的一侧。

其中，所述换挡器还包括限位板，所述限位板设置在所述支撑杆的一侧，用于对所述换挡齿轮的移动位置进行限制。

其中，所述第二齿轮组包括第一锥齿轮、从动齿轮和第二锥齿轮，所述从动齿轮转动设置在所述换挡齿轮的一侧，所述第一锥齿轮与所述从动齿轮固定连接，所述第二锥齿轮与所述纵向转动壳连接，并与所述第一锥齿轮啮合。

其中，所述第二齿轮组还包括稳定架，所述稳定架设置在所述第二锥齿轮的外侧。

其中，所述稳定架包括架体、多个滚珠和锁紧螺钉，所述架体滑动设置在所述支撑架上，多个所述滚珠转动设置在所述架体的顶部，所述锁紧螺钉与所述架体螺纹连接，并靠近所述支撑架。

第二方面，本发明还提供一种用于低轨卫星通信的天线转台的使用方法，包括：将天线安装到所述天线架上；

移动横向驱动器和纵向驱动器带动天线架进行位置调整，使得天线跟随低轨卫星同步移动；

在移动出现故障时，检测出现问题的驱动器；

启动换挡器将备用电机和出现问题侧的驱动器的齿轮组连接以进行辅助驱动。

本发明的一种用于低轨卫星通信的天线转台及使用方法，支撑架不仅提供了稳固的安装基础，还承载了其它所有组件的重量，并确保了整体结构的稳定性和强度。横向驱动器安装在支撑架内部，其主要功能是通过驱动横向转动壳进行水平方向的角度调整，从而实现天线的水平方位角变化。横向转动壳围绕垂直轴旋转，其旋转由横向驱动器控制，为纵向驱动器及其上层组件提供一个可变的水平平台。纵向驱动器位于横向转动壳内部，负责驱动纵向转动壳沿着一个垂直于水平面的方向转动，即控制天线的俯仰角度。纵向转动壳安装在横向转动壳之上，它能够根据纵向驱动器提供的动力进行旋转，进而带动天线架进行俯仰运动。天线架固定在纵向转动壳之上，随着纵向转动壳的运动而改变指向，确保天线始终能够准确地指向需要通信的目标。

此外，为了增强系统的可靠性和灵活性，本发明还加入了以下辅助机构：

备用电机放置在横向转动壳内部，作为主驱动系统的备份，在主系统出现故障时可以启用以保证系统的正常运行。换挡器与备用电机相连，通过换挡器可以控制备用电机的工作模式，使其与第一齿轮组或第二齿轮组啮合，或者保持在空挡状态。第一齿轮组与横向转动壳相连，当备用电机与第一齿轮组啮合时，它可以替代横向驱动器来控制横向转动壳的运动。第二齿轮组与纵向转动壳相连，当备用电机与第二齿轮组啮合时，则可以替代纵向驱动器来控制纵向转动壳的运动。通过上述设计，本发明提供的天线转台不仅能够在常规条件下精确地调整天线的指向，还能在紧急情况下利用备用电机系统维持基本功能，大大提高了低轨卫星通信的可靠性和效率。

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的介绍，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是本发明的一种用于低轨卫星通信的天线转台的结构图。

图2是本发明的一种用于低轨卫星通信的天线转台的横向剖面结构图。

图3是本发明的一种用于低轨卫星通信的天线转台的右侧结构图。

图4是本发明的一种用于低轨卫星通信的天线转台的纵向剖面结构图。

图5是本发明的故障监测模块的结构图。

图6是本发明的一种用于低轨卫星通信的天线转台的使用方法的流程图。

支撑架101、横向驱动器102、横向转动壳103、纵向驱动器104、纵向转动壳105、天线架106、备用电机107、换挡器108、第一齿轮组109、第二齿轮组110、支撑杆111、换挡齿轮112、弹性拨片113、换挡电机114、减速器115、换挡杆116、复位弹簧117、限位板118、第一锥齿轮119、从动齿轮120、第二锥齿轮121、稳定架122、架体123、滚珠124、锁紧螺钉125、故障监测模块126、陀螺仪127、误差计算单元128、判断单元129、控制单元130、报警单元131。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

第一实施例

请参阅图1～图5，本发明提供了一种用于低轨卫星通信的天线转台，包括支撑架101、横向驱动器102、横向转动壳103、纵向驱动器104、纵向转动壳105和天线架106，所述横向驱动器102设置在所述支撑架101中，用于驱动所述横向转动壳103转动，所述纵向驱动器104设置在所述横向转动壳103中，用于驱动所述纵向转动壳105转动，所述天线架106设置在所述纵向转动壳105上，还包括备用电机107、换挡器108、第一齿轮组109和第二齿轮组110，所述备用电机107设置在所述横向转动壳103内，所述换挡器108与所述备用电机107连接，用于控制所述备用电机107处于和第一齿轮组109啮合和第二齿轮组110啮合或者空挡状态，所述第一齿轮组109与所述横向转动壳103连接，所述第二齿轮组110与所述纵向转动壳105连接。

在本实施方式中，本发明涉及一种用于低轨道卫星通信系统的天线转台装置，该装置旨在提高天线对地面站或其他卫星目标的跟踪精度和可靠性。支撑架101作为整个装置的基础结构，支撑架101不仅提供了稳固的安装基础，还承载了其它所有组件的重量，并确保了整体结构的稳定性和强度。横向驱动器102安装在支撑架101内部，其主要功能是通过驱动横向转动壳103进行水平方向的角度调整，从而实现天线的水平方位角变化。横向转动壳103围绕垂直轴旋转，其旋转由横向驱动器102控制，为纵向驱动器104及其上层组件提供一个可变的水平平台。纵向驱动器104位于横向转动壳103内部，负责驱动纵向转动壳105沿着一个垂直于水平面的方向转动，即控制天线的俯仰角度。纵向转动壳105安装在横向转动壳103之上，它能够根据纵向驱动器104提供的动力进行旋转，进而带动天线架106进行俯仰运动。天线架106固定在纵向转动壳105之上，随着纵向转动壳105的运动而改变指向，确保天线始终能够准确地指向需要通信的目标。

此外，为了增强系统的可靠性和灵活性，本发明还加入了以下辅助机构：

备用电机107放置在横向转动壳103内部，作为主驱动系统的备份，在主系统出现故障时可以启用以保证系统的正常运行。换挡器108与备用电机107相连，通过换挡器108可以控制备用电机107的工作模式，使其与第一齿轮组109或第二齿轮组110啮合，或者保持在空挡状态。第一齿轮组109与横向转动壳103相连，当备用电机107与第一齿轮组109啮合时，它可以替代横向驱动器102来控制横向转动壳103的运动。第二齿轮组110与纵向转动壳105相连，当备用电机107与第二齿轮组110啮合时，则可以替代纵向驱动器104来控制纵向转动壳105的运动。

通过上述设计，本发明提供的天线转台不仅能够在常规条件下精确地调整天线的指向，还能在紧急情况下利用备用电机107系统维持基本功能，大大提高了低轨卫星通信的可靠性和效率。

所述换挡器108包括支撑杆111、换挡齿轮112、弹性拨片113、换挡电机114、减速器115和换挡杆116，所述支撑杆111与所述备用电机107的输出端连接，所述换挡齿轮112滑动设置在所述支撑杆111上，所述换挡杆116转动设置在所述换挡齿轮112的一侧，所述弹性拨片113具有卡槽，所述弹性拨片113设置在所述换挡杆116上，所述减速器115与所述换挡杆116连接，所述换挡电机114的输出端与所述减速器115连接。

支撑杆111：支撑杆111的一端与备用电机107的输出轴直接连接，另一端则用于安装其他组件。换挡齿轮112设计为可以在支撑杆111上滑动的形式，它可以根据需要移动到不同的位置，以便与第一齿轮组109或第二齿轮组110啮合。

换挡杆116通过转动的方式设置在换挡齿轮112的一侧，它的作用是在换挡齿轮112与不同齿轮组之间建立或断开连接。当换挡杆116转动时，可以推动换挡齿轮112沿支撑杆111滑动至所需位置。

弹性拨片113：弹性拨片113是一种带有卡槽的设计，它安装在换挡杆116上。弹性拨片113的作用是在换挡杆116转动时，通过卡槽与特定位置配合，从而确保换挡齿轮112准确地定位在第一齿轮组109或第二齿轮组110的位置上。弹性拨片113的弹性特性允许它在受力时发生形变，而在不受力时恢复原状，确保了其与换挡杆116之间的稳定接触。

减速器115是一个重要的传动部件，它连接在换挡杆116上。减速器115的主要任务是调节从换挡电机114传来的速度，确保换挡动作平稳且精确，防止因速度过快而导致的冲击或损坏。

换挡电机114的输出轴与减速器115相连，它是驱动整个换挡过程的动力源。换挡电机114启动后，通过减速器115减速增扭，再经由换挡杆116传递给换挡齿轮112，最终实现换挡动作。

整个换挡器108的设计目的是使备用电机107能够在不同齿轮组之间快速且可靠地切换，保证在主驱动系统失效的情况下，天线转台仍能通过备用系统完成必要的动作，从而保障通信任务的连续性和稳定性。

所述换挡器108还包括复位弹簧117，所述复位弹簧117设置在所述换挡杆116的一侧。

复位弹簧117安装在换挡杆116的一侧，其作用是在换挡完成后帮助换挡杆116返回到预定的初始位置。复位弹簧117通过施加反向力，确保换挡杆116不会因为外部干扰而偏离设定位置，从而保证了每次换挡操作的准确性和重复性。

所述换挡器108还包括限位板118，所述限位板118设置在所述支撑杆111的一侧，用于对所述换挡齿轮112的移动位置进行限制。

限位板118设置在支撑杆111的一侧，主要用于限制换挡齿轮112的移动范围，防止其在滑动过程中超出预定轨迹。限位板118的存在保证了换挡齿轮112只能在规定区域内移动，避免了由于过度位移导致的机械干涉或损坏。

所述第二齿轮组110包括第一锥齿轮119、从动齿轮120和第二锥齿轮121，所述从动齿轮120转动设置在所述换挡齿轮112的一侧，所述第一锥齿轮119与所述从动齿轮120固定连接，所述第二锥齿轮121与所述纵向转动壳105连接，并与所述第一锥齿轮119啮合。

第一锥齿轮119与从动齿轮120固定连接，用于将直线运动转换为旋转运动的一部分。第一锥齿轮119的设计使得动力可以沿不同的轴线传递。从动齿轮120安装在换挡齿轮112的一侧，并与之形成联动关系。当换挡齿轮112移动并与之啮合时，从动齿轮120开始旋转，并将动力传递给第一锥齿轮119。第二锥齿轮121与纵向转动壳105连接，并与第一锥齿轮119形成直角传动关系。第二锥齿轮121接收来自第一锥齿轮119的动力，然后将其传递给纵向转动壳105，从而实现纵向转动壳105的旋转。

所述第二齿轮组110还包括稳定架122，所述稳定架122设置在所述第二锥齿轮121的外侧。

稳定架122用于提高第二齿轮组110工作的稳定性。

所述稳定架122包括架体123、多个滚珠124和锁紧螺钉125，所述架体123滑动设置在所述支撑架101上，多个所述滚珠124转动设置在所述架体123的顶部，所述锁紧螺钉125与所述架体123螺纹连接，并靠近所述支撑架101。

架体123滑动安装在支撑架101上，允许其在一定范围内自由滑动；多个滚珠124设置在架体123的顶部，减少摩擦力并确保平滑运动；锁紧螺钉125与架体123螺纹连接，并且接近支撑架101的位置，可以通过拧紧或松开锁紧螺钉125来调整架体123的位置，从而达到微调第二齿轮组110的目的。

所述用于低轨卫星通信的天线转台还包括故障监测模块126，所述故障监测模块126设置在所述天线架106上，用于对天线的移动误差进行监测，当超过预设值时判定有驱动器故障，并需要启动备用电机107进行辅助驱动。

故障监测模块126安装在天线架106上，其核心功能是对天线的移动误差进行持续监测。一旦发现实际位置与预期位置之间的偏差超过了预设的安全阈值，模块将自动判定为主驱动系统可能出现故障，并立即启动备用电机107进行辅助驱动，以确保天线能够继续准确地指向目标。

所述故障监测模块126包括陀螺仪127、误差计算单元128、判断单元129、控制单元130和报警单元131，所述陀螺仪127设置在所述天线架106上，所述误差计算单元128，用于基于陀螺仪127的数据、横向驱动器102和纵向驱动器104的移动数据计算偏角误差；所述判断单元129，用于分别判断横向和纵向的偏角误差是否在预设值内；所述控制单元130，用于若偏角误差大于预设值则控制备用电机107和对应驱动器侧的齿轮组连接以进行辅助驱动；所述报警单元131，用于将故障信息上传到上位机。

陀螺仪127是故障监测模块126的重要组成部分之一，它安装在天线架106上，能够高精度地测量天线的角速度和姿态变化。陀螺仪127提供的数据是计算天线实际位置的关键输入。

误差计算单元128利用陀螺仪127获取的实时数据，结合横向驱动器102和纵向驱动器104的实际移动数据，计算出天线当前位置与目标位置之间的偏角误差。通过这些信息，误差计算单元128能够评估天线的当前位置是否符合预设的要求。

判断单元129负责分析误差计算单元128得出的结果，具体来说，它会检查横向和纵向的偏角误差是否保持在预设的安全范围内。如果检测到任何一轴的误差超出了允许的限度，判断单元129就会触发下一步的动作。

一旦判断单元129确认存在异常情况，控制单元130将立即介入，控制备用电机107与对应的齿轮组(即第一齿轮组109或第二齿轮组110)连接起来，开始进行辅助驱动。这样即使主驱动系统出现故障，天线仍然能够通过备用系统完成必要的调整动作。

报警单元131的作用是在系统检测到故障时，将相关的信息及时上传至上位机。这样做不仅能够让地面控制中心迅速了解到设备的状态，而且还可以为后续的故障排查和维护提供依据。

通过上述各个部分的协同工作，故障监测模块126能够在第一时间识别潜在的问题，并采取措施防止由于驱动系统故障导致的任务中断，从而保证了低轨卫星通信的连续性和可靠性。

第二实施例

请参阅图6，本发明还提供一种用于低轨卫星通信的天线转台的使用方法，包括：

S201将天线安装到所述天线架106上；

在正式使用之前，首先需要将通信天线正确安装到天线架106上。这一步骤需要确保天线牢固地固定在天线架106上，并且所有的连接件都已经按照规范安装完毕。安装完成后，需要进行初步的校准，确保天线在没有外部动力的情况下处于正确的起始位置。

S202移动横向驱动器102和纵向驱动器104带动天线架106进行位置调整，使得天线跟随低轨卫星同步移动；

当天线安装完毕后，接下来的操作是利用横向驱动器102和纵向驱动器104对天线架106进行位置调整。通过这两个驱动器的协同工作，可以使天线在水平和垂直两个维度上进行精确的调整，确保天线能够始终对准正在轨道上运行的低轨卫星。在此过程中，控制系统会根据卫星的实时位置数据，动态调整天线的角度，以保持最佳的通信链路质量。

S203在移动出现故障时，检测出现问题的驱动器；

当天线在跟踪过程中出现任何异常情况，例如无法按照预期进行位置调整时，故障监测模块126将立即启动，检测并确定是哪个驱动器出现了问题。通过内置的传感器和计算单元，可以快速定位故障源，并记录相关的错误信息。

S204启动换挡器108将备用电机107和出现问题侧的驱动器的齿轮组连接以进行辅助驱动。

一旦确定了故障的具体位置，控制系统将指令换挡器108启动，并将备用电机107与出现问题一侧的驱动器的齿轮组连接起来。备用电机107将接管故障驱动器的功能，继续驱动天线架106进行位置调整，确保天线的正常跟踪不受影响。在此期间，系统还会自动记录下故障信息，并将这些数据发送给地面控制中心，以便于后续的诊断和维修。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种用于低轨卫星通信的天线转台，包括支撑架、横向驱动器、横向转动壳、纵向驱动器、纵向转动壳和天线架，所述横向驱动器设置在所述支撑架中，用于驱动所述横向转动壳转动，所述纵向驱动器设置在所述横向转动壳中，用于驱动所述纵向转动壳转动，所述天线架设置在所述纵向转动壳上，其特征在于，

还包括备用电机、换挡器、第一齿轮组和第二齿轮组，所述备用电机设置在所述横向转动壳内，所述换挡器与所述备用电机连接，用于控制所述备用电机处于和第一齿轮组啮合和第二齿轮组啮合或者空挡状态，所述第一齿轮组与所述横向转动壳连接，所述第二齿轮组与所述纵向转动壳连接；所述用于低轨卫星通信的天线转台还包括故障监测模块，所述故障监测模块设置在所述天线架上，用于对天线的移动误差进行监测，当超过预设值时判定有驱动器故障，并需要启动备用电机进行辅助驱动；所述故障监测模块包括陀螺仪、误差计算单元、判断单元、控制单元和报警单元，所述陀螺仪设置在所述天线架上，所述误差计算单元，用于基于陀螺仪的数据、横向驱动器和纵向驱动器的移动数据计算偏角误差；所述判断单元，用于分别判断横向和纵向的偏角误差是否在预设值内；所述控制单元，用于若偏角误差大于预设值则控制备用电机和对应驱动器侧的齿轮组连接以进行辅助驱动；所述报警单元，用于将故障信息上传到上位机；所述换挡器包括支撑杆、换挡齿轮、弹性拨片、换挡电机、减速器和换挡杆，所述支撑杆与所述备用电机的输出端连接，所述换挡齿轮滑动设置在所述支撑杆上，所述换挡杆转动设置在所述换挡齿轮的一侧，所述弹性拨片具有卡槽，所述弹性拨片设置在所述换挡杆上，所述减速器与所述换挡杆连接，所述换挡电机的输出端与所述减速器连接；所述换挡器还包括复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述换挡杆的一侧；所述换挡器还包括限位板，所述限位板设置在所述支撑杆的一侧，用于对所述换挡齿轮的移动位置进行限制；弹性拨片是一种带有卡槽的设计，它安装在换挡杆上，弹性拨片的作用是在换挡杆转动时，通过卡槽与特定位置配合，从而确保换挡齿轮准确地定位在第一齿轮组或第二齿轮组的位置上，复位弹簧安装在换挡杆的一侧，其作用是在换挡完成后帮助换挡杆返回到预定的初始位置，限位板用于限制换挡齿轮的移动范围，防止其在滑动过程中超出预定轨迹。

2.如权利要求1所述的一种用于低轨卫星通信的天线转台，其特征在于，

所述第二齿轮组包括第一锥齿轮、从动齿轮和第二锥齿轮，所述从动齿轮转动设置在所述换挡齿轮的一侧，所述第一锥齿轮与所述从动齿轮固定连接，所述第二锥齿轮与所述纵向转动壳连接，并与所述第一锥齿轮啮合。

3.如权利要求2所述的一种用于低轨卫星通信的天线转台，其特征在于，

所述第二齿轮组还包括稳定架，所述稳定架设置在所述第二锥齿轮的外侧。

4.如权利要求3所述的一种用于低轨卫星通信的天线转台，其特征在于，

所述稳定架包括架体、多个滚珠和锁紧螺钉，所述架体滑动设置在所述支撑架上，多个所述滚珠转动设置在所述架体的顶部，所述锁紧螺钉与所述架体螺纹连接，并靠近所述支撑架。

5.一种用于低轨卫星通信的天线转台的使用方法，采用权利要求1～4任意一项所述的一种用于低轨卫星通信的天线转台，其特征在于，

包括：将天线安装到所述天线架上；

移动横向驱动器和纵向驱动器带动天线架进行位置调整，使得天线跟随低轨卫星同步移动；

在移动出现故障时，检测出现问题的驱动器；

启动换挡器将备用电机和出现问题侧的驱动器的齿轮组连接以进行辅助驱动。