CN208690480U - 一种船载卫星通信终端天线系统及通信终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船载卫星通信终端天线系统及采用该天线系统的通信终端，所述天线系统包括天馈分系统和伺服跟踪分系统，所述天馈分系统由赋形环焦反射体、天线座和馈线网络组成，所述伺服跟踪分系统由控制单元、驱动单元和信标接收机组成，所述赋形环焦反射体与天线座之间设有方位电机、俯仰电机、极化电机、方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器，所述驱动单元通过馈线网络连接并控制方位电机、俯仰电机和极化电机，所述控制单元通过馈线网络连接方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器并与其通信，所述天线座固定在地基上；能精确地保证天线波束随时准确对准卫星保证信号接收和发射。

Description

一种船载卫星通信终端天线系统及通信终端

技术领域

本实用新型涉及船载通信技术领域，尤其涉及一种船载卫星通信终端天线系统及通信终端。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，移动互联网让我们的生活随之改变，便捷的交流方式和丰富的内容让世界变得绚丽多彩，当船员从陆地踏入自己的工作岗位，却进入了通信与信息的孤岛，长期的海上生活让船员饱受孤独、寂寞的折磨，无法与家人和外界保持沟通，不仅让船员产生心理问题，同时也让他们的家人生活在紧张、担心的生活状态中，造成很多社会问题。

卫星通信具有覆盖范围广、不受地理条件限制和通信频带更宽等优势，是海上通信和互联网接入唯一手段。

当前部分远洋船只已经配备了卫星通信设备，这些卫星通信设备以海事卫星电话和BGAN数据通信为主，由于设备和通信费用高昂，主要解决应急情况下海上通话、数据传输和日常的公务通信，无法作为普通船员以及物联网监测的通信手段，各家运营商的运营模式依然停留在卖设备，收取高额费用的阶段，昂贵的费用严重阻碍了用户的使用与市场的发展。

传统的卫星通信运营商，已经习惯了高资费的收费模式，相对臃肿的机构设置和费用开支，最终必须由用户为其买单，导致通信费用居高不下。

实用新型内容

鉴于目前存在的上述不足，本实用新型提供一种船载卫星通信终端天线系统及通信终端，能精确地保证天线波束随时准确对准卫星保证信号接收和发射。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种船载卫星通信终端天线系统，所述天线系统包括天馈分系统和伺服跟踪分系统，所述天馈分系统由赋形环焦反射体、天线座和馈线网络组成，所述伺服跟踪分系统由控制单元、驱动单元和信标接收机组成，所述赋形环焦反射体与天线座之间设有方位电机、俯仰电机、极化电机、方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器，所述驱动单元通过馈线网络连接并控制方位电机、俯仰电机和极化电机，所述控制单元通过馈线网络连接方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器并与其通信，所述天线座固定在地基上。

依照本实用新型的一个方面，所述天线座通过固定支架固定在地基上。

依照本实用新型的一个方面，所述赋形环焦反射体上设有上行系统设备和下行系统设备。

依照本实用新型的一个方面，所述下行系统设备通过信标接收机与控制单元相连。

依照本实用新型的一个方面，所述赋形环焦反射体与天线座之间还设有限位开关。

一种船载卫星通信终端，所述船载卫星通信终端包括上述的船载卫星通信终天线系统和调制解调系统，所述调制解调系统由出境TDM 调制器、入境网管信令STDMA载波解调器、业务调制解调器、功分器和合路器组成。

本实用新型实施的优点：天线系统的主要功能是发射13.75～ 14.5GHz上行信号和接收10.95～12.75GHz频段的下行信号。为了保证信号质量，天线系统必需具有高效率和低噪声温度，其电气性能应保证完成高功率信号发射和微弱射频信号的接收；具有一个良好的跟踪控制系统，在卫星漂移以及给定的环境条件和内部干扰下，能精确地保证天线波束随时准确对准卫星保证信号接收和发射；天线角度位置显示单元除提供精确的角度数据用以快速对星和准确收藏外，还与天线控制单元以及天线驱动系统组成数字负反馈位置环路，为快速跟踪和抗风提供了良好的条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型所述的船载卫星通信终端天线系统示意图；

图2为本实用新型所述的天馈分系统结构示意图；

图3为本实用新型所述的伺服跟踪分系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1、图2和图3所示，一种船载卫星通信终端天线系统，所述天线系统包括天馈分系统1和伺服跟踪分系统，所述天馈分系统由赋形环焦反射体11、天线座12和馈线网络组成，所述伺服跟踪分系统由控制单元、驱动单元和信标接收机组成，所述赋形环焦反射体与天线座之间设有方位电机14、俯仰电机13、极化电机15、方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器，所述驱动单元通过馈线网络连接并控制方位电机、俯仰电机和极化电机，所述控制单元通过馈线网络连接方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器并与其通信，所述天线座固定在地基3上。

在实际应用中，所述天线座通过固定支架4固定在地基上。

在实际应用中，所述赋形环焦反射体上设有上行系统设备和下行系统设备。

在实际应用中，所述下行系统设备通过信标接收机与控制单元相连。

在实际应用中，所述赋形环焦反射体与天线座之间还设有限位开关。

在实际应用中，有如下实施例：

天馈分系统主要包括赋形环焦反射体、天线座、扩展Ku频段四端口馈线网络组成。伺服跟踪分系统主要由控制单元(ACU)、驱动单元 (ADU)和信标接收机组成。

天线射频系统的主要功能是发射13.75～14.5GHz上行信号和接收 10.95～12.75GHz频段的下行信号。为了保证信号质量，天线系统必需具有高效率和低噪声温度，其电气性能应保证完成高功率信号发射和微弱射频信号的接收。

天线接收原理：天线对准卫星，卫星信号经天线主副反射体发射后进入馈源中，由馈源的相应端口输出，再经过LNB放大送到功分器分为2路，其中一路进入跟踪接收机，另一路接入通信调制解调器。

当卫星在同步轨道上漂移时，天线电轴偏离卫星会引起天线增益下降以及交叉极化特性恶化；另外由于风、雨雪、温度的影响，也会使天线电轴偏离卫星，使接收增益下降。因此需要一个良好的跟踪控制系统，在卫星漂移以及给定的环境条件和内部干扰下，能精确地保证天线波束随时准确对准卫星保证信号接收和发射。

天馈系统除了有发射接收通信信号功能外，还有接收带内信标信号的功能，与LNB、信标接收机、天线控制单元以及天线驱动系统组成了自寻最优步进跟踪系统。

天线角度位置显示单元除提供精确的角度数据用以快速对星和准确收藏外，还与天线控制单元以及天线驱动系统组成数字负反馈位置环路，为快速跟踪和抗风提供了良好的条件。

线极化馈源接收10.95～12.75GHz频带通信信号时，也接收了带内的信标信号，经变频和AGC电路后送出直流信号给ACU。该信号大小反应了天线主波束偏离中心轴的电平变化，步进跟踪系统将自动追踪该电平的最大值。

伺服跟踪分系统主要包含天线控制单元(ACU)、天线驱动单元 (ADU)、信标跟踪接收机、角度传感器、电机、控制电缆等。

在实际应用中，有如下工作原理：

天线稳定跟踪平台主要包括稳定跟踪平台伺服传动机构、惯性测量传感器、稳定跟踪控制台(自动跟踪天线控制器)、及显示控制软件(系统管理软件)、玻璃钢天线罩、罗经接口转换器、GPS等组成。天线控器可根据系统加载的卫星数据和GPS以及罗经送来的航向数据在加电后自动跟踪卫星，并自动记忆接收站的经纬度、指北偏差、极化角等。天线控制器都配有计算机接入接口，可为用户和设计人员提供一个操作控制程序控制调用界面、文字、数值显示伺服电平状态参数的工作平台。

天线稳定跟踪平台采用传统的三轴座架，X-Y的混合装架形式，对应在方位和俯仰两个轴上，另外还在俯仰轴上增加了一个交叉轴(Z 轴)，它与俯仰轴垂直，俯仰轴和交叉轴构成了一个小角度范围的X-Y 装架系统，这就构成了稳定的三轴稳定架构系统。这种组合充分利用了各自的优点，既可实现快速响应，又具有高的跟踪精度和高隔离比。三个轴在三维空间中可自由运动，当船处于摇摆、滚动状态时，这种三轴平衡装置就会使天线处于相对静止的状态，起到隔离载体的功能。

天线稳定跟踪平台可采用两种不同的传动方案，分别为齿形带传动和齿轮传动，两种方案的特点分别如下：

齿形带传动方案：齿形带传动方案结构简单，加工方便，装配便捷，传动平稳无噪声，对公差配合要求较小，成本相对较低。但在大负载时由于皮带拉伸和缩短原因，将造成控制滞缓误差，影响控制精度；当负载相对较小时，齿形带传动精度较高，具有较高的性价比。

齿轮传动方案：齿轮传动具有结构紧凑、效率高、寿命长、控制精度高等优点，但齿轮的设计、制造、配合要求较高；且传动轴之间的位置关系不能灵活调整，在某些空间和安装要求较高的领域，应用可能受到限制。

天线稳定跟踪平台方位控制环的转动惯量较大，在闭环跟踪过程中系统的负载力矩较大，另外，天线在方位方向的波束宽度较窄，对控制精度要求较高，因此，本项目的方位传动选用齿轮传动方案。相比方位传动机构，俯仰传动机构的转动惯量相对较小，控制系统的负载力矩相对较小，天线在俯仰方向的波束宽度较方位方向相对较宽，因此，俯仰方向适合选用性价比相对较高的皮带传动方案。此外，若选择齿轮传动方案，俯仰电机的安装位置不能灵活调整，电机长度将直接影响天线的外形尺寸，若选用皮带传动方案，电机的安装位置相对灵活，天线的外形尺寸可适当缩小。综合考虑传动精度、成本、天线外形等因素，俯仰机构选用皮带传动方案。

伺服控制子系统包括天线控制器单元(ACU)、惯性/卫星组合导航单元、信标机单元、控制计算机单元、方位组件单元、极化组件单元、俯仰组件单元七个组成部分。

1)天线控制器，用于用户对控制计算机发送指令，设定待跟踪的卫星的基本信息(卫星位置、信标频率、极化方式等)，并监控控制计算机。

2)惯性/卫星组合导航单元，可以给出载体准确的位置信息和姿态信息，用于解算跟踪控制指令，包括方位角指令、俯仰角指令以及极化角指令。

3)信标机单元，给出当前频点的卫星信号强度，用于估计天线相对卫星的偏角，同时修正伺服系统的控制误差角。

4)方位组件，用于驱动方位电机旋转，并反馈方位角度。

5)俯仰组件，用于驱动俯仰电机旋转，并反馈俯仰角度。

6)极化组件，用于驱动极化电机旋转，并反馈极化角度。

控制计算机用于采集ACU以及惯性/卫星组合导航系统信息，计算出正确的方位角、俯仰角和极化角，控制方位、俯仰和极化电机运动，通过编码器反馈实现精确控制，通过信标机反馈以及位置信息推出正确的惯导航向，对惯导进行修正，重复上述步骤，实现精确控制。

伺服控制器为动中通伺服系统的控制中心，由控制CPU和采集、驱动电路组成，通过IMU惯导系统获取载体位置和姿态信息，完成方位、俯仰、(发射和接收)极化角度的解算，控制各轴的电机执行转动动作，通过角度编码器、位置开关等获知转轴角度，接收ACU或远控系统命令，并报告执行结果和天线状态。

伺服控制器内部含有嵌入式伺服控制算法，伺服控制算法利用惯导设备提供的航向、姿态和位置信息，经过坐标系转换解算出天线坐标系的方位、俯仰和极化指令角，并通过控制电机执行到相应的角度，由编码器和和霍尔传感器定位相应的位置，结合信标机反馈信息，对导航系统的航向角、俯仰角、横滚角进行修正，重复上述步骤实现精准对星。

实施例二

一种船载卫星通信终端，所述船载卫星通信终端包括上述的船载卫星通信终天线系统和调制解调系统，所述调制解调系统由出境TDM 调制器、入境网管信令STDMA载波解调器、业务调制解调器、功分器和合路器组成。

调制解调分系统包括出境TDM调制器、入境网管信令STDMA载波解调器、业务调制解调器和相关的功分器合路器等设备。主要完成业务数据、网管数据的调制、解调、纠错、卫星接口适配等功能。

卫星通信关口站调制解调分系统配备2台调制器和2台解调工作于1:1热备份方式，用于发射TDM载波和接收STDMA载波。

主用解调器用于接收端站回传的STDMA网管信令载波主要功能有 3个：

1)生成突发时间计划，以组播方式通过TDM载波发送给所控制的远端站；

2)解调远端站回传的STDMA载波，从中获取远端站的工作状态参数，转发给网管服务器，刷新网管系统中设备的参数和状态；

3)接收远端站回传的自动切换请求，并转发给网管服务器，触发服务器进行自动切换操作。

卫星通信关口站调制解调分系统配备10台调制解调器用作业务调制解调，在卫星通信网络管理系统的控制下与远端站按需建立双向通信链路，可以同时支持600个船载站的并发通信。

卫星通信关口站调制解调分系统配备24:1有源合路器和1:24有源功分器，能够支持最多24路发射和24路接收，可以按需求进行容量扩展。

调制解调器内部程序采用软件无线电平台模块化设计，整个通信过程采用自适应调整方式，当调制端的编译码、调制方式、扩频比发生变化时，接收端自适应完成相应动作，且不会存在数据丢失。能在保证系统稳定可靠的前提下，提高系统的通信容量。同时在较大降雨或较大干扰信号的环境情况下，远端站可以通过增大扩频比的方式将重要信息传送到关口站，提高卫星通信网络可靠性。调制解调分系统与网管分系统通过以太网接口直接通信，采用IP协议。调制解调分系统在网络管理分系统的控制下，完成网络管理信令和业务数据的传输。

本实用新型实施的优点：天线系统的主要功能是发射13.75～ 14.5GHz上行信号和接收10.95～12.75GHz频段的下行信号。为了保证信号质量，天线系统必需具有高效率和低噪声温度，其电气性能应保证完成高功率信号发射和微弱射频信号的接收；具有一个良好的跟踪控制系统，在卫星漂移以及给定的环境条件和内部干扰下，能精确地保证天线波束随时准确对准卫星保证信号接收和发射；天线角度位置显示单元除提供精确的角度数据用以快速对星和准确收藏外，还与天线控制单元以及天线驱动系统组成数字负反馈位置环路，为快速跟踪和抗风提供了良好的条件。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种船载卫星通信终端天线系统，其特征在于，所述天线系统包括天馈分系统和伺服跟踪分系统，所述天馈分系统由赋形环焦反射体、天线座和馈线网络组成，所述伺服跟踪分系统由控制单元、驱动单元和信标接收机组成，所述赋形环焦反射体与天线座之间设有方位电机、俯仰电机、极化电机、方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器，所述驱动单元通过馈线网络连接并控制方位电机、俯仰电机和极化电机，所述控制单元通过馈线网络连接方位轴角传感器、俯仰轴角传感器和极化位置传感器并与其通信，所述天线座固定在地基上。

2.根据权利要求1所述的船载卫星通信终端天线系统，其特征在于，所述天线座通过固定支架固定在地基上。

3.根据权利要求1所述的船载卫星通信终端天线系统，其特征在于，所述赋形环焦反射体上设有上行系统设备和下行系统设备。

4.根据权利要求3所述的船载卫星通信终端天线系统，其特征在于，所述下行系统设备通过信标接收机与控制单元相连。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的船载卫星通信终端天线系统，其特征在于，所述赋形环焦反射体与天线座之间还设有限位开关。

6.一种船载卫星通信终端，其特征在于，所述船载卫星通信终端包括权利要求1至5所述的船载卫星通信终天线系统和调制解调系统，所述调制解调系统由出境TDM调制器、入境网管信令STDMA载波解调器、业务调制解调器、功分器和合路器组成。