CN209150306U - 一种移动天线载体的卫星跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种移动天线载体的卫星跟踪装置，包括天线，所述天线包括主反射面和副反射面，所述副反射面的轴线与所述主反射面的轴线之间形成一夹角，所述夹角大于零。所述卫星跟踪装置提高了天线的效率，且实现简单、成本较低。

Description

一种移动天线载体的卫星跟踪装置

技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种移动天线载体的卫星跟踪装置。

背景技术

随着海上事业的拓展，船舶成为了海上从业人员重要的生活地点，为了给海上从业人员提供电视、通讯信号，船载卫星天线显得必不可少。面对大海上严苛的外部环境和船只被海浪冲击产生的剧烈晃动，船载卫星天线需要实时跟踪卫星。而很多现有的船载卫星天线的主反射面与副反射面同轴，主反射面正对副反射面，副反射面对主反射面的遮挡较多，使天线的副瓣抬升、增益降低，降低了天线的效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种移动天线载体的卫星跟踪装置，以解决双反射面同轴天线效率较低的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种移动天线载体的卫星跟踪装置，包括天线，所述天线包括主反射面和副反射面，所述副反射面的轴线与所述主反射面的轴线之间形成一夹角，所述夹角大于零。

进一步的，所述副反射面为双曲面或椭球面。

进一步的，所述副反射面为铝材料或碳纤维制成。

进一步的，所述天线为环焦天线，焦点位于所述副反射面的边缘。

进一步的，所述天线还包括无刷电机，所述无刷电机与所述副反射面相连，以控制所述副反射面旋转。

进一步的，所述无刷电机的转速范围为100-6000rpm。

进一步的，所述天线还包括调整电机组，所述调整电机组包括三个电机，以分别控制所述天线的方位转动、俯仰转动以及极化转动。

进一步的，所述天线还包括基准信号开关，所述基准信号开关置于所述副反射面上方，以采集所述副反射面旋转一圈产生的相位基准信号。

进一步的，所述基准信号开关为光电开关或开关传感器。

进一步的，所述天线还包括防护罩，所述基准信号开关设于所述防护罩内。

相对于现有技术，本实用新型所述的卫星跟踪装置具有以下优势：

本实用新型所述的卫星跟踪装置中，副反射面对主反射面的遮挡较少，降低了对天线副瓣和增益的影响，提高了天线的效率；且副反射面倾斜设置实现较为简单、成本较低；且在天线偏离卫星时，可根据副反射面旋转产生的相位基准信号检测出主反射面偏离卫星的角度，并根据偏离的角度对天线进行方向调整，以减小偏离的角度，可使天线稳定精准的跟踪卫星。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的卫星跟踪装置的部分结构框图；

图3为本实用新型实施例所述的主反射面对准卫星时卫星信号强度值和相位基准信号的波形图；

图4为本实用新型实施例所述的主反射面偏离卫星时卫星信号强度值和相位基准信号的波形图；

图5为本实用新型实施例所述的卫星信号强度值波峰的相位角度与主反射面偏离卫星角度的计算方法示意图；

图6为本实用新型实施例所述的副反射面偏心设置的示意图。

附图标记说明：

10-副反射面，20-主反射面，30-无刷电机，40-基准信号开关，50-防护罩，60-馈源，70-波导管，80-高频头，90-调整电机组。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1所示，其为本实施例中移动天线载体的卫星跟踪装置的天线的结构示意图；其中，所述天线包括主反射面20和副反射面10，所述副反射面10的轴线与所述主反射面20的轴线之间形成一夹角，所述夹角大于零。

其中，所述移动天线载体为包括船舶的带有天线的移动载体。本实施例中，由于副反射面10的轴线与主反射面20的轴线之间形成一夹角且所述夹角大于零，从而副反射面10相对于所述天线的跟踪方向为倾斜设置，从而副反射面10在天线扫描方向上对主反射面20的遮挡较少，降低了对收集的卫星信号的强度的影响。

这样，由于副反射面10为倾斜设置，本实施例中的卫星跟踪装置降低了对收集的卫星信号的强度的影响，进而降低了对天线副瓣和增益的影响，提高了天线的效率；副反射面10倾斜设置的实现较为简单，成本较低；且在天线偏离卫星时，天线进行圆锥扫描，可根据副反射面旋转产生的相位基准信号检测出主反射面偏离卫星的角度，并根据偏离的角度对天线进行方向调整，以减小偏离的角度，可使天线稳定精准的跟踪卫星，提高天线跟踪卫星的可靠性与稳定性。

进一步的，本实施例中所述天线还包括馈源60、波导管70、高频头80以及调整电机组90，所述卫星跟踪装置还包括控制器、降频器、惯导系统以及GPS模块。控制器分别与高频头80、降频器、惯导系统、GPS模块以及调整电机组90电连接，降频器与高频头80电连接。惯导系统用于获取所述移动天线载体的运动姿态数据；GPS模块用于获取所述移动天线载体的当前地理位置信息；调整电机组90用于控制所述天线转动；降频器用于输出所述天线采集的AGC信号，包括卫星锁定信息和卫星信号强度值。

本实施例中所述卫星跟踪装置的具体工作过程如下：

首先控制器控制惯导系统获取所述移动天线载体的运动姿态数据，包括移动天线载体在三个方向轴上的角速度和倾角值；同时控制器控制GPS模块获取所述移动天线载体的当前地理位置信息，包括移动天线载体当前的经度和纬度。移动天线载体在三个方向轴上的角速度和倾角值也代表了天线在三个方向轴上的角速度和倾角值，三个方向轴为方位轴、俯仰轴以及极化轴；移动天线载体的当前地理位置信息也代表了天线的当前地理位置信息。

进而控制器根据移动天线载体的运动姿态数据以及当前地理位置信息计算出天线的俯仰角、方位角和极化角，并根据天线的俯仰角、方位角和极化角计算出天线对准卫星所需的理论位置，输出此理论位置对应的驱动信号，以驱动调整电机组90工作，调整电机组90根据所述驱动信号控制天线向理论位置转动，使天线锁定卫星方向。这时天线对卫星的锁定为粗略的锁定，由于移动天线载体(如船舶)处于动态，天线对卫星的锁定并不稳定且会出现偏差。

天线锁定卫星方向后，副反射面10开始旋转，卫星信号依次经主反射面20、副反射面10、馈源60、波导管70、高频头80到达控制器，卫星信号还经过高频头80到达降频器，降频器对接收的卫星信号进行解调，输出卫星信号强度值。如图3所示，当天线的主反射面20对准卫星时，倾斜设置的副反射面10旋转至任意角度位置时的卫星信号强度值基本均相等，卫星信号强度值的变化几乎为零；如图4所示，当主反射面20偏离卫星方向时，卫星信号强度值在倾斜设置的副反射面10旋转时产生正弦波曲线的强弱变化。同时副反射面10产生其旋转一圈的相位基准信号，所述相位基准信号为副反射面10每旋转一圈产生的特定脉冲信号，进而控制器对所述相位基准信号进行采集，并以所述相位基准信号为基准，叠加降频器输出的卫星信号强度值进行取多点计算，得到主反射面20偏离卫星的角度，并根据所述角度输出调整信号。具体的，由相位基准信号得到主反射面20偏离卫星的角度的计算过程如下：

首先通过高速采样的控制器测得副反射面10的旋转周期，即为相位基准信号的周期，通过控制器采样得到一个周期内卫星信号强度值的波峰偏离相位基准信号的偏离时间；

进而控制器根据所述相位基准信号的周期和所述偏离时间计算所述卫星信号强度值的波峰的相位角度；其中，相位基准信号的周期和卫星信号强度值的周期均为2π。结合图4所示，所述卫星信号强度值的波峰的相位角度α的计算公式为：T1为所述卫星信号强度值的波峰偏离所述相位基准信号的偏离时间，T2为所述相位基准信号的周期。

然后控制器根据所述卫星信号强度值的波峰的相位角度计算所述主反射面20偏离卫星的角度；其中，所述主反射面20偏离卫星的角度包括俯仰偏差角和方位偏差角。结合图5所示，假定副反射面10逆时针旋转，相位基准信号采集装置安装于俯仰方向的下方位置，每当副反射面10经过此下方位置时产生一个相位基准信号，而每当副反射面10旋转到α角度时，若此时卫星信号强度值最高，则可得到所述俯仰偏差角和所述方位偏差角的计算公式为：b1＝-k·Vpp·cosα，b2＝k·Vpp·sinα；其中，b1为所述俯仰偏差角，b2为所述方位偏差角，k为比例系数，Vpp为所述卫星信号强度值的峰峰值。比例系数K可通过实际测试获得，通过改变比例系数K可以调节天线跟踪卫星的灵敏度。

然后控制器输出的所述调整信号驱动调整电机组90工作，调整电机组90根据所述调整信号控制天线进行角度调整，直至卫星信号强度值保持不变。其中，控制天线进行角度调整是控制天线向主反射面20偏离卫星角度减小的方向旋转，最终使得主反射面20偏离卫星的角度最小，达到高精度的跟踪效果。

进一步的，现有的圆锥扫描法跟踪卫星信号的天线，使用三轴测试平台对其进行摇摆跟踪测试，当天线的摇摆速度在20°@4S时，卫星信号可能会出现丢失，而本实施例中的卫星跟踪装置经实际验证后，可在天线的摇摆速度为20°@4S时稳定跟踪卫星。理论上主反射面20偏离卫星的角度一定时，副反射面10的倾斜度越大，正弦波卫星信号强度值的峰值越明显，越有利于天线跟踪卫星。本实施例中的天线，选取副反射面10的斜度时，可对比不同斜度副反射面10的卫星信号衰减效果，选取信号衰减较小的斜度值，通常信号衰减控制在1dB以内。

进一步的，本实施例优选所述副反射面10为双曲面或椭球面。

进一步的，本实施例优选副反射面10为铝材料或碳纤维制成，铝材料和碳纤维重量轻、成本低，可有效提高天线跟踪卫星的灵敏度并降低成本。旋转的副反射面10需要进行高精度的加工，需要考虑噪音、精度、重量、隔光性、使用寿命以及稳定无抖动等要求。本实施例优选副反射面10为铝材料制成，通过机加工与导电氧化来降低其重量，提高其精度、使用寿命和表面光滑度(提高反光度)。

进一步的，本实施例优选所述天线为环焦天线，焦点位于所述副反射面10的边缘。环焦天线具有低的电压驻波比、低的旁瓣电平和高的天线效率，可提高所述卫星跟踪装置的跟踪精度。

具体的，环焦天线焦点的轨迹为一圆环，环焦天线的馈源60喇叭处于副反射面10反射场照射不到的地方，因而消除了副反射面10反射场对馈源60性能的影响。

进一步的，本实施例中所述天线还包括无刷电机30，所述无刷电机30与所述副反射面10相连，以控制所述副反射面10旋转。无刷电机30在高转速时噪音低，保证了天线的稳定性，降低了对天线的干扰。

具体的，无刷电机30还与控制器电连接，所述卫星跟踪装置工作时，控制器驱动无刷电机30工作，无刷电机30控制副反射面10旋转。

进一步的，本实施例优选无刷电机30的转速范围为100-6000rpm，可以达到较快的跟踪速度；优选无刷电机30的转速为3000rpm，可以达到很快的跟踪速度。

进一步的，本实施例中所述天线还包括基准信号开关40，所述基准信号开关40置于所述副反射面10上方，以采集所述副反射面10旋转一圈产生的相位基准信号。进一步的，优选所述基准信号开关40为光电开关或开关传感器，光电开关或开关传感器用于采集副反射面10每旋转一圈的相位基准信号。

具体的，基准信号开关40还与控制器电连接，所述卫星跟踪装置工作时，控制器控制基准信号开关40采集所述相位基准信号并将所述相位基准信号返回至控制器。

进一步的，本实施例中的卫星跟踪装置还包括防护罩50，所述基准信号开关40设于所述防护罩50内。防护罩50用于罩住基准信号开关40，避免光照影响基准信号开关40采集相位基准信号；防护罩50还具有防潮防尘的作用。优选遮光罩为黑色塑料模型，遮光效果好、重量轻。

进一步的，所述调整电机组90包括三个电机，以分别控制天线的方位转动、俯仰转动以及极化转动。

进一步的，所述惯导系统包括陀螺传感器和加速度传感器，控制器对陀螺传感器和加速度传感器采集的天线运动姿态数据进行融合处理，产生天线在三个方向轴上的角速度和倾角值，进而控制器根据天线在三个方向轴上的角速度和倾角值以及当前地理位置信息计算天线的俯仰角、方位角和极化角。

进一步的，本实施例中的卫星跟踪装置还包括上位机，上位机与控制器电连接，用于对控制器进行控制以及显示相位基准信号和卫星信号强度值的波形。

实施例2

本实施例提供一种移动天线载体的卫星跟踪装置，包括天线，所述天线包括主反射面20和副反射面10，结合图6所示，所述副反射面10的轴线与所述主反射面20的轴线平行。这样，副反射面10相对于所述天线的跟踪方向为偏心设置。无论副反射面10是倾斜设置或偏心设置，当主反射面20对准卫星时，副反射面10旋转至任一角度位置时的卫星信号强度值都相等，其信号强度值变化几乎为零。而当主反射面20偏离卫星方向时，卫星信号强度值在副反射面10旋转时产生正弦波曲线的强弱变化。从而本实施例中的卫星跟踪装置可达到与实施例1中卫星跟踪装置相同的效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动天线载体的卫星跟踪装置，包括天线，所述天线包括主反射面(20)和副反射面(10)，其特征在于，所述副反射面(10)的轴线与所述主反射面(20)的轴线之间形成一夹角，所述夹角大于零。

2.根据权利要1所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述副反射面(10)为双曲面或椭球面。

3.根据权利要1所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述副反射面(10)为铝材料或碳纤维制成。

4.根据权利要1所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述天线为环焦天线，焦点位于所述副反射面(10)的边缘。

5.根据权利要1所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述天线还包括无刷电机(30)，所述无刷电机(30)与所述副反射面(10)相连，以控制所述副反射面(10)旋转。

6.根据权利要5所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述无刷电机(30)的转速范围为100-6000rpm。

7.根据权利要1所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述天线还包括调整电机组(90)，所述调整电机组(90)包括三个电机，以分别控制所述天线的方位转动、俯仰转动以及极化转动。

8.根据权利要1-7任一所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述天线还包括基准信号开关(40)，所述基准信号开关(40)置于所述副反射面(10)上方，以采集所述副反射面(10)旋转一圈产生的相位基准信号。

9.根据权利要8所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述基准信号开关(40)为光电开关或开关传感器。

10.根据权利要8所述的卫星跟踪装置，其特征在于，所述天线还包括防护罩(50)，所述基准信号开关(40)设于所述防护罩(50)内。