DE2702340C3 - Ship antenna - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schiffsantenne mit Drei-Achsen-Rahmenstabilisierung zur Ausregelung der Schiffsbewegung und zur Nachführung der Antenne zu einem Satelliten, wobei eine Gabel an einem -to vertikal zur Ebene des Decks verlaufenden Mast starr befestigt ist.The invention relates to a ship antenna with three-axis frame stabilization for adjustment the ship's movement and for tracking the antenna to a satellite, with a fork on a -to vertical to the level of the deck extending mast is rigidly attached.
Es werden derzeit Satellitenf unksysteme entwickelt und erprobt, welche generelle Verbesserungen der Kommunikationsmöglichkeiten für die Schiffahrt erlauben. So sollen mit diesen Systemen die Qualität und Zuverlässigkeit der Übertragungsstrecken erheblich verbessert und die Kommunikationsmöglichkeiten ausgedehnt werden. Neben den herkömmlichen Kommunikationsaufgaben übernehmen diese Sy- so sterne weltweit im 24-Stunden-Dienst unter anderemSatellite radio systems are currently being developed and tested, which general improvements to the Allow communication options for shipping. So with these systems the quality and the reliability of the transmission links and the communication options are significantly improved be expanded. In addition to the conventional communication tasks, these systems take over stars around the world in 24-hour service, among other things
- die Übertragung von Wetter-, Navigationsdaten und Fahrtroutenberatung,- the transmission of weather, navigation data and route advice,
- einen zuverlässigen Sicherheits- und Notrufdienst, - a reliable security and emergency call service,
- die Telefon- und Fernschreibverbindung zwischen Schiffen und öffentlichen Fernsprechnetzen, - the telephone and telex connection between ships and public telephone networks,
- die Faksimile- u.id Datenübertragung mit hohen Bitraten,- the facsimile and ID data transmission with high bit rates,
- die Nachrichten- und Unterhaltungsprogramm-Übertragung. - the broadcast of news and entertainment programs.
Die Bestandteile dieser Satellitenfunksysteme sind geostationäre Satelliten, Ländstationen und Schiffsterminals. Letztere bestehen im wesentlichen aus ei- t>r> ner stabilisierten Schiffsantenne, die bei allen Schiffsbewegungen ständig auf den Sattelliten ausgerichtet ist und den nachrichtentechnischen Einrichtungen.The components of these satellite radio systems are geostationary satellites, land stations and ship terminals. The latter consist essentially of egg t>r> ner stabilized ship antenna that is constantly aligned with all ship movements on the saddle of Israel and telecommunication devices.
Es sind 4-Achsen-Rahmenstabilisierungen bekannt, die die Achsfolge:There are 4-axis frame stabilizers known that the axle sequence:
Roll-, Nick-, Azimut-, ElevaiionRoll, pitch, azimuth, elevation
besitzen. In der Stabilisierungsmethode unterscheidet man »passive Systeme«, bei denen die Roll- und Nickachse passiv mittels der Schwerkraft und zwei gegenläufigen Drallkörpern stabilisiert wird. Azimut und Elevation, die in der Regel geringeren Bewegungen als die beiden ersten Achsen unterworfen sind, werden aktiv stabilisiert. Bei den »voll aktiven Systemen« werden auch Rollachse und Nickachse aktiv stabilisiert. Hierzu wird ein Lotsensor benötigt.own. In the stabilization method, a distinction is made between »passive systems«, in which the roll and pitch axes is stabilized passively by means of gravity and two counter-rotating swirl bodies. Azimuth and Elevation, which are usually subject to smaller movements than the first two axes actively stabilized. With the “fully active systems”, the roll axis and pitch axis are also actively stabilized. A plumbing sensor is required for this.
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff ist beispielsweise aus der DE-OS 2 209 790 bekannt, wobei ein Radarreflektor mittels eines Kugelgelenks auf einem Träger befestigt ist. Weiter gehören zum Stand der Technik die DE-OS 2534768 und die DE-OS 2544867. Bei sämtlichen vorher zitierten Gegenständen werden jeweils Kardanringe verwendet, in deren Zentrum das nachzuführende Bauteil angeordnet /oder aber befestigt ist. Die Verbindung des nachzuführenden Bauteils mit dem Zentrum des Kardans bewirkt immer, daß dieses nur in einem ganz begrenzten Winkelbereich (z. B. eines Kegelausschnitts aus einer Kugel) nachführbar ist, da bei technischen Gebilden eine mit dem Mittelpunkt des Kardans in Verbindung stehende Achse schon nach dem Auslenken von weniger Winkelgraden an den einen oder anderen Kardanring anschlägt.A device according to the preamble is known, for example, from DE-OS 2 209 790, wherein a radar reflector is attached to a support by means of a ball joint. Next belong to the stand the technology DE-OS 2534768 and DE-OS 2544867. For all previously cited objects gimbals are used in each case, in the center of which the component to be tracked is arranged / or is attached. The connection of the component to be tracked with the center of the cardan causes always that this only occurs in a very limited angular range (e.g. a section of a cone from a Ball) can be tracked, since in technical structures one is connected to the center of the cardan stationary axis after deflecting a few degrees of angle to one or the other gimbal strikes.
Aus der DE-OS 2544867 geht auch deutlich hervor, daß das beschriebene Prinzip zwar zum Auskoppeln gegenüber Schiffsbewegungen genügend Freiheitsgrade bildet, jedoch zum Nachführen einer Antenne nicht geeignet ist. Deshalb ist hier die Antenne auf einem Tellerrad befestigt, welches über ein Ritzel angetrieben wird. Das Tellerrad kann eine vollständige Drehbewegung um 360° und mehr ausführen, wodurch zusammen mit der Schwenkbewegung um eine Achse die Antenne auf jeden Punkt einer gedachten Halbkugel geführt werden kann.From DE-OS 2544867 it is also clear that the principle described is true for decoupling against ship movements forms enough degrees of freedom, but for tracking a Antenna is not suitable. Therefore, the antenna is attached to a ring gear here, which has a Pinion is driven. The ring gear can perform a complete rotary movement of 360 ° and more, which, together with the pivoting movement around an axis, the antenna to each point one imaginary hemisphere can be performed.
Eine Drei-Achsen-Rahmenstabilisierung der vorbeschriebenen Art für Schiffsantennen ist auch aus dem »Journal of British Interplanetary Society« Vol. 27 Seite 747 bekannt, wobei hier der an einem Mast auf dem Deck des Schiffs befestigte Rahmen eine volle Azimutdrehung um 360° auslührt.A three-axis frame stabilization of the type described above for ship antennas is also off the "Journal of British Interplanetary Society" Vol. 27 page 747 known, with the one here A frame attached to the mast on the deck of the ship executes full azimuth rotation by 360 °.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drei-Achsen-Rahmenstabilisierung für Schiffsantennen zu schaffen, die Nick-, Roll- und Gierbewegungen des Schiffs auskoppelt und eine exakte Nachführung der Antenne gegenüber einem an jedem beliebigen Punkt des Himmels befindlichen Satelliten mittels Schwenkbewegungen ihrer Bauelemente von weniger als 360 Winkelgraden gestattet.The invention is based on the object of a three-axis frame stabilization for ship antennas to create the pitch, roll and yaw movements of the ship and an exact tracking the antenna with respect to a satellite located at any point in the sky by means of Pivoting movements of their components of less than 360 degrees are permitted.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schiffsantenne gemäß dem Oberbegriff dadurch gelöst, daß ein Gelenkkreuz in Gabelzapfen drehbar gelagert ist, dessen erste Arme parallel zur Nickachse des Schiffs verlaufen und dessen andere Arme in der Ebene der Rollachse des Schiffs verlaufen und eine zweite Gabel lagern, an der rechtwinklig zu ihren Armen mittels Laschen ein Zapfen angeordnet ist, der eine Kreuzelevationsachse zur drehbeweglichen Lagerung einer mit dem Zapfen starr verbundenen Parabolantenne bildet.According to the invention, this object is achieved in a ship antenna according to the preamble in that that a joint cross is rotatably mounted in fork pins, the first arms of which are parallel to the pitch axis of the ship and the other arms of which are in the plane of the ship's roll axis and one store second fork, on which a pin is arranged at right angles to their arms by means of tabs, the a cross-elevation axis for the rotatable mounting of a parabolic antenna rigidly connected to the pin forms.
Eine volle Drehung um eine Achse, die Probleme bei der Abnahme der Signale mit sich bringt (Schleif-A full rotation around an axis, which causes problems when picking up the signals (grinding
27 02 34ο27 02 34ο
U)U)
ringkupplungen oder Anschläge), wird bei der erfindungsgemäßen Schiffsantenne vermieden. Die Kinematik und konstruktive Auslegung des Erfindungsgegenstands dient nicht nur der Entkopplung der Antenne gegenüber Schiffsbewegungen, sondern gleichzeitig der exakten und jeden Punkt einer gedachten Halbkugel erreichbaren !Sachführung der Antenne gegenüber einem Satelliten. Dabei werden Kreiselsysteme für die Stabilisierung und Schleifringkupplungen für die Signalleitungen vermieden.ring couplings or stops) is avoided in the ship antenna according to the invention. The kinematics and structural design of the subject matter of the invention serves not only to decouple the Antenna opposite ship movements, but at the same time the exact and every point an imaginary one Hemisphere reachable! Real guidance of the antenna opposite a satellite. Be there Gyro systems for stabilization and slip ring couplings for the signal lines avoided.
Bei der Drei-Achsen-Rahmenstabilisierung der erfindungsgemäßen Schiffsantenne ist die Rahmenfolge: In the three-axis frame stabilization of the ship antenna according to the invention, the frame sequence is:
Nick-, Roll-, Kreuzelevation.Nick, roll, cross elevation.
Dieses System benötigt keine voll durchdrehbare Achse und ist trotzdem in der Lage, einer kontinuierlichen
Kursbewegung des Schiffes zu folgen. Dies geschieht nicht, wie bei allen anderen Systemen durch
eine Azimutdrehung, sondern durch eine kombinierte ^RoIl- und Kreuzelevationsbewegung.
Γ" Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Err
'findung ist der Lagerarm der Parabolantenne über die
■ Kreuzelevationsachse hinaus verlängert und trägt als drehmomentenausgleichendes Gegengewicht Empfängermodul
und Sendeverstärker.This system does not require a fully rotating axle and is still able to follow a continuous course movement of the ship. This does not happen, as in all other systems, by an azimuth rotation, but by a combined roll and cross-elevation movement.
Γ "In an advantageous embodiment of the He r 'invention the bearing arm of the parabolic antenna is extended beyond the ■ cross elevation axis and carries the torque-balancing counterweight receiver module and transmitter amplifier.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die zweite Gabel über die Rollachse hinaus verlängert ist und an ihrem unteren Ende zum Drehmomentenausgleich ein Lotsensorpaket angeordnet ist. J»It is also advantageous if the second fork is extended beyond the roll axis and at its lower one A plumb sensor package is arranged at the end for torque compensation. J »
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigtAn exemplary embodiment of the invention is described below with reference to figures. It shows
Fig. 1 die prinzipielle Anordnung einer Schiffsantenne auf einem Schiff,Fig. 1 shows the basic arrangement of a ship's antenna on a ship,
Fig. 2 eine Prinzipskizze mit 3-Achsen-Rahmen- J"> Stabilisierung für eine Schiffsantenne undFig. 2 is a schematic diagram with 3-axis frame J "> stabilization for a ship's antenna and
Fig. 3 eine innerhalb eines Radoms befindliche, erfindungsgemäße Schiffsantenne in perspektivischer Darstellung.3 shows a ship antenna according to the invention located within a radome in perspective Depiction.
In Fig. 1 ist ein Schiff 2 mit einer Kommando- w brücke 4 gezeigt. Auf dem Oberdeck befindet sich dabei ein Radom 6 an einem Mast 8. Einzelheiten hiervon sind in Fig. 3 dargestellt. Ausschnittweise ist in Fig. 1 eine Unterdeckeinheit zu sehen, die aus einem Prozeßrechner 10 besteht.In Fig. 1, a vessel 2 is connected to a command w bridge 4, respectively. A radome 6 is located on a mast 8 on the upper deck. Details of this are shown in FIG. In FIG. 1, a section of a lower deck unit can be seen, which consists of a process computer 10.
Die innerhalb des Radoms 6 befindliche Schiffsantenne 12 (Fig. 3) ist unter Ausgleich der Schiffsbewegungen ständig auf einen Satelliten 14 gerichtet, wobei der Peilfehler 2,5 ° nicht überschreiten soll. Der Satellit 14 steht seinerseits mit einer Bodenstation 16 und weiteren Schiffsterminals 18 in Verbindung. Zur Sicherung der Verbindung zwischen Schiff und Satellit muß die in Fig. 2 und 3 gezeigte Stabilisierungseinrichtung 20 in der Lage sein, Schiffsbewegungen folgender Art auszugleichen:The ship's antenna 12 (FIG. 3) located inside the radome 6 is compensated for the ship's movements constantly directed at a satellite 14, the bearing error should not exceed 2.5 °. The satellite 14 is in turn connected to a ground station 16 and further ship terminals 18. To secure the connection between ship and satellite must be the stabilization device shown in FIGS 20 be able to compensate for ship movements of the following types:
Rollen:Roll:
Winkelamplitude ± 35 ° Periodendauer 10 Sekunden Stampfen:Angle amplitude ± 35 ° Period duration 10 seconds Pounding:
Winkelamplitude ±15° Periodendauer 10 SekundenAngular amplitude ± 15 °, period 10 seconds
Gieren:Yaw:
Winkelamplitude ±4° Periodendauer 100 SekundenAngular amplitude ± 4 ° period 100 seconds
Ferner soll die Stabilisierung in der Lage sein, die Nachführung auch dann noch zu gewährleisten, wenn sich die Antenne 12 in Längsrichtung ca. 70 m vor dem Schwerpunkt des Schiffs in vertikaler Richtung etwa 30 m über dem Schwerpunkt und in beliebiger lateraler Ausrichtung auf dem Schiff befindet.Furthermore, the stabilization should be able to ensure the tracking even if the antenna 12 in the longitudinal direction about 70 m in front of the center of gravity of the ship in the vertical direction about 30 m above the center of gravity and in any lateral orientation on the ship.
Da auf Schiffen mit extremen Bedingungen zu rechnen ist, muß das System in einem Temperaturbereich von — 40 bis + 65 ° C einsatzfänig sein. Die Einrichtung muß auch allen Anforderungen unter folgenden Luftfeuchtigkeitsbedingungen genügen: bis 95% relative Feuchtigkeit bei konstanter Luftfeuchtigkeit und stark wechselnder Luftfeuchtigkeit einschließlich Kondensationsperioden, in denen die Ausrüstung innen und außen mit Frost oder Tau belegt ist. Ferner ist mit Vereisung, mit erheblichen Niederschlägen, mit Wind und Schockeinwirkung zu rechnen, so daß eine Nachführeinrichtung von ihrer Kinematik her einfach aufgebaut sein muß. Während kleinere Wartungsarbeiten an Bord erledigt werden können, sollen größere Wartungen nur alle zwei Jahre durchgeführt werden. Das Prinzip der 3-Achsen-Rahmenstabilisierung ist in Fig. 2 gezeigt. Hier ist ein senkrecht aus der Ebene des Schiffs herausragender Mast 8 zu sehen, an dem eine Gabel 22 starr befestigt ist. Die Enden 24, 26 der Gabel 22 verlaufen quer zur Nickachse 28 des Schiffes und weisen Lagerungen 30 auf. In diesen Lagerungen sind zwei Arme 32, 34 eines Gelenkkreuzes 36 gelagert. Die anderen Arme 38, 40 des Gelenkkreuzes bilden iine Achse 42, die parallel zur Rollachse des Schiffes verläuft. In den Zapfen dieser Arme 38, 40 ist eine weitere Gabel 44 mit Armen 58, 60 gelagert. Im Zentrum dieser Gabel 44 befinden sich zwei Laschen 46, in denen rechtwinklig zur Achse 42 ein Zapfen 48 drehbeweglich angeordnet ist. Mit diesem Zapfeen 48, der in Richtung einer Kreuzelevationsachse 62 verläuft, steht eine Antenne 12 in starrer Verbindung. Die Antenne ist im vorliegenden Fall als Parabolantenne von ca. 1,25 m Durchmesser ausgebildet. Since extreme conditions are to be expected on ships, the system must be in a temperature range be operational from - 40 to + 65 ° C. The facility must also meet all of the requirements below Humidity conditions are sufficient: up to 95% relative humidity with constant humidity and strongly fluctuating humidity including periods of condensation when the equipment is inside and the outside is covered with frost or dew. Furthermore, with icing, with considerable rainfall, with Wind and shock effects are to be expected, so that a tracking device is simple in terms of its kinematics must be built. While minor maintenance work can be done on board, larger ones should be Maintenance is only carried out every two years. The principle of 3-axis frame stabilization is shown in fig. Here a mast 8 protruding vertically from the plane of the ship can be seen, on which a fork 22 is rigidly attached. The ends 24, 26 of the fork 22 run transversely to the pitch axis 28 of the Ship and have bearings 30. In these bearings are two arms 32, 34 of a joint cross 36 stored. The other arms 38, 40 of the joint cross form an axis 42 which is parallel to the roll axis the ship runs. In the pin of these arms 38, 40 is a further fork 44 with arms 58, 60 stored. In the center of this fork 44 there are two tabs 46 in which at right angles to the axis 42 a pin 48 is rotatably arranged. With this pin 48, which is in the direction of a cross-elevation axis 62 runs, an antenna 12 is rigidly connected. The antenna is in the present case as Parabolic antenna with a diameter of approx. 1.25 m.
Die Kinematik der in Fig. 2 gezeigten 3-Achsen-Rahmenstabilisierung ermöglicht die Ausregelung der Schiffsbewegung und Nachführung der Antenne zum Satelliten, wobei keine voll durchdrehbare Achse vorhanden ist und trotzdem Kurzbewegungen des Schiffes kontinuierlich Folge geleistet werden kann. Wesentlich ist, daß beim Gegenstand der Erfindung keine Azimutdrehung, sondern eine kombinierte Roll- und Kreuzelevationsbewegung vorgenommen wird.The kinematics of the 3-axis frame stabilization shown in FIG. 2 enables the ship's movement to be regulated and the antenna to be tracked to the satellite, although there is no fully rotatable axis and short movements of the ship can still be followed continuously. Essential is that in the subject matter of the invention no azimuth rotation, but a combined roll and Cross-elevation movement is made.
Während Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Kinematik der Nachführung darstellt, ist in Fig. 3 eine technisch realisierbare Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei wurden die Bezugszeichen von Fig. 2 verwendet. In Fig. 3 ist insbesondere Gabel 44 so weit verlängert, daß sie in den Zapfen 38, 40 drehmomentenfrei gelagert ist. An den verlängerten Gabelarmen sind dabei ein Lotsensorpaket und ein Gegengewicht 50, 52 angeordnet. Der Parabolspiegel 12 weist ebenfalls über den Zapfen 48 verlängerte Laschen 54 auf, die ein Profil bilden, in dem ein Empfängermodul 56 und ein Sendeverstärker einbaubar sind.While FIG. 2 shows a basic illustration of the kinematics of the tracking, FIG. 3 shows a technically feasible embodiment of the invention shown. The reference numerals of Fig. 2 is used. In Fig. 3 in particular fork 44 is extended so far that it is in the pin 38, 40 is mounted free of torque. There is a plumb sensor package and on the extended fork arms a counterweight 50, 52 is arranged. The parabolic mirror 12 is also extended beyond the pin 48 Lugs 54 which form a profile in which a receiver module 56 and a transmitter amplifier can be installed are.
Die prinzipielle Funktionsweise der Antennenstabilisierung ist im folgenden erläutert:The basic functionality of the antenna stabilization is explained below:
Nach Vorgabe der Schiffs- und Satellitenposition in Länge und Breite durch Bedienpersonal rechnet ein einfacher Prozeßrechner 10 unter Berücksichtigung des Schiffskurses Sollwerte für den Roll- und Kreuzelevationswinkel aus. Der Sollwert des Nickwinkels ist ständig Null.After specifying the ship and satellite position in latitude and longitude by the operating staff, it calculates a simple process computer 10 taking into account the ship's course setpoint values for the roll and Cross elevation angle. The nominal value of the pitch angle is always zero.
Das Stabilisierungssignalinterface zwischen Unterdeck- und Überdeckstation besteht nur aus diesen beiden Sollwertsignalen (abgesehen von den Energieversorgungssignalen). Der RoIlwertsoUwinkel ist re-The stabilization signal interface between the lower deck and the upper deck station consists only of these both setpoint signals (apart from the energy supply signals). The RoIlwertsoUwinkel is re-
allotbezogen; der Kreuzelevationswinkelwert ist ein Rahmenrelativwinkel. Die Sollwertsignale versorgen 3 über Deck geschlossene DC-Servokreise. Die den Seegang ausgleichenden Stellsysteme (Nick- und Rollachse) müssen schnell und direkt arbeiten können. Wesentlich geringer sind die Bewegungen, der die Kreuzelevation zu folgen hat. Sie wird durch Positions- und Kursänderungen des Schiffs bedingt und dadurch sehr langsam. Ein kleines Motorpotentiometer mit hoher Übersetzung (ü> 1:500) ist ausreichend, um die erforderlichen Stellmomente auszuführen und gleichzeitig eine Stellrückmeldung zu versehen. Die hierbei integrierten Kunststoffschichtpotentiometer erreichen Lebensdauern, die über denen der DC-Motoren liegen. Der Linearitätsfehler über den vollen Winkelbereich verändert sich währenddessen um weniger als l%o.allot-related; the cross elevation angle value is a Frame relative angle. The setpoint signals supply 3 DC servo circuits that are closed over the deck. The the Actuating systems (pitch and roll axes) that compensate for the sea state must be able to work quickly and directly. The movements that the cross-elevation has to follow are much smaller. It is supported by positional and course changes of the ship and therefore very slowly. A small motor potentiometer with a high gear ratio (ü> 1: 500) is sufficient to carry out the required actuating torques and at the same time to provide a setting feedback. The integrated plastic layer potentiometer achieve lifetimes that are longer than those of DC motors. The linearity error Meanwhile, changes over the full angular range by less than 1% o.
Als Lotmeßreferenz dient ein zweiachsig arbeitendes Meßsystem, das aus zwei Orehgeschwin.digkeitssensoren und zwei Schaltlibellen besteht. Die weiteren elektronischen Komponenten werden durch die gewählten Motoren und das Meßsystem bestimmt.A biaxial measuring system consisting of two Orehgeschwin.digkeitssensoren serves as a vertical reference and two switching vials. The other electronic components are chosen by the Motors and the measuring system determined.
Zur Signalführung über die Rahmenachsen sind sog. Flex-Lead-Verbindungen, das sind flexible Festverdrahtungen, vorgesehen.So-called flex-lead connections are used for signal routing via the frame axes, i.e. flexible fixed wiring, intended.
Das Radom ist ein üblicherweise verwendetes Kugelradom und braucht im vorliegenden Fall nicht näher erläutert zu werden.The radome is a commonly used spherical radome and does not need any further details in the present case to be explained.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
tat.?*'did.?*'
Claims (3)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |