KR100490126B1 - 이동체 탑재형 위성 추적 안테나 - Google Patents

이동체 탑재형 위성 추적 안테나 Download PDF

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KR100490126B1 KR10-2002-0001395A KR20020001395A KR100490126B1 KR 100490126 B1 KR100490126 B1 KR 100490126B1 KR 20020001395 A KR20020001395 A KR 20020001395A KR 100490126 B1 KR100490126 B1 KR 100490126B1
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Abstract

본 발명은 간단한 구성으로 이동체의 움직임에도 불구하고 항시 위성을 추적할 수 있는 이동체 탑재형 위성 추적 안테나에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 안테나는, 이동체에 탑재되어 목표 위성을 추적하기 위한 위성 추적 안테나 시스템에 있어서, 목표 위성을 향하도록 조정되는 반사판; 상기 이동체의 피칭 움직임에 따라 무게추를 이용하여 상기 반사판의 앙각을 기구적으로 일정하게 유지하기 위한 피칭 추적수단; 상기 이동체의 요잉이나 롤링 움직임에 따라 상기 반사판의 방위각을 일정하게 유지하기 위한 요잉 추적수단; 및 상기 안테나 시스템을 이동체에 고정하기 위한 고정수단으로 구성된다.
따라서 본 발명에 따르면 이동체의 움직임에 따라 안테나의 방향이 목표 위성의 방향과 틀어지는 것을 피칭은 무게추에 의해 자동으로 조정하고, 요잉과 롤링은 요잉 각속도 감지센서와 롤링 각속도 감지센서에 의해 각각 감지한 후 하나의 모터를 이용하여 방향을 조정함으로써 간단한 구조의 이동체 탑재형 추적 안테나를 구현할 수 있다.

Description

이동체 탑재형 위성 추적 안테나{ A satellite tracking antenna system for vehicles }
본 발명은 위성 추적 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 구성으로 이동체의 움직임에도 불구하고 항시 위성을 추적할 수 있는 이동체 탑재형 위성 추적 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 위성통신은 마이크로주파수대의 고주파수를 사용하므로 전파의 직진성이 강해 지향성이 큰 안테나를 필요로 하는 바, 반사판을 갖는 파라볼라 안테나 등을 사용하고 있다. 또한 자동차나 항공기, 선박 등과 같은 이동체에 탑재되는 지향성 안테나의 경우에는 위성 지구국이나 가정용과 같이 위치가 고정된 안테나와는 달리 이동체의 움직임에 따라 위성을 추적할 수 있는 추적기능이 필요하다.
도 1은 선박등에 탑재되는 종래의 위성 추적 안테나를 도시한 개략도로서, 종래의 위성 추적 안테나는 반사판(102)과, 반사판 지지대(104), 이동체의 앙각방향 움직임을 감지하기 위한 각속도 감지센서(106), 반사판(102)을 상하로 이동시키기 위한 앙각 모터(110)와, 앙각 모터(110)의 회전력을 전달하여 반사판(102)을 상하로 이동시키는 앙각 회전풀리(108), 안테나 지지대(112), 이동체의 방위각 방향 움직임을 감지하기 위한 각속도 감지센서(116), 반사판(102)을 좌우로 이동시키기 위한 방위각 모터(118), 방위각 모터(118)의 회전력을 전달하여 반사판(102)을 좌우로 이동시키기 위한 방위각 회전풀리(114), 및 바닥판(120)으로 구성된다.
도 1을 참조하면, 추적 안테나 시스템을 지지하는 바닥판(120)은 이동체(미도시)의 몸체에 고정되어 있고, 안테나의 반사판(102)은 위성을 향하도록 설치되어 있다. 바닥판(120) 위에는 안테나의 방위각 방향을 추적하기 위한 방위각 모터(118)와 안테나를 지지하기 위한 지지대(112)가 놓여 있고, 지지대(112)의 일단에는 방위각 모터(118)의 회전에 따라 안테나의 방위각을 추적하기 위한 방위각 회전풀리(114)가 설치되어 있으며, 지지대(112)의 상단에는 앙각 모터(110)의 회전에 따라 반사판(102)을 상하로 움직이기 위한 앙각 회전풀리(108)가 설치되어 있으며, 반사판(102)은 반사판 지지대(104)에 의해 지지됨과 아울러 앙각 회전풀리(108)의 회전에 따라 상하로 이동된다. 따라서 안테나 시스템의 반사판(102)은 앙각 모터(110)와 방위각 모터(118)의 회전에 따라 앙각 방향과 방위각 방향으로 움직일 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 종래의 추적 안테나 시스템에서 이동체가 움직일 경우에, 앙각방향의 움직임은 앙각 각속도 감지센서(106)에 의해 감지되고, 방위각 방향의 움직임은 방위각 각속도 감지센서(116)에 의해 감지되어 반사판(102)의 방향이 목표 위성의 방향과 틀어질 경우에 제어기(미도시)가 그 보정값을 계산한 후 앙각 모터(110)와 방위각 모터(118)를 각각 제어하여 앙각 회전풀리(108)와 방위각 회전풀리(114)를 보정값만큼 회전시킴으로써 반사판(102)이 항시 위성 방향을 향하도록 한다. 따라서 안테나는 이동체의 움직임과 관계없이 항상 목표 위성을 추적함으로써 양질의 위성통신을 할 수 있다.
그런데 이러한 종래의 추적 안테나 시스템은 이동체의 이동을 감지하기 위하여 2개의 각속도 감지센서가 필요하고, 감지된 값으로부터 반사판을 회전시키기 위하여 2개의 모터를 필요로 하기 때문에 안테나의 구조와 제어 메커니즘이 복잡하고, 제작원가도 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 무게추를 이용함으로써 추적을 위해 요구되는 구조를 간단하게 함으로써 제조비용을 줄일 수 있는 이동체 탑재형 위성 추적 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는, 이동체에 탑재되어 목표 위성을 추적하기 위한 위성 추적 안테나 시스템에 있어서, 목표 위성을 향하도록 조정되는 반사판; 상기 이동체의 피칭 움직임에 따라 무게추를 이용하여 상기 반사판의 앙각을 기구적으로 일정하게 유지하기 위한 피칭 추적수단; 상기 이동체의 요잉이나 롤링 움직임에 따라 상기 반사판의 방위각을 일정하게 유지하기 위한 요잉 추적수단; 및 상기 안테나 시스템을 이동체에 고정하기 위한 고정수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 피칭 추적수단은 상기 반사판을 지지하기 위한 반사판 지지대와, 상기 반사판 지지대에 연결되며 무게추를 메달기 위한 회전봉, 상기 회전봉에 메달려 지구중심을 향하는 무게추, 상기 회전봉을 지지하여 상기 무게추를 공중에 뜨게 함과 아울러 상기 회전봉이 회동될 수 있게 하는 회전봉 지지대로 구성되고, 상기 요잉 추적수단은 롤링과 요잉을 검출하기 위한 각속도 감지센서들과, 상기 각속도 감지센서들로부터 입력된 감지값으로 보정치를 산출하는 제어기, 상기 제어기의 지령에 따라 회전하는 모터, 상기 모터의 회전력으로 상기 반사판의 방향을 조정하기 위한 구동 메커니즘으로 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 개념을 도시한 개략도이다.
선박과 같은 이동체의 움직임은 도 2에 도시된 바와 같이, 이동체의 진행방향을 중심으로 좌,우로 움직이는 요잉(yawing)과, 회전하는 롤링(rolling), 상하로 움직이는 피칭(pitching)으로 구분된다. 그리고 요잉(yawing)은 요잉 각속도 센서(21)에 의해 감지되고, 롤링(rolling)은 롤링 각속도 센서(22)에 의해 감지되며, 피칭(pitching)은 피칭 무게추(23)에 의해 제어된다. 특히, 본 발명에 따르면 요잉 각속도센서(21)와 롤링 각속도 센서(22)에 의해 감지된 이동체의 요잉과 롤링 움직임은 제어기(도 5의 502)에 의해 보정값이 산출된 후 하나의 모터(도3의 324)에 의해 보정되고, 피칭은 피칭 무게추(23)에 의해 자동으로 보정됨으로써 간단한 구조로 추적 메커니즘을 구현할 수 있다. 즉, 무게추(23)는 이동체의 움직임과 무관하게 항상 지표면을 향하여 중심을 잡고 있기 때문에 반사판(302)에 무게추(308)를 일체로 연결하여 반사판(302)이 피칭에 관계없이 항시 일정한 방향을 향하게 할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 피칭을 보정하기 위한 하나의 무게추와 요잉과 롤링을 보정하기 위한 하나의 모터만으로 추적 메커니즘을 구현할 수 있으므로 2개의 모터를 필요로 하는 종래의 추적 메커니즘보다 간단하고 저렴하게 추적 안테나를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나를 도시한 평면도이다.
본 발명에 따른 추적 안테나는 반사판(302)과, 이동체의 피칭에 관계없이 반사판(302)이 지표면에 대해 항시 일정한 각도(앙각)를 유지하도록 반사판(302)의 방향을 제어하는 피칭 추적수단과, 이동체의 롤링이나 요잉에 관계없이 반사판(302)이 항시 일정 각도(방위각)를 유지하도록 제어하는 요잉 추적수단과, 안테나를 이동체에 고정하기 위한 고정수단으로 구성된다.
피칭 추적수단은 반사판(302)을 지지하기 위한 반사판 지지대(304)와, 회전봉 지지대(310)에 의해 지지되고 반사판 지지대(304)가 연결된 회전봉(306), 그리고 회전봉(306)에 메달려 항시 지구중심을 향하도록 된 무게추(308), 및 회전봉 지지대(310)로 이루어진다. 이때 반사판(302)이 목표 위성을 향하도록 안테나 설치시에 각도가 조절된 후 반사판(302)과 반사판 지지대(304), 회전봉(306), 무게추(308)는 하나의 강체처럼 고정되고, 회전봉(306)은 회전봉 지지대(310)에 의해 지지되어 무게추(308)가 공중에 뜬 구조로 설치되어 무게추(308)의 움직임에 따라 반사판(302)이 그대로 움직이도록 되어 있다.
요잉 추적 수단은 일단에 회전봉(306)이 삽입될 수 있는 구멍이 형성된 한쌍의 지지대로 이루어져 삽입된 회전봉(306)의 양단을 지지하고, 지지대의 타단은 회전 평판(312)에 고정되는 회전봉 지지대(310)와, 모터(324)의 회전에 따라 평판(312)을 회전시키기 위한 종동풀리(318)와 종동축(319), 모터(324), 모터(324)의 회전에 따라 회전되면서 종동풀리(318)에 회전력을 전달하기 위한 구동풀리(320), 구동풀리(320)와 종동풀리(318) 사이에 회전력을 전달하기 위한 벨트(322)로 구성되어 모터(324)의 회전에 따라 반사판(302)의 각도(방위각)를 보정한다. 이때, 본 발명에서는 회전 평판(312) 위에 설치된 2개의 각속도 감지센서(314,316)로부터 감지된 요잉 변위와 롤링 변위를 입력받아 제어기(502)가 목표값과의 차이를 보정하기 위한 보정값을 산출한 후 모터(324)를 제어하여 안테나의 반사판(302)이 항시 목표 위성을 향하도록 되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 요잉 추적 수단으로서 풀리를 이용한 예를 보였으나 본 발명의 기술적 사상은 이러한 예에 한정되지 않고, 고출력의 모터 등을 이용하여 직접 회전 평판이나 안테나 본체를 회전시킬 수도 있고, 기어장치를 이용할 수도 있다.
안테나를 이동체에 고정시키기 위한 고정 수단은 볼트 체결이 가능한 바닥판(326)으로 이루어져 안테나 시스템을 지지함과 아울러 이동체에 부착된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 바닥판(326)은 넓은 원판으로 되어 그 위에 안테나 시스템의 모든 장치들을 지지하고 있고, 이동체와 볼트 등으로 체결되어 안테나시스템을 이동체에 장착한다.
바닥판(326) 위에는 모터(324)와 안테나 지지계통이 분리되어 설치되어 있다. 안테나 지지계통은 모터(324)의 회전에 따라 반사판(302)을 방위각 방향으로 회전시키기 위한 종동부와, 종동부에 의해 회전되는 안테나 지지 평판(312), 회전봉 지지대(310), 반사판(302), 반사판 지지대(304), 회전봉(306), 무게추(308) 등으로 이루어져 있다. 그리고 평판(312) 위에는 요잉과 롤링을 감지하기 위한 요잉 각속도 감지센서(314)와 롤링 각속도 감지센서(316)가 설치되어 있고, 이들은 후술하는 바와 같이 제어기(502)에 연결되어 있다. 종동부는 종동축(319)과, 구동풀리(320)의 회전력을 벨트(322)를 통해 전달받아 회전되는 종동풀리(318)로 이루어지고, 회전봉(306)이 회전봉 지지대(310)에 의해 지지되어 무게추(308)가 공중에 메달려 자유롭게 움직일 수 있도록 되어 있다. 이때 안테나 설치시에 반사판(302)이 목표 위성을 향하도록 각도가 조절된 후 반사판(302)과 반사판 지지대(304), 회전봉(306), 무게추(308)는 하나의 강체로 고정되어 지구 중심을 향하는 무게추(308)의 움직임에 따라 항시 일정한 각도(앙각)를 유지하도록 되어 있음에 유의할 필요가 있다.
도 5는 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 제어 구성을 도시한 블럭도이고, 도 6은 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 제어절차를 도시한 순서도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 이동체의 피칭(pitching) 움직임은 본 발명에 따른 무게추(308)를 이용한 피칭 추적 수단에 의해 기구적으로 제어되므로 별도의 감지센서나 구동모터가 필요없다.
이동체의 요잉(yawing)과 롤링(rolling) 움직임은 요잉 감지용 각속도 센서(314)나 롤링 감지용 각속도 센서(316)에 의해 각각 감지된 후 제어기(502)로 입력되고, 제어기(502)는 미리 설정된 목표값과 감지값으로부터 보상값을 산출하여 모터(324)를 제어함으로써 안테나의 반사판(302)이 요잉이나 롤링에 관계없이 항시 목표 위성을 추적하도록 한다.
이를 위해 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 제어 구성은 도 5에 도시된 바와 같이 조작을 위한 제어패널(504)과, 요잉 각속도 감지센서(314), 롤링 각속도 감지센서(316), 제어기(502), 모터(324)로 구성되고, 제어기(502)는 도 6에 도시된 바와 같이 각속도 감지센서(314,316)로부터 감지된 값을 이용하여 모터(324)를 제어한다.
도 6을 참조하면, 전원이 온되면 제어기(502)는 내장된 프로그램을 수행하여 초기화한 후 목표 위성을 추적하기 위한 목표값을 설정하고, 요잉 각속도 감지센서(314)로부터 감지값을 입력받음과 아울러 롤링 각속도 감지센서(316)로부터 감지값을 입력받아 요잉과 롤링의 상관관계로부터 보정치를 산출하여 모터(324)를 구동하기 위한 지령치를 출력한다(S1~S5). 이후 이동체의 움직임에 따라 각속도 감지센서(314,316)로부터 입력되는 값에 의해 계속적으로 보정함으로써 안테나가 항시 목표 위성을 추적하도록 제어한다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 안테나의 동작을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 안테나 시스템의 바닥판(326)을 볼트 등을 이용하여 이동체에 고정시킨다. 그리고 안테나 최초 설치시에 안테나의 반사판(302)이 목표 위성을 향하도록 앙각을 맞춰 반사판(302)과 반사판 지지대(304), 회전봉(306), 무게추(308)를 일정하게 고정시키고, 미도시된 제어패널을 통해 반사판(302)이 목표 위성을 향하도록 방위각을 설정한다. 방위각 조정은 기준조건에서 요잉 각속도 감지센서(314)와 롤링 각속도 감지센서(316)로부터 입력된 감지값을 입력받아 보정치를 산출한 후 모터(324)를 제어함으로서 이루어진다. 모터의 회전에 의해 구동풀리(320)가 회전하면 구동풀리(320)의 회전력은 벨트(322)를 통해 종동풀리(318)에 전달되고, 종동풀리(318)가 회전하면 종동풀리(318)에 부착된 평판(312)이 회전하면서 평판(312) 위에 탑재된 안테나 시스템을 좌우로 회전시켜 방위각을 설정한다.
이와 같이 최초 설정이 이루어진 후 이동체가 항해하면서 요잉(yawing), 롤링(rolling), 피칭(pitching) 등의 움직임이 일어나게 된다. 이때 피칭 움직임에 의한 반사판(302)의 방향 틀어짐은 무게추(308)가 지표면에 대해 항시 일정한 각도를 유지하려는 특성에 의해 기구적으로 자동으로 조정되어 반사판(302)이 최초 설정된 앙각을 유지하게 된다. 즉, 무게추(23)는 이동체의 움직임과 무관하게 항상 지표면을 향하여 중심을 잡고 있기 때문에 반사판(302)에 무게추(308)를 일체로 연결시켜 반사판(302)이 피칭에 관계없이 항시 일정한 방향을 향하게 한다.
그리고 요잉과 롤링 움직임은 요잉 각속도 감지센서(314)와 롤링 각속도 감지센서(316)에 의해 각각 감지된 후, 그 감지값이 제어기(502)로 입력되어 목표 위치를 향하도록 보정값을 산출한 후 모터(324)를 구동하여 풀리를 통해 안테나를 보정치만큼 회전시킴으로써 안테나가 항시 목표 위성을 향하도록 한다. 즉, 모터의 회전에 의해 구동풀리(320)가 회전하면 구동풀리(320)의 회전력은 벨트(322)를 통해 종동풀리(318)에 전달되고, 이에 따라 안테나 몸체를 지지하는 평판(312)이 종동풀리(318)와 함께 회전되어 안테나의 방위각이 조정된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이동체의 움직임에 따라 안테나의 방향이 목표 위성의 방향과 틀어지는 것을 피칭은 무게추에 의해 자동으로 조정하고, 요잉과 롤링은 요잉 각속도 감지센서와 롤링 각속도 감지센서에 의해 각각 감지한 후 하나의 모터를 이용하여 방향을 조정함으로써 간단한 구조의 이동체 탑재형 추적 안테나를 구현할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 피칭을 보정하기 위한 하나의 무게추와 요잉과 롤링을 보정하기 위한 하나의 모터만으로 추적 메커니즘을 구현할 수 있으므로, 2개의 모터를 필요로 하는 종래의 추적 메커니즘보다 간단하고 저렴하게 추적 안테나를 구현할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 종래의 이동체 탑재형 위성 추적 안테나를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 개념을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나를 도시한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나를 도시한 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 제어 구성을 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 이동체 탑재형 위성 추적 안테나의 제어절차를 도시한 순서도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
302: 반사판 304: 반사판 지지대
306: 회전봉 308: 무게추
310: 회전봉 지지대 312: 회전 평판
314,316: 각속도 감지센서 318: 종동풀리
319: 종동축 320: 구동풀리
322: 벨트 324: 모터
326: 바닥판

Claims (5)

  1. 이동체에 탑재되어 목표 위성을 향하도록 조정되는 반사판과, 이동체의 피칭 움직임에 따라 무게추를 이용하여 상기 반사판의 앙각을 기구적으로 일정하게 유지하기 위한 피칭 추적수단과, 상기 이동체의 요잉이나 롤링 움직임에 따라 상기 반사판의 방위각을 일정하게 유지하기 위한 요잉 추적수단; 및 안테나 시스템을 이동체에 고정하기 위한 고정수단으로 구성되어 목표 위성을 추적하기 위한 위성 추적 안테나 시스템에 있어서,
    상기 피칭 추적수단이
    상기 반사판을 지지하기 위한 반사판 지지대와, 상기 반사판 지지대에 연결되며 무게추를 메달기 위한 회전봉과, 상기 회전봉에 메달려 지구중심을 향하는 무게추와, 상기 회전봉을 지지하여 상기 무게추를 공중에 뜨게 함과 아울러 상기 회전봉이 회동될 수 있게 하는 회전봉 지지대로 구성되어
    안테나 설치시 상기 반사판이 목표 위성을 향하도록 각도를 조정한 후 상기 반사판과 상기 반사판 지지대와 상기 회전봉과 상기 무게추를 고정하여 상기 무게추의 움직임에 따라 상기 반사판이 움직여 항시 일정한 각도를 유지하도록 되어 있고,
    상기 요잉 추적수단은
    롤링과 요잉을 검출하기 위한 각속도 감지센서들과, 상기 각속도 감지센서들로부터 입력된 감지값으로 보정치를 산출하는 제어기와, 상기 제어기의 지령에 따라 회전하는 모터와, 상기 모터의 회전력으로 상기 반사판의 방향을 조정하기 위한 기어장치로 구성된 것을 특징으로 하는 이동체 탑재형 위성 추적 안테나.
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