NO773818L

NO773818L - SHIP ANTENNA.

Info

Publication number: NO773818L
Application number: NO773818A
Authority: NO
Inventors: Klaus Ernsberger; Gerhard Lippner
Original assignee: Dornier System Gmbh
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1978-07-24
Also published as: IT7867107A0; GB1550107A; DE2702340A1; FR2378368A1; DE2702340B2; DE2702340C3; IT1106985B

Description

SKIPSANTENNE.SHIP'S ANTENNA.

Oppfinnelsen angår en antenne med 3-akset-rammestabilisering, særlig skipsantenne, for kompensering av skipets bevegelse og antennefølgning av en satelitt. The invention relates to an antenna with 3-axis frame stabilization, in particular a ship's antenna, for compensation of the ship's movement and antenna tracking of a satellite.

Det blir for tiden utviklet og prøvet satelitt-radiosysterner som muliggjør generelle forbedringer av kommunikasjonsmulighetene for skipsfarten. Ved slike systemer kan kvaliteten og påliteligheten av kommunikasjonsstrekningene forbedres i vesentlig grad og kommunikasjonsmulighetene ut-vides. Foruten dekning av vanlige kommunikasjonsoppgaver kan slike systemer muliggjøre en 24-timers tjeneste over hele verden for overføring av værmelding, navigasjonsdata og rute-rådgivning, en pålitelig sikkerhet- og nødanropstjeneste, tele-fon- og fjernskriverforbindelse mellom skip og offentlige telefonnett, faksimil- og dataoverføring med bithastighet, Satellite radio systems are currently being developed and tested, which enable general improvements to the communication options for shipping. With such systems, the quality and reliability of the communication routes can be improved to a significant extent and the communication possibilities expanded. In addition to covering normal communication tasks, such systems can enable a 24-hour worldwide service for the transmission of weather forecast, navigational data and route advice, a reliable safety and emergency call service, telephone and teleprinter links between ships and public telephone networks, facsimile and bit rate data transfer,

og nyhets- og underholdningsprogramoverføring.and news and entertainment program transmission.

De vesentligste bestanddeler i et slikt sate-littradiosystem er geostasjonære satelitter, landstasjoner og skipsstasjoner. De sistnevnte består hovedsaklig av en stabilisert skipsantenne som ved alle skipets bevegelser stadig er rettet mot satelitten, samt kommunikasjonstekniske innret-ninger forøvrig. The most important components in such a satellite radio system are geostationary satellites, land stations and ship stations. The latter mainly consist of a stabilized ship's antenna which is constantly aimed at the satellite during all the ship's movements, as well as other communication equipment.

Det er kjent firakset rammestabilisering med følgende akser rulleakser, stampeakse, azimutakse og ele-vasjonsakse. Når det gjelder stabiliseringsmetoden skiller man mellom passive systemer hvor rulleaksen og stampeaksen stabiliseres passivt ved hjelp av tyngdekraften og to motsatt-løpende tumlelegemer. Azimut- og elevasjon som som regel er underkastet mindre bevegelser enn de to førstnevnte akser, stabiliseres aktivt. Ved fullstendig aktivt system blir såvel rulleaksen som stampeaksen aktivt stabilisert. Her er det da nødvendig med en loddrettføler. First-axis frame stabilization is known with the following axes roll axis, pitch axis, azimuth axis and elevation axis. When it comes to the stabilization method, a distinction is made between passive systems where the roll axis and the ram axis are passively stabilized with the help of gravity and two oppositely running tumbling bodies. Azimuth and elevation, which are generally subject to smaller movements than the two former axes, are actively stabilised. With a fully active system, both the roll axis and the ram axis are actively stabilized. A vertical sensor is then necessary here.

Fra "Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 27, S: 747" er det kjent en treakset rammestabilisering for skipsantenne hvor rammen som er festet på en mast på dekket av skipet utfører en hel azimutomdreining på 360°. From the "Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 27, S: 747" there is known a three-axis frame stabilization for ship antenna where the frame fixed on a mast on the deck of the ship performs a full azimuth rotation of 360°.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en treakset rammestabilisering for skipsantenne som har en for lite mekanisk oppbygning og arbeider uten gyrosystemer for stabiliseringen og sleperingkoplinger for signalledningene, The purpose of the invention is to provide a three-axis frame stabilization for ship's antenna which has too little mechanical structure and works without gyro systems for the stabilization and slip ring connections for the signal lines,

og som er lett å betjene og også kan anbringes på de minste skip med store stampebevegelser, rullebevegelser og gire-bevegelser. and which is easy to operate and can also be placed on the smallest ships with large pitching, rolling and yawing movements.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et universalledd hvis ene gaffel er stivt forbundet med en mast som This is achieved according to the invention by a universal joint whose one fork is rigidly connected to a mast which

står vinkelrett på dekksplanet, hvilken gaffel bærer svingbart lagertapper for leddkorsets armer parallelt med skipets stampeakse, universalleddets andre gaffel er svingbart lagret i leddkorsets andre to armer, parallelt med skipets rulleakse, hvilken andre gaffel på midten og 90° forskutt i forhold til sine armer har i motsatt retning av disse to ytterligere armer som svingbart bærer akselen for en parabolantennes krysselevasjonsakse. stands perpendicular to the deck plane, which fork carries pivotable bearing pins for the arms of the joint cross parallel to the ship's thrust axis, the second fork of the universal joint is pivotably supported in the other two arms of the joint cross, parallel to the roll axis of the ship, which second fork in the middle and offset by 90° in relation to its arms has in the opposite direction of these two further arms which pivotably carry the axis of a parabolic antenna's cross-elevation axis.

Ved oppfinnelsesgjenstanden har den treaksede rammestabilisering følgende rekkefølge: Stampeakse, rulleakse og krysselevasjonsakse. In the object of the invention, the three-axis frame stabilization has the following order: Ramp axis, roll axis and cross-elevation axis.

Ved oppfinnelsesgjenstanden er det ikke nød-vendig med noen akse med full omdreining og allikevel er den i stand til å følge skipets kontinuerlige kursbevegelse. With the object of the invention, it is not necessary to have any axis with full rotation and yet it is able to follow the ship's continuous course movement.

Dette skjer ikke slik som ved alle andre anordninger ved en azimuttdreining, men ved en kombinert rulle- og krysseleva-sj onsbevegelse. This does not happen as with all other devices by an azimuth turn, but by a combined rolling and cross-elevation movement.

Fortrinnsvis er parabolantennens lagerarm forlenget ut over krysselevasjonsaksen og bærer en dreiemomentutlignende motvekt, en mottagerenhet og en sendeforsterker. Preferably, the bearing arm of the parabolic antenna is extended beyond the cross-elevation axis and carries a torque compensating counterweight, a receiver unit and a transmit amplifier.

Med fordel kan den andre gaffel være forlenget ut over rulleaksen og i de ytre ender for dreiemomentutligning bære en motvekt og en loddrettføler. Advantageously, the second fork can be extended over the roll axis and carry a counterweight and a vertical sensor at the outer ends for torque distribution.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene: The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings:

Figur 1 viser skjematisk satelittkommunika-sjon ved hjelp av en antenne ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser skjematisk en treakset rammestabilisering for en skipsantenne ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser i perspektiv en skipsantenne Figure 1 shows schematically satellite communication using an antenna according to the invention. Figure 2 schematically shows a three-axis frame stabilization for a ship antenna according to the invention. Figure 3 shows a ship antenna in perspective

ifølge oppfinnelsen anordnet i en radom..according to the invention arranged in a radome..

På figur 1 er vist et skip 2 med en kommando-bro 4. På overdekket befinner det seg en mast 8 med en radom 6 hvis innhold er vist på figur 3. I et utsnitt på figur 1 er det under dekk vist en datamaskin 10. Figure 1 shows a ship 2 with a command bridge 4. On the upper deck there is a mast 8 with a radome 6 whose contents are shown in figure 3. In a section of figure 1, a computer 10 is shown below deck.

I radomen 6 befinner skipsantennen 12 seg slik som vist på figur 3 og ved kompensering for skipets bevegelse er antennen stadig rettet på en satelitt 14 idet en peilefeil på 2,5° ikke må overskrides. Satelitten 14 står på sin side i forbindelse med en bakkestasjon 16 og en ytterligere skipsstasjon 18. For å sikre forbindelsen mellom skip og satelitt må den på figur 2 og 3 viste stabiliserings-innretning 20 være i stand til å følge skipets bevegelse som følger: Rulling: vinkelamplitude - 35° periode på 10 sekunder. Stamping: vinkelamplitude 15° periode på 10 sekunder. Giring: vinkelamplitude -. 4° periode på 100 sekunder. In the radome 6, the ship's antenna 12 is located as shown in Figure 3 and when compensating for the ship's movement, the antenna is constantly directed at a satellite 14, as a bearing error of 2.5° must not be exceeded. The satellite 14 is in turn connected to a ground station 16 and a further ship station 18. To ensure the connection between ship and satellite, the stabilization device 20 shown in Figures 2 and 3 must be able to follow the ship's movement as follows: Rolling : angular amplitude - 35° period of 10 seconds. Stamping: angular amplitude 15° period of 10 seconds. Yaw: angular amplitude -. 4° period of 100 seconds.

Videre må stabiliseringen være istand til å sikre følging også når antennen 12 i lengderetningen befinner seg ca. 70 m foran skipets tyngdepunkt og i vertikal retning ca. 30 meter over skipets tyngdepunkt og i vilkårlig lateral utsvingning av skipet. Furthermore, the stabilization must be able to ensure tracking also when the antenna 12 in the longitudinal direction is located approx. 70 m in front of the ship's center of gravity and in a vertical direction approx. 30 meters above the ship's center of gravity and in arbitrary lateral oscillation of the ship.

Da det på skip må regnes med ekstreme betingelser, må antennen i tillegg arbeide tilfredsstillende innenfor et temperaturområde på -40 - +65°C. Innretningen må også kunne tilfredsstille alle krav til luftfuktighet inntil 95% kon-stant luftfuktighet og sterkt vekslende luftfuktighet innbe-fattet kondenseringsperioder hvor antennen såvel utvendig som innvendig er belagt med rim eller dugg. Videre må det regnes med nedising ved vesentlig nedslag, med vind og sjokkpåvirk-ning, slik at følgeinnretningen med hensyn til kinematikk må ha enklest mulig oppbygning. Videre må enklere vedlikeholdsarbeider kunne utføres ombord hvis større vedlikeholdsarbeider bare skal utføres hvert annet år. As extreme conditions must be expected on ships, the antenna must also work satisfactorily within a temperature range of -40 - +65°C. The device must also be able to satisfy all requirements for humidity up to 95% constant humidity and highly fluctuating humidity including periods of condensation where both the outside and the inside of the antenna are coated with frost or dew. Furthermore, de-icing must be taken into account in the event of a significant impact, with wind and shock effects, so that the following device with regard to kinematics must have the simplest possible structure. Furthermore, simpler maintenance work must be able to be carried out on board if major maintenance work is only to be carried out every two years.

Prinsippet for den treaksede rammestabilisering er vist på figur 2. På dekket av skipet 2 står det vinkelrett på dette en mast 8 hvis topp er stivt forbundet med en gaffel 22 i et universalledd. Gaffelens ben 24 og 26 strekker .seg på tvers av skipets stampeakse 28 og har lågere 30. I disse lagre er svingbart lagret to armer 32 og 34 i et korsledd 36. De to andre armer 38 og 40 i korsleddet danner en akse 42 som er parallell med skipets rulleakse. I armene 38 og 40 er svingbart lagret en ytterligere gaffel 44 med armer 58,60. The principle of the three-axis frame stabilization is shown in Figure 2. On the deck of the ship 2, there is a mast 8 perpendicular to this, the top of which is rigidly connected to a fork 22 in a universal joint. The fork's legs 24 and 26 extend across the ship's thrust axis 28 and have bearings 30. In these bearings, two arms 32 and 34 are pivotally mounted in a cross joint 36. The other two arms 38 and 40 in the cross joint form an axis 42 which is parallel to the roll axis of the ship. In the arms 38 and 40, a further fork 44 with arms 58,60 is rotatably stored.

På midten av gaffelen,44 befinner det seg to 90° forskutte og motsatt rettede armer 46 i hvilke er svingbart lagret en aksel 48 som er koaksial med en krysselevasjonsakse 62, hvilken aksel 48 er stivt forbundet med antennen 12. Antennen er i foreligg-ende tilfelle en parabolantenne med en diameter på ca. 1,25 m. In the middle of the fork, 44 there are two 90° offset and oppositely directed arms 46 in which a shaft 48 is pivotally mounted which is coaxial with a cross elevation axis 62, which shaft 48 is rigidly connected to the antenna 12. The antenna is in the present in the case of a parabolic antenna with a diameter of approx. 1.25 m.

Kinematikken for den treaksede rammestabilisering som er vist på figur 2 muliggjør kompensering av skipets bevegelse og antennefølgning av satelitten hvor det ikke utføres noen fullstendig omdreining rundt aksene, tiltross for at skipets kursbevegelser følges kontinuerlig. Vesentlig ved oppfinnelsesgjenstanden er at det ikke skjer noen azimut-dreining, men en kombinert rulle- og krysselevasjonsbevegelse. The kinematics for the three-axis frame stabilization shown in figure 2 enables compensation of the ship's movement and aerial tracking of the satellite where no complete rotation around the axes is performed, despite the fact that the ship's course movements are continuously followed. Essential to the object of the invention is that no azimuth rotation takes place, but a combined rolling and cross-elevation movement.

Men figur 2 viser prinsippet for kinematikken ved følesysternet, viser figur 3 en teknisk utførelses form av oppfinnelsen, idet det er anvendt samme henvisningstall som på figur 2. På figur 3 er særlig gaffelen 44 forlenget slik at den er dreiemomentfri lagret i tappene 38, 40. På de for-lengede gaffelarmer er anordnet en loddrett-føler og en motvekt 50, 52. Parabolspeilet 12 har likeledes forlengelser ut over akselen 48, i form av en profil som opptar en mottagerenhet 56 og en sendeforsterker. But figure 2 shows the principle of the kinematics of the touch system, figure 3 shows a technical embodiment of the invention, as the same reference number is used as in figure 2. In figure 3, the fork 44 in particular is extended so that it is torque-free stored in the pins 38, 40 On the extended fork arms, a vertical sensor and a counterweight 50, 52 are arranged.

Virkemåten for antennestabiliseringen er som følger: Ved innføring av skipets og satelittens posisjon i lengde og bredde i datamaskinen 10 ved hjelp av betjenings-personale under hensyntagen til den ønskede skipskurs regner datamaskinen ut rulle- og krysselevasjonsvinkelen. Den ønskede verdi av stampevinkelen er stadig null. Stabiliseringssignalene mellom utstyret over dekk og datamaskinen består bare av disse to signaler, bortsett fra energiforsyningssignaler. Rulleverdivinkelen er beregnet i forhold til lodd-rettningen og krysselevasjonsvinkelen er rammeforholdsvinkel. De beregnede signaler innføres 3 over dekk sluttede likestrømsservokretser. Det sjøgangskompenser-ende innstillingssystem (stampe- og rulleaksen) må kunne arbeide hurtig og direkte. Vesentlig mindre er de bevegelser som kryss-elevas jonen må følge. De er betinget av posisjonsendringer og kursendringer for skipet og er derfor meget langsom. Et enkelt motorpotensiometer med en utveksling på f.eks. 1:500 The operation of the antenna stabilization is as follows: When entering the ship's and satellite's position in longitude and latitude into the computer 10 with the help of operating personnel, taking into account the desired ship's course, the computer calculates the roll and cross elevation angle. The desired value of the pitch angle is always zero. The stabilization signals between the above deck equipment and the computer consist only of these two signals, apart from energy supply signals. The roll value angle is calculated in relation to the plumb line and the cross elevation angle is the frame ratio angle. The calculated signals are introduced into 3 DC servo circuits connected across the deck. The seaway-compensating setting system (push and roll axis) must be able to work quickly and directly. The movements that the cross-pupil ion must follow are significantly smaller. They are conditioned by position changes and course changes for the ship and are therefore very slow. A simple motor potentiometer with a ratio of e.g. 1:500

er tilstrekkelig for å tilveiebringe de nødvendige innstillings-momenter og samtidig gi en tilbakemelding. Integrerte kunst-stoff sj iktpotensiometere har tilstrekkelig levetid i forbindelse med likestrømsmotorer. Lineæritetsfeil over hele vinkelområdet endrer seg da mindre enn l%o. is sufficient to provide the necessary setting points and at the same time provide feedback. Integrated plastic shift potentiometers have a sufficient service life in connection with direct current motors. Linearity error over the entire angular range then changes less than l%o.

Som loddrett målereferanse tjener da et to-akset målesystem som består av to omdreiningshastighetsfølere og to koplingslibeller. De ytterligere elektroniske komponenter er bestemt av de valgte motorer og målesystemet. A two-axis measuring system consisting of two rotational speed sensors and two coupling levels serves as a vertical measuring reference. The further electronic components are determined by the selected motors and the measuring system.

Signalene for rammeaksene overføres ved flek-sible lednings forbindelser. The signals for the frame axes are transmitted by flexible wire connections.

Radomen er en vanlig kuleradom og skal ikke forklares nærmere.her. The radome is a normal bullet radome and shall not be explained further here.

Claims

1. Antenna with three-axis frame stabilization, in particular ship antenna, for compensation of the ship's movement and antenna tracking of a satellite, characterized by a universal joint whose one fork (22) is rigidly connected to a mast (8) that stands perpendicular to the deck plane, which fork bearing pivotable bearing pins (30) for the arms (32, 34) of the joint cross (36) parallel to the ship's (2) ram axis (28), the second beam (44) of the universal joint is pivotably supported in the other two arms (38, 40) of the joint cross (36) parallel to the roll axis (42) of the ship (2), which second fork (44) in the middle and offset by 90° in relation to its arms (58, 60) has in the opposite direction to these two further arms (46) which pivotably support the axle ( 48) for the cross-elevation axis (62) of a parabolic antenna (12).

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the bearing arm (54) of the parabolic antenna (12) is extended beyond the cross-elevation axis (62) and carries a torque compensating counterweight, a receiver unit and a transmitter amplifier (56).

3. Ship antenna according to claim 1, characterized in that the second fork (44) is extended over the roll axis (42) and in the. outer ends for torque equalization carry a counterweight and a vertical sensor (50, 52).