WO1999010949A1 - Monture d'antenne motorisee pour le suivi de satellites a orbite circulaire - Google Patents
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- WO1999010949A1 WO1999010949A1 PCT/FR1998/001828 FR9801828W WO9910949A1 WO 1999010949 A1 WO1999010949 A1 WO 1999010949A1 FR 9801828 W FR9801828 W FR 9801828W WO 9910949 A1 WO9910949 A1 WO 9910949A1
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
- H01Q3/08—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying two co-ordinates of the orientation
Definitions
- the invention relates to a motorized antenna mount for tracking satellites placed in circular orbit around the earth.
- the first systems used satellites placed in an orbit located in the equatorial plane at a distance such that they were in
- Such systems require antennas which follow the satellites with a view to any point on the earth where we want to be in contact, these satellites being mobile on their circular orbit (due to their low altitude, they describe their orbit in 1 to 2 hours) and the plane of their orbit rotating for a terrestrial observer due to the rotation of the earth around its North-South axis. It is also necessary to be able to follow satellites on another orbit placed in an offset orbital plane when the satellites placed on the first are no longer visible.
- Monitoring can be done by stations with two motorized axes perpendicular to each other.
- the control of each axis requires a sufficiently powerful calculating body to carry out the changes of reference as a function of the position of the earth station.
- One of these systems fig. (2) said standard polar mount according to US Pat. No. 4,126,865 allows close tracking with fairly good accuracy for satellites placed in a distant orbit (in particular, when the satellites are in a geostationary orbit, altitude about 37,000 km) but this type of mount becomes unusable for low orbits.
- Another system known as a polar mount with azimuth compensation according to French request, of patent n ° 9603749 allows an exact tracking whatever the orbit as soon as it is in the equatorial plane.
- the device, object of the present invention allows the precise monitoring of any satellite placed in a circular orbit whatever the plane of the orbit with two motors whose programming is simplified by the existence of a direct correspondence between the coordinates position of the satellites according to a planetary reference system and the positions of the antenna mount according to its reference system. It preferably uses the polar mount device with azimuth compensation adapted to follow satellites in non-equatorial orbit. It includes a device allowing the axis of rotation of the polar antenna support mount to be maintained with azimuth compensation perpendicular to the plane of the orbit of the satellite tracked.
- Figure 2 Schematic diagram of the tracking of a satellite in equatorial circular orbit by a polar mount without azimuth correction.
- Figure 3 Schematic diagram of the tracking of a satellite in equatorial circular orbit by a polar mount with azimuth correction.
- Figure 4 Schematic diagram of a polar mount with azimuth correction for tracking satellites in circular orbits in an equatorial plane.
- Figure 5 Schematic diagram used in the present invention to adapt the principle of the polar mount with azimuth correction to the tracking of satellites placed in circular orbits in non-equatorial planes.
- Figure 6) Schematic diagram of an embodiment.
- Figure 7) Detail of a first embodiment of the links of the arm PF ⁇ antenna support.
- Figure 8 Detail of a second embodiment of the links of the PFi antenna support arm.
- Figure 9 Detail of a third embodiment of the links of the arm PF ⁇ antenna support.
- Figure 10 Detail of a fourth embodiment of the links of the arm PF ⁇ antenna support.
- Figure 11 Schematic diagram of an embodiment with motorization.
- Figure 12 Schematic diagram of an embodiment with a polar mount without azimuth compensation.
- the antenna mount comprises a mast (1) "MP" which is installed vertically at the place of installation.
- the mast (1) has a horizontal axis (2) at "M”, a support (3) is assembled on the axis (2) articulated in rotation on this axis.
- This support (3) has an axis (4) that we call the polar axis, perpendicular and concurrent with the horizontal axis
- the support (3) can be immobilized in its adjustment position, for example by bolting the support
- a rotating member (5) is mounted on the axis (4) and is partially free to rotate about the axis (4).
- a yoke (6) free to rotate about an axis
- This yoke (6) has two ears pierced with holes aligned along an axis
- the point "F" describes a circle situated in a plane parallel to the equator and if, by construction or adjustment, it is ensured that:
- the polar axis which one wishes to place perpendicular to the plane of the satellites will make with the axis of the earth an angle equal to the angle (X) existing between the plane of the satellites and the equatorial plane and will describe a vertex cone M location of the antenna, of axis parallel to the axis of the poles and of half angle at the vertex equal to the angle (o ⁇ ) angle of the plane of the orbit of the satellites with the plane equatorial.
- the system ( Figure 6) comprises a support mast (1) intended to be placed vertical at the installation point and comprising means making it possible to adjust the verticality of this axis.
- Two points P and M are materialized on the axis of the support mast (1).
- M an axis (2) is placed perpendicular to the axis of the support mast (1).
- a support (3) is assembled on the axis (2) and comprises an axis (4) perpendicular to the axis (2) in M which we call the primary polar axis which is adjusted and immobilized perpendicular to the equatorial plane.
- a primary rotating member (18) is mounted on the axis (4) and is partially free to rotate about the axis (4).
- the primary rotating member (18) comprises an axis (19), which we call the secondary polar axis, competing at point M with the axis (4) and making an angle (" ⁇ ) with the axis (4), ( (o ⁇ ) being the angle made with the equatorial plane by the plane of the satellites which we wish to follow.)
- a secondary rotating assembly (20) is mounted on the secondary polar axis (19) partially free to rotate on this axis.
- a yoke (21) free to rotate about an axis (22) parallel to the secondary polar axis (19) is mounted on the rotating member (20).
- This yoke (21) comprises two ears pierced with holes aligned along a normal axis (23) and concurring with the axis (22).
- This axis (23) is located in a plane perpendicular to the secondary polar axis (19) and passing through the point M.
- the intersection of the axes (23) and (22) defines a point FI which describes a circle located in a plane parallel to the plane of the satellite orbit that we want to follow from the moment that the secondary polar axis (19) is placed perpendicular to the plane of the satellite orbit.
- This is obtained by rotation of the primary rotating member (18) around the primary polar axis (4), the secondary polar axis (18) making an angle ( ⁇ ) with the primary polar axis (4), (this angle ("Q being equal to the angle of the plane of the orbit of the satellites with the equatorial plane).
- a variant of the antenna mount can be produced as follows to make it possible to adapt the mount to tracking satellites in circular orbit in orbital planes making with the equatorial plane a different angle (o ().
- primary rotating member (18) is made in two parts (18a) and (18b) to allow the secondary polar axis (19) (linked to 18b) to be placed in different angular positions (° relative to the primary polar axis ( linked to 18a) while passing through M.
- the parts 18a and 18b, after adjustment, are immobilized with respect to each other.
- the relative movement of 18b with respect to 18a is facilitated by the installation of grooves or guides in an arc centered in M.
- the motorization of the different rotating elements can be achieved in various ways with linear motors with or without the use of racks or with rotary motors.
- the motorization is carried out by two motors (26) and (27), one to ensure the rotation of the primary rotating member (18) around the primary polar axis (4), the other to ensure the rotation of the secondary rotating member (20) around the secondary polar axis (19).
- the motor frame (26) is mounted on the rotating member (18), its axis being parallel to the polar axis (4), a gear part (28) of axis (4), itself integral of the support (3), is mounted integral with the axis (4). This gear meshes with a pinion mounted on the motor shaft (26).
- the rotation of the motor (26) will cause the rotation of the primary rotating member (18) relative to the axis (4) with proportionality between the two rotations.
- the motor frame (27) is mounted on the secondary rotary assembly (20), its axis being parallel to the secondary polar axis (19), a gear part (29) of axis (19) is mounted integral the secondary polar axis (19),. itself secured to the primary rotating member (18). This gear meshes with a pinion mounted on the motor shaft (27). The rotation of the motor (27) will cause the
- the secondary rotating member (20) must have a speed of movement of 180 "/ hour to ensure the tracking of the satellite.
- the initial position depends on the position of the orbit plane of the satellite followed at the time of the start of the chase. This position only depends on the time of the
- this angular position of the primary rotating member (18) is A with an origin which corresponds to the establishment of the primary rotating member (18) in the plane of the meridian of the place of installation of the antenna and a positive direction corresponding to the west to east direction we have (in the northern hemisphere):
- a ° 360 x H / 24 - Long "- 360 x Ho / 24 H: tracking start time calculated with the number of decimal places necessary for sufficient precision (expressed in Greenwich reference)
- the Long Data "and Ho which are constants, can be provided in an integrated computing unit 5 to the antenna mount or in connection with the frame, a time reference (Ref. Greenwich) is supplied to the body calculation which will be able to determine the initial tracking angle A.
- the calculation unit will choose the orbit plane located closest to the position Q of installation of the mount (by choosing the plane of orbit giving an absolute value of A minimum.)
- the system will have to program jumps in position of the primary rotating member (18) to follow a satellite located on a neighboring orbit plane. These angular jumps are a function of the number 5 orbital planes (if there are 8 orbital planes equally distributed, the jumps will be 45 °).
- the position at the start of the track depends on the time of the start of the track (relative to a time frame Hd) of the rotation speed of the satellites in their orbit and from their initial position at the reference time Hd.
- a calculation unit of the same kind as that ensuring the positioning of the primary rotary member (18) can carry out this calculation if it has been supplied with the necessary constants (orbital speed, initial position, clock).
- the setting of the secondary rotating member (20) can also be done as follows: After placing the secondary polar axis (19) perpendicular to the plane of the orbit of the satellite that we wish to follow, we place the secondary rotating member (20) in the middle position for example, that is to say in the plane defined by the primary and secondary polar axes, we measure the signal picked up by the antenna and, when the maximum is reached, therefore when the arm of the antenna is directed towards the monitored satellite, the motor (27) for rotation of the secondary rotary member (20) is started ) and the parameters of this passage are recorded to initialize the tracking of the and the satellites on the orbit.
- This procedure is particularly useful if there is not a simple synchronism rule between the movement of the satellites in their orbital planes and the rotational movement of the orbital planes relative to the terrestrial globe.
- the control of the system can be done using information transmitted by the satellites in the form of a message communicating the values necessary to initialize the displacements, these values being kept in memory by the body calculation unit for a future use.
- internal position markers can be used in the form of coded wheels, contacts or position signals linked to the moving parts.
- the positioning of the antenna axis at the start of use can be done autonomously by the calculation unit integrated into the frame as soon as the following data are provided to the calculation unit:
- the previous information combined with the time information of an internal clock, itself referenced to the original time, allows automatic positioning of the antenna on the desired satellite each time it is put into service.
- FIG.12 Another embodiment of the invention applied to a system using a polar mount without azimuth compensation.
- the system comprises the same members, support (1) placed vertical at the place of installation, perpendicular axis (2) in M to the support (1), support (3) articulated on the axis (2), primary polar axis (4 ) passing through M perpendicular to the axis (2) and adjusted and immobilized perpendicular to the equatorial plane, a primary rotating member (18) free to rotate around (4) carrying a secondary polar axis (19) competing at point M and making an angle (°.) with the main polar axis (4) (this angle (° () being equal to the angle of the orbital plane of the satellites tracked relative to the plane equatorial), a secondary rotating member (20) articulated in rotation around the secondary polar axis (19).
- the antenna (25) is directly fixed to the secondary rotating member (20).
- the motorizations and controls of the motors are made in a similar way to those used for the system applied to polar mounts with azimuth correction. This system allows close monitoring of the satellites, the error being all the greater when the satellite is in a lower altitude orbit (see fig. 2).
- An alternative embodiment allows the system which is the subject of this patent to follow satellites in pseudo-circular orbit. These satellites move with a slight deviation (in the radial direction) compared to their theoretical circular orbit.
- a means linear motor or other ensuring the displacement of P along the PM axis, which allows vary the distance PM by controlling a small displacement of the axis of the engine and precisely adjusting the direction of the antenna on the satellite.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Monture d'antenne destinée au suivi de satellites placés sur une orbite non équatoriale permettant le suivi de satellites situés sur une orbite circulaire par rotation d'un dispositif de suivi autour d'un axe placé perpendiculaire au plan de l'orbite du ou des satellites suivis caractérisé par un mécanisme assurant le maintien de la perpendicularité de l'axe de rotation du dispositif de suivi au plan de l'orbite des satellites malgré la rotation de la terre en faisant décrire à cet axe un cône dont le sommet est le lieu d'implantation de la monture dont l'axe du cône est une droite parallèle à l'axe Nord-Sud de la terre et dont le demi-angle au sommet est égal à l'angle fait par le plan de l'orbite des satellites par rapport au plan équatorial.
Description
MONTURE D'ANTENNE MOTORISEE POUR LE SUIVI DE SATELLITES A ORBITE CIRCULAIRE
L'invention concerne une monture d'antenne motorisée pour le suivi de satellites placés en orbite circulaire autour de la terre. L'échange d'informations sous toutes ses formes (programmes de télévision,
10 informations numérisées, conversations téléphoniques) par utilisation de satellites placés en orbite autour de la terre est en constant développement. Les premiers systèmes utilisaient des satellites placés sur une orbite située dans le plan équatorial à une distance telle qu'ils étaient en
,_- positions géostationnaires. Cette distance (altitude d'environ 37000 km) nécessitait des puissances d'émission relativement importantes de même que des surfaces d'antenne suffisantes. Il apparaît maintenant des systèmes basés sur des réseaux de satellites placés sur des orbites basses
2 (altitude 800 à 3000 km par exemple). Ces satellites sont généralement placés sur des orbites circulaires mais pour pouvoir avoir de toute la surface du globe une visée directe sur ces satellites placés à une altitude relativement basse il est nécessaire (figure (la)) de placer ces satellites
25 dans différents plans inclinés par rapport au plan équatorial (généralement avec le même angle et coupant le plan équatorial (fig. lb) suivant des rayons R passant par le centre de la terre et généralement régulièrement espacés angulairement sur le plan équatorial. Dans un même plan,
30 plusieurs satellites S (fig. la) sont placés espacés sur une même orbite. L'ensemble des satellites répartis sur les différents plans et dans chaque plan sur une même orbite permet de couvrir toute la surface du globe et, donc, de réaliser sur le plan mondial des échanges des données avec
35 des systèmes de puissance réduite.
De tels systèmes nécessitent des antennes qui suivent les satellites en vue d'un quelconque point du globe terrestre où l'on veut être en liaison, ces satellites étant mobiles
sur leur orbite circulaire (du fait de leur faible altitude, ils décrivent leur orbite en 1 à 2 H) et le plan de leur orbite tournant pour un observateur terrestre du fait de la rotation de la terre autour de son axe Nord-Sud. Il faut aussi pouvoir suivre des satellites sur une autre orbite placée dans un plan orbital décalé quand les satellites placés sur la première ne sont plus visibles.
Le suivi peut être fait par des stations disposant de deux axes motorisés de direction perpendiculaire entre eux. Le pilotage de chaque axe nécessite un organe de calcul suffisamment puissant pour réaliser les changements de référence en fonction de la position de la station terrestre.
Des systèmes de suivi des satellites situés sur des orbites circulaires équatoriales existent avec un seul moteur. L'un de ces systèmes fig. (2) dit monture polaire standard selon le brevet US 4126865 permet un suivi approché avec une assez bonne précision pour les satellites placés sur une orbite éloignée (notamment, quand les satellites sont sur une orbite géostationnaire, altitude environ 37000 km) mais ce type de monture devient inutilisable pour les orbites basses. Un autre système dit monture polaire avec rattrapage d'azimut selon la demande française, de brevet n° 9603749 permet un suivi exact quelle que soit l'orbite dès l'instant qu'elle se trouve dans le plan équatorial.
Le dispositif, objet de la présente invention, permet le suivi précis de tout satellite placé sur une orbite circulaire quel que soit le plan de l'orbite avec deux moteurs dont la programmation est simplifiée par l'existence d'une correspondance directe entre les coordonnées de position des satellites selon un système de références planétaires et les positions de la monture d'antenne selon son système de références. Il utilise, de préférence, le dispositif de la monture polaire avec rattrapage d'azimut adapté pour suivre des satellites sur orbite non équatoriale. Il comporte un dispositif
permettant de maintenir l'axe de rotation de la monture support d'antenne polaire avec rattrapage d'azimut perpendiculairement au plan de l'orbite du satellite suivi. Ceci est obtenu par rotation du dispositif qui maintient l'axe de rotation de la monture sur un cône d'axe perpendiculaire au plan équatorial, de sommet le lieu d'installation et de angle au sommet égale à l'angle fait par le plan équatorial avec le plan de l'orbite du satellite suivi .
Les descriptions sont accompagnées par les figures suivantes :
Figure la), lb) : Schéma de principe de placement des satellites situés sur des orbites circulaires basses placés sur des plans non équatoriaux.
Figure 2) : Schéma de principe du suivi d'un satellite en orbite circulaire équatorial par une monture polaire sans correction d'azimut.
Figure 3) : Schéma de principe du suivi d'un satellite en orbite circulaire équatoriale par une monture polaire avec correction d'azimut.
Figure 4) : Schéma de principe d'une monture polaire avec correction d'azimut pour le suivi de satellites sur orbites circulaires dans un plan équatorial.
Figure 5) : Schéma de principe utilisé dans la présente invention permettant d'adapter le principe de la monture polaire avec correction d'azimut au suivi des satellites placés sur des orbites circulaires dans des plans non équatoriaux.
Figure 6) : Schéma de principe d'une réalisation.
Figure 7) : Détail d'une première réalisation des liaisons du bras PF^ support d'antenne.
Figure 8) : Détail d'une deuxième réalisation des liaisons du bras PFi support d'antenne.
Figure 9) : Détail d'une troisième réalisation des liaisons du bras PF^ support d'antenne.
Figure 10) : Détail d'une quatrième réalisation des liaisons du bras PF^ support d'antenne.
Figure 11) : Schéma de principe d'une réalisation avec motorisation.
Figure 12) : Schéma de principe d'une réalisation avec une monture polaire sans rattrapage d'azimut.
Nous donnons, ci-après, une description d'une première réalisation du système. D'abord, nous rappelons le principe de fonctionnement d'une monture d'antenne polaire avec rattrapage d'azimut, figures 3) et 4), qui permet le suivi exact des satellites géostationnaires sur une orbite circulaire équatoriale. La monture d'antenne comprend un mât (1) «MP» qui est installé vertical au lieu d'installation. Le mât (1) comporte en «M» un axe horizontal (2), un support (3) est assemblé sur l'axe (2) articulé en rotation sur cet axe. Ce support (3) comporte un axe (4) que nous appelons axe polaire, perpendiculaire et concourant à l'axe horizontal
(2) en M, qui peut être réglé pour être normal au plan équatorial (l'axe (4) fait donc avec le mât (1) un angle complémentaire à l'angle de latitude du lieu d'implantation). Le support (3) peut être immobilisé dans sa position de réglage par exemple par boulonnage du support
(3) sur le mât (1), pour maintenir l'axe (4) perpendiculaire au plan équatorial. Un organe tournant (5) est monté sur
l'axe (4) et est partiellement libre en rotation autour de l'axe (4). Une chape (6), libre en rotation autour d'un axe
(7) parallèle à l'axe (4) donc normal au plan équatorial, est montée sur l'organe tournant (5). Cette chape (6) comporte deux oreilles percées de trous alignés selon un axe
(8) normal aux axes (7) et (4), cet axe (8) étant situé dans un plan perpendiculaire à l'axe (4) et passant par le point «M». L'intersection des axes (7) et (8) détermine le point «F». Lorsque l'organe tournant (5) effectue une rotation
10 autour de l'axe (4), le point «F» décrit un cercle situé dans un plan parallèle à 1 ' équateur et si, par construction ou réglage, on fait en sorte que :
PM distance du lieu d'implantation au centre de la terre FM rayon de l'orbite géostationnaire •,_- le point «F» est situé sur le cône ayant son sommet en «P» et pour directrice l'orbite des satellites géostationnaires (figure 3). Dans ces conditions, nous fixons le bras (17) support d'antenne en «F» et «P» avec les degrés de liberté nécessaires pour permettre la mise en mouvement de l'organe
20 tournant (5) et le mouvement en résultant du bras (17) passant par les points F et P. Nous réglons la direction de réception ou d'émission de l'antenne (10) parallèle à la droite «PF» (axe du bras) et l'antenne restera pointée sur l'orbite géostationnaire.
25
Avec ce type de monture d'antenne polaire avec rattrapage d'azimut, nous pouvons suivre également des satellites placés sur une orbite circulaire équatoriale de rayon différent de l'orbite géostationnaire, il suffit de
30 placer le point F en F^ selon la relation
PM Distance du lieu d'implantation au centre de la terre FiM Rayon de l'orbite équatorial des satellites suivis
Pour utiliser le principe de la monture polaire
35 avec correction d'azimut pour le suivi de satellites sur des orbites circulaires situées dans des plans non équatoriaux, il faut (fig.5) faire en sorte que l'axe polaire de la monture reste perpendiculaire au plan de l'orbite des
satellites suivis Du fait de la rotation de la terre autour de son axe Nord-Sud, le plan des satellites qui passe par le centre de la terre et qui fait un angle constant (o<) avec le plan équatorial est tangent à un cône d'axe Nord-Sud de sommet le centre de la terre et de demi-angle au sommet égal au complément de l'angle ( ) . Dans ces conditions, l'axe polaire que l'on désire placer perpendiculaire au plan des satellites fera avec l'axe de la terre un angle égal à l'angle (X) existant entre le plan des satellites et le plan équatorial et décrira un cône de sommet M lieu d'implantation de l'antenne, d'axe parallèle à l'axe des pôles et de demi angle au sommet égal à l'angle (o<) angle du plan de l'orbite des satellites avec le plan équatorial. Il faut remarquer qu'une rotation d'angle (β ) du plan des satellites autour de l'axe Nord-Sud de la terre entraînera une rotation de l'axe normal au plan des satellites égal à ) autour de l'axe parallèle à l'axe Nord-Sud et passant par M.
Les explications préliminaires permettent de décrire l'invention objet de cette demande. Le système (figure 6) comprend un mât support (1) destiné à être placé vertical au point d'installation et comportant des moyens permettant de régler la verticalité de cet axe. Deux points P et M sont matérialisés sur l'axe du mât support (1). En M, un axe (2) est placé perpendiculaire à l'axe du mât support (1). Un support (3) est assemblé sur l'axe (2) et comporte un axe (4) perpendiculaire à l'axe (2) en M que nous appelons axe polaire primaire qui est réglé et immobilisé perpendiculaire au plan équatorial. Un organe tournant primaire (18) est monté sur l'axe (4) et est partiellement libre en rotation autour de l'axe (4). L'organe tournant primaire (18) comporte un axe (19), que nous appelons axe polaire secondaire, concourant au point M avec l'axe (4) et faisant un angle ("<) avec l'axe (4), ( (o^) étant l'angle fait avec le plan équatorial par le plan des satellites que nous désirons suivre). Un ensemble tournant secondaire (20) est monté sur l'axe polaire secondaire (19)
partiellement libre en rotation sur cet axe. Une chape (21) libre en rotation autour d'un axe (22) parallèle à l'axe polaire secondaire (19) est monté sur l'organe tournant (20). Cette chape (21) comporte deux oreilles percées de trous alignés selon un axe (23) normal et concourant à l'axe (22). Cet axe (23) est situé dans un plan perpendiculaire à l'axe polaire secondaire (19) et passant par le point M. L'intersection des axes (23) et (22) définit un point FI qui décrit un cercle situé dans un plan parallèle au plan de l'orbite du satellite que l'on veut suivre dès l'instant que l'axe polaire secondaire (19) est placé perpendiculaire au plan de l'orbite des satellites. Ceci est obtenu par rotation de l'organe tournant primaire (18) autour de l'axe polaire primaire (4), l'axe polaire secondaire (18) faisant un angle (< ) avec l'axe polaire primaire (4), (cet angle (»Q étant égal à l'angle du plan de l'orbite des satellites avec le plan équatorial). Par construction, nous faisons en sorte de respecter la relation :
PM Rayon du globe terrestre au lieu d'installation F^M Rayon de l'orbite du satellite suivi
Dans ces conditions, nous faisons passer un bras support d'antenne (24) par P et F]_ avec les degrés de liberté nécessaires pour permettre la mise en mouvement des organes tournants et le mouvement en résultant du bras support d'antenne (24) passant par P et F]_. Nous réglons la direction de réception ou d'émission de l'antenne parallèle à la droite PF^, l'antenne est alors pointée sur l'orbite circulaire des satellites. Nous remarquons que les déplacements à réaliser pour assurer le suivi d'un satellite sont au nombre de 2 :
1) Une rotation de l'organe tournant primaire (18) qui assure le maintien de l'axe polaire secondaire perpendiculaire au plan de l'orbite. Cette rotation est synchrone de la rotation du plan de l'orbite par rapport à l'axe Nord-Sud de la terre (c'est-à-dire un tour en 24 heures ) .
2) Une rotation de l'organe tournant secondaire (20) pour permettre à l'antenne de rester pointée sur le satellite suivi. Cette rotation est synchrone de la rotation du satellite sur son orbite par rapport au centre 5 de l'orbite.
Nous avons donc une parfaite correspondance entre les mouvements de rotation du satellite selon des références planétaires et les rotations à faire exécuter par la monture pour assurer le suivi du satellite selon les références ,Q propres de la monture.
La réalisation des liaisons en P et F^ peut se faire selon différentes voix, par exemple :
Nous pouvons (fig. 7) avoir en F une liaison
, t- permettant uniquement les rotations du bras support d'antenne (24) selon les axes (22) et (23) et en P une liaison qui permet une translation du bras (24) selon l'axe PFj et les diverses rotations du même bras autour de P.
Nous pouvons (fig.8) avoir en F]_ une liaison
2 permettant les rotations du bras support d'antenne (24) selon les axes (22) et (23) et la translation du bras (24) selon PFi et en P les diverses rotations du bras support d'antenne (24) autour de P.
Nous pouvons (fig.9) avoir en F^ une liaison
2c permettant uniquement les rotations du bras support d'antenne (24) selon les axes (22) et (23), en P une liaison qui permet uniquement les diverses rotations du bras (24) autour de P et une réalisation du bras (24) en deux parties, la liaison des deux parties se faisant entre P et F]_, ces
2 deux parties pouvant se déplacer l'une par rapport à l'autre en translation uniquement selon l'axe PF^ .
Nous pouvons (fig.10) avoir en F^ une liaison permettant uniquement les rotations du bras support d'antenne (24) selon les axes (22) et (23), en P une liaison 25 qui permet uniquement les rotations du bras support d'antenne (24) autour de P selon un axe perpendiculaire au
bras support d'antenne situé dans le plan méridien terrestre passant par P et un axe parallèle à l'axe (2) et une réalisation du bras (24) en deux parties, la liaison des deux parties se faisant entre P et F]_, ces deux parties pouvant se déplacer l'une par rapport à l'autre en translation et en rotation selon l'axe ou autour de l'axe PFi.
Une variante de la monture d'antenne peut être réalisée comme suit pour permettre d'adapter la monture à un suivi de satellites en orbite circulaire dans des plans orbitaux faisant avec le plan équatorial un angle (o( ) différent. Pour cela, l'organe tournant primaire (18) est réalisé en deux parties (18a) et (18b) pour permettre de placer l'axe polaire secondaire (19) (lié à 18b) dans différentes positions angulaires (° par rapport à l'axe polaire primaire (lié à 18a) tout en passant par M. Les parties 18a et 18b, après réglage, sont immobilisées l'une par rapport à l'autre. Le mouvement relatif de 18b par rapport à 18a est facilité par la mise en place de rainures ou guides en arc de cercle centrés en M.
La motorisation des différents éléments tournants peut être réalisée de diverses façons avec des moteurs linéaires avec ou sans l'utilisation de crémaillères ou avec des moteurs rotatifs.
Nous décrivons (fig.11) une motorisation réalisée par des moteurs rotatifs qu'il est judicieux d'utiliser pour simplifier les organes de commandes. La motorisation est réalisée par deux moteurs (26) et (27), l'un pour assurer la rotation de l'organe tournant primaire (18) autour de l'axe polaire primaire (4), l'autre pour assurer la, rotation de l'organe tournant secondaire (20) autour de l'axe polaire secondaire (19). Le bâti du moteur (26) est monté sur l'organe tournant (18), son axe étant parallèle à l'axe polaire (4), une partie d'engrenage (28) d'axe (4), lui-même solidaire du support (3), est montée solidaire de l'axe (4). Cet engrenage s'engrène sur un pignon monté sur l'axe du moteur (26). La rotation du moteur (26) entraînera la
rotation de l'organe tournant primaire (18) par rapport à l'axe (4) avec proportionnalité entre les deux rotations. Le bâti du moteur (27) est monté sur l'ensemble tournant secondaire (20), son axe étant parallèle à l'axe polaire secondaire (19), une partie d'engrenage (29) d'axe (19) est montée solidaire de l'axe polaire secondaire (19) ,. lui-même solidaire de l'organe tournant primaire (18). Cet engrenage s'engrène sur un pignon monté sur l'axe du moteur (27). La rotation du moteur (27) entraînera la
10 rotation de l'ensemble tournant secondaire (20) avec proportionnalité entre les deux rotations. Les vitesses de rotation des moteurs doivent être fonction
1) pour le moteur (26) (rotation de l'organe tournant primaire (18)) de la vitesse de rotation du globe
,c terrestre (1 tour/jour), donc doit assurer la rotation de cet organe tournant primaire (18) à la vitesse de 1 tour/jour pour assurer le suivi d'un satellite.
2) pour le moteur (27) (rotation de l'organe tournant secondaire (20) de la vitesse de rotation du
20 satellite sur son orbite circulaire. Si celle-ci correspond à une révolution en deux heures, l'organe tournant secondaire (20) devra avoir une vitesse de déplacement de 180 "/heure pour assurer le suivi du satellite.
25 Le suivi correct d'un satellite nécessite une vitesse de rotation des moteurs adaptée comme indiqué au paragraphe précédent mais demande aussi de pouvoir positionner l'axe de l'antenne donc l'axe du bras de support d'antenne (24) sur le satellite suivi au début de la
30 poursuite. Ceci peut être obtenu de la façon suivante :
1) Pour la rotation de l'organe tournant primaire (18), la position initiale dépend de la position du plan d'orbite du satellite suivi à l'heure du début de la poursuite. Cette position dépend uniquement de l'heure du
35 début de la poursuite, de la longitude du lieu d'installation et de l'heure de la mise en place du satellite sur son orbite. Si cette position angulaire de l'organe tournant primaire (18) est A avec une origine qui
correspond à la mise en place de l'organe tournant primaire (18) dans le plan du méridien du lieu d'installation de l'antenne et un sens positif correspondant au sens Ouest vers Est on a (dans l'hémisphère Nord) :
A° = 360 x H/24 - Long" - 360 x Ho/24 H : heure de début de poursuite calculée avec le nombre de décimale nécessaire à une précision suffisante (exprimée en référence Greenwich)
Long0 : Longitude du lieu d'installation 0 Ho : Heure en valeur décimale où le plan méridien de Greenwich est perpendiculaire au plan de l'orbite des satellites (exprimée en temps référence Greenwich).
Les données Long" et Ho, qui sont des constantes, peuvent être fournies à un organe de calcul intégré à la 5 monture d'antenne ou en liaison avec la monture, une référence horaire (Réf. Greenwich) est fournie à l'organe de calcul qui pourra déterminer l'angle A de poursuite initiale. A chaque demande de démarrage, l'organe de calcul choisira le plan d'orbite situé au plus près de la position Q d'installation de la monture (par choix du plan d'orbite donnant une valeur absolue de A minimum) . Ensuite, le système devra programmer des sauts de position de l'organe tournant primaire (18) pour suivre un satellite situé sur un plan d'orbite voisin. Ces sauts angulaires sont fonction du 5 nombre de plans orbitaux (s'il y a 8 plans orbitaux également répartis, les sauts seront de 45°).
2) Pour la rotation de l'organe tournant secondaire (20), la position en début de poursuite dépend de l'heure du début de poursuite (par rapport à un repère temps Hd) de la vitesse de rotation des satellites sur leur orbite et de leur position initiale au temps repère Hd. Un organe de calcul de même nature que celui assurant le positionnement de l'organe tournant primaire (18) peut effectuer ce calcul si on lui a fourni les constantes 5 nécessaires (vitesse orbitale, position initiale, horloge) . Le calage de l'organe tournant secondaire (20) peut également se faire de la façon suivante : Après avoir placé l'axe polaire secondaire (19) perpendiculaire au plan
de l'orbite du satellite que l'on désire suivre, on place l'organe tournant secondaire (20) en position médiane par exemple, c'est-à-dire dans le plan défini par les axes polaires primaire et secondaire, on mesure le signal capté par l'antenne et, quand le maximum est atteint, donc quand le bras de l'antenne se trouve dirigée vers le satellite suivi, on met en route le moteur (27) de rotation de l'organe tournant secondaire (20) et on enregistre les paramètres de ce passage pour initialiser le suivi du et des satellites sur l'orbite. Cette façon de procéder est particulièrement utile s'il n'y a pas une règle de synchronisme simple entre le mouvement des satellites dans leurs plans orbitaux et le mouvement de rotation des plans orbitaux par rapport au globe terrestre. Le pilotage du système peut se faire à l'aide d'informations transmises par les satellites sous forme d'un message communiquant les valeurs nécessaires pour initialiser les déplacements, ces valeurs étant gardées en mémoire par l'organe de calcul de la monture pour une utilisation future.
Pour le contrôle des deux rotations nécessaires pour l'utilisation de la monture, des repères de position interne peuvent être utilisés sous forme de roues codées, de contacts ou de signaux de position liée aux organes en mouvement .
Enfin, la mise en position de l'axe de l'antenne en début d'utilisation peut se faire de façon autonome par l'organe de calcul intégré à la monture dès l'instant que l'on fournit les données suivantes à l'organe de calcul :
- La position origine des rayons situés dans le plan équatorial qui sont 1 ' intersection par le plan équatorial des plans où sont placés les orbites des satellites, ces positions étant données pour un temps origine.
- La position origine angulaire des satellites sur leurs orbites, ces positions étant données pour un temps origine .
- La vitesse angulaire des satellites sur leurs orbites.
- La longitude du lieu d'installation (cette dernière dépend du lieu d'installation alors que les autres sont des constantes).
Les précédentes informations combinées avec l'information temps d'une horloge interne, elle-même référencée au temps origine, permet une mise en position automatique de l'antenne sur le satellite recherché à chaque mise en service.
Dans le système décrit, il faut remarquer que, si on place un plan de symétrie de l'antenne perpendiculaire à la direction de l'axe (23), axe des trous de la chape (21) et axe support du bras de l'antenne, le plan de symétrie de l'antenne restera perpendiculaire au plan orbital des satellites suivis, quelles que soient les rotations de l'organe tournant secondaire (20) autour de l'axe polaire secondaire, celui-ci étant maintenu perpendiculaire au plan de l'orbite. Cette propriété est utile pour obtenir un positionnement de l'antenne donnant le meilleur rendement des différents organes liés géométriquement à l'antenne intervenant dans les opérations de réception ou d'émission et pour faciliter l'installation de ses organes.
Nous décrivons maintenant (fig.12) une autre réalisation de l'invention appliquée à un système utilisant une monture polaire sans rattrapage d'azimut. Le système comporte les mêmes organes, support (1) placé vertical au lieu d'installation, axe perpendiculaire (2) en M au support (1), support (3) articulé sur l'axe (2), axe polaire primaire (4) passant par M perpendiculaire à l'axe (2) et réglé et immobilisé perpendiculaire au plan équatorial, un organe tournant primaire (18) libre en rotation autour de (4) portant un axe polaire secondaire (19) concourant au point M et faisant un angle (°.) avec l'axe polaire principale (4) (cet angle (°() étant égal à l'angle du plan orbital des satellites suivis par rapport au plan
équatorial), un organe tournant secondaire (20) articulé en rotation autour de l'axe polaire secondaire (19). L'antenne (25) est directement fixée sur l'organe tournant secondaire (20). Les motorisations et commandes des moteurs sont faites de façon semblable à celles utilisées pour le système appliqué aux montures polaires avec correction d'azimut. Ce système permet un suivi approché des satellites, l'erreur étant d'autant plus grande que le satellite est sur une orbite d'altitude plus basse (voir fig.2).
Une variante de réalisation permet au système objet de ce brevet de suivre des satellites sur orbite pseudo-circulaire. Ces satellites se déplacent avec un écart léger (dans le sens radial) par rapport à leur orbite circulaire théorique. Pour assurer un suivi parfait (en cas de nécessité), on place sur le mât (1), selon l'axe PM, un moyen (moteur linéaire ou autre) assurant le déplacement de P selon l'axe PM, ce qui permet de faire varier la distance PM par commande d'un faible déplacement de l'axe du moteur et de régler précisément la direction de l'antenne sur le satellite.
Les solutions exposées dans les différentes réalisations peuvent être utilisées partiellement ou en combinaison pour réaliser un dispositif correspondant aux objectifs de 1 ' invention sans entraîner de novation par rapport au présent brevet.
Claims
REVENDICATIONS
1) Monture d'antenne destinée au suivi de satellites placés sur une orbite non équatoriale permettant le suivi de satellites situés sur une orbite circulaire par rotation d'un dispositif de suivi autour d'un axe placé perpendiculaire au plan de l'orbite du ou des satellites
10 suivis caractérisé par un mécanisme assurant le maintien de la perpendicularité de l'axe de rotation du dispositif de suivi au plan de l'orbite des satellites malgré la rotation de la terre en faisant décrire à cet axe un cône dont le sommet est le lieu d'implantation de la monture dont l'axe ,5 du cône une droite parallèle à l'axe Nord-Sud de la terre et dont le demi-angle au sommet est égal à l'angle fait par le plan de l'orbite des satellites par rapport au plan équatorial .
20 2) Monture d'antenne destinée à suivre des satellites placés sur une orbite circulaire de rayon R située dans un plan faisant un angle (° avec le plan équatorial, comportant un mât support placé vertical au lieu d'installation ayant sur son axe deux points M et P, un axe 25 polaire secondaire passant par M et positionné perpendiculaire au plan de l'orbite du satellite suivi, un organe tournant secondaire monté libre en rotation sur l'axe polaire secondaire, cet organe tournant secondaire supportant parallèle à l'axe polaire secondaire, un axe
30 support de bras d'antenne portant un point F]_ situé à son intersection avec le plan passant par M et perpendiculaire à l'axe polaire secondaire, un bras support d'antenne passant par les points P et F]_, l'axe d'antenne étant parallèle à l'axe PF]_, l'ensemble étant réalisé de façon à avoir la
35 relation :
PM Rayon du globe terrestre
F^M Rayon (R) de l'orbite des satellites
caractérisée, pour assurer le positionnement de l'axe polaire secondaire, par un ensemble tournant primaire monté libre en rotation sur un axe polaire primaire passant par M et immobilisé perpendiculaire au plan équatorial, l'ensemble c tournant primaire supportant l'axe polaire secondaire, ce dernier faisant un angle égal à (o( ) (angle du plan de l'orbite du satellite suivi avec le plan équatorial) avec l'axe polaire primaire , la rotation de l'organe tournant primaire autour de l'axe polaire primaire permettant 0 de placer l'axe polaire secondaire perpendiculaire au plan de l'orbite du satellite suivi.
3) Monture d'antenne destinée à suivre des satellites placés sur une orbite circulaire de rayon R 5 située dans un plan faisant un angle (° ) avec le plan équatorial, comportant un mât support placé vertical au lieu d'installation, un axe polaire secondaire passant par un point M du mât support et positionné perpendiculaire au plan de l'orbite du satellite suivi, un organe tournant 0 secondaire monté libre en rotation sur l'axe polaire secondaire, cet organe tournant secondaire supportant une antenne, caractérisée, pour assurer le positionnement de l'axe polaire secondaire, par un ensemble tournant primaire monté libre en rotation sur un axe polaire primaire passant par M et immobilisé perpendiculaire au plan équatorial, l'ensemble tournant primaire supportant l'axe polaire secondaire, ce dernier faisant un angle égal à (p ) (angle du plan de l'orbite du satellite suivi avec le plan équatorial) avec l'axe polaire primaire . la rotation de 0 l'organe touri-ant primaire autour de l'axe polaire primaire permettant de placer l'axe polaire secondaire perpendiculaire au plan de l'orbite au satellite suivi.
4) Monture d'antenne selon la revendication 2) comportant, supporté par l'ensemble tournant secondaire un axe support de bras passant par et parallèle à l'axe polaire secondaire, caractérisée par la fixation sur l'axe support de bras d'une pièce (chape ou autre) définissant un
axe de fixation du bras support d'antenne perpendiculaire en F^ à l'axe polaire secondaire, ces fixations ne permettant au bras support d'antenne que des mouvements de rotation par rapport à l'axe support de bras (parallèle à l'axe polaire secondaire), des mouvements de rotation par rapport à l'axe de fixation du bras (perpendiculaire à l'axe polaire secondaire) et, éventuellement, une translation selon l'axe PF^, ce qui permet de maintenir un plan de référence ou de symétrie de l'antenne perpendiculaire au plan orbital du
10 satellite suivi.
5) Monture d'antenne selon la revendication 4), caractérisée par une liaison en F^ entre le bras support d'antenne et le support du bras de l'antenne permettant ,r uniquement des rotations du bras autour de l'axe du support d'antenne et de l'axe de fixation du bras support d'antenne et en P des rotations autour de P et une translation selon 1 'axe PF! .
20 6) Monture d'antenne selon la revendication 4), caractérisée par des liaisons en F^ et P du bras support d'antenne permettant à celui-ci en F^ les rotations autour d'un axe parallèle à l'axe polaire secondaire et d'un axe perpendiculaire à l'axe polaire secondaire et une
25 translation selon l'axe PF^ et, en P, les rotations autour de P.
7) Monture d'antenne selon la revendication 4), caractérisée par des liaisons en F^ et P du bras support 0 d'antenne permettant à celui-ci, en F]_, les rotations autour d'un axe parallèle à l'axe polaire secondaire et d'un axe perpendiculaire à l'axe polaire secondaire, en P, les rotations autour de P et un bras support d'antenne réalisé en deux parties, la liaison entre les deux parties étant 25 réalisées entre P et Fi, les deux parties du bras support
d'antenne étant libres l'une par rapport à l'autre en translation selon l'axe PF^ .
8) Monture d'antenne selon la revendication 4), caractérisée par des liaisons en F et P du bras support d'antenne permettant à celui-ci en F^ les rotations autour d'un axe parallèle à l'axe polaire secondaire et, d'un axe perpendiculaire à l'axe polaire secondaire, en P, les rotations autour de l'axe horizontal perpendiculaire au plan méridien terrestre passant par P et d'un axe situé dans le plan méridien terrestre passant par P et perpendiculaire à PFi et un bras support d'antenne réalisé en deux parties, la liaison entre les deux parties étant réalisées entre P et F]_, les deux parties du bras support d'antenne étant libres l'une par rapport à l'autre en translation selon l'axe PF^ et en rotation selon l'axe PF^ .
9) Monture d'antenne selon l'une quelconque des revendications 1), 2), 3), caractérisée par la réalisation des rotations autour des axes polaires primaire et secondaire par des moteurs de commande associés permettant de positionner l'antenne, les moteurs étant pilotés par des organes de commande interne à la monture ou installée à distance.
10) Monture d'antenne selon la revendication 9), caractérisée par l'utilisation d'informations transmises par le satellite suivi pour réaliser tout ou partie de la mise en position de l'antenne en début de suivi de satellite.
11) Monture d'antenne selon la revendication 9), caractérisée par la fourniture à l'organe de calcul interne des paramètres de vitesse des satellites sur leur orbite, de la position de ces satellites sur leurs orbites à un temps origine T , de la position des intersections des plans des orbites avec le plan équatorial à un temps origine TQ , de la
position en longitude du lieu d'installation, la combinaison de ces informations avec 1 ' information temps fournie par une horloge interne également référencé au temps origine TQ, permettant le pointage autonome de l'axe de l'antenne sur le c satellite visé à chaque mise en utilisation de l'antenne.
12) Monture d'antenne selon la revendication 2), destinée à suivre un satellite placé sur une orbite pseudocirculaire, caractérisée par l'utilisation d'un moyen
10 (moteur linéaire ou autre) permettant de déplacer le point P du mât support d'antenne selon l'axe PM pour assurer le suivi précis du satellite dans ses déplacements par rapport à l'orbite circulaire.
,c 13) Monture d'antenne selon l'une des revendications 1), 2), 3), permettant de l'adapter au suivi de satellites situés dans des plans orbitaux faisant différents angles (^ ) avec le plan équatorial, caractérisée par la réalisation de l'organe tournant primaire en deux
20 parties pour permettre, par rotation relative des deux parties, d'obtenir différentes valeurs de l'angle des axes polaires primaire et secondaire entre eux, ces axes étant toujours concourants en M, les deux parties de l'organe tournant primaire étant rendues immobiles l'une par rapport
2 à l'autre après réglage.
30
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR97/10530 | 1997-08-21 | ||
| FR9710530A FR2767608B1 (fr) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Monture d'antenne motorisee pour le suivi de satellites a orbite circulaire |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO1999010949A1 true WO1999010949A1 (fr) | 1999-03-04 |
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ID=9510414
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|---|---|---|---|
| PCT/FR1998/001828 WO1999010949A1 (fr) | 1997-08-21 | 1998-08-20 | Monture d'antenne motorisee pour le suivi de satellites a orbite circulaire |
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| FR (1) | FR2767608B1 (fr) |
| WO (1) | WO1999010949A1 (fr) |
Citations (4)
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| US4821047A (en) * | 1986-01-21 | 1989-04-11 | Scientific-Atlanta, Inc. | Mount for satellite tracking devices |
| US5075682A (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-24 | Dehnert Douglas K | Antenna mount and method for tracking a satellite moving in an inclined orbit |
| FR2700419A1 (fr) * | 1993-01-11 | 1994-07-13 | Moulin Jacques | Monture d'antenne pour télévision par multisatellites. |
| EP0756180A1 (fr) * | 1995-07-24 | 1997-01-29 | Alcatel Telspace | Procédé de commande d'un positionneur d'antenne pour satellite à défilement |
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1997
- 1997-08-21 FR FR9710530A patent/FR2767608B1/fr not_active Expired - Fee Related
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1998
- 1998-08-20 WO PCT/FR1998/001828 patent/WO1999010949A1/fr active Application Filing
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| EP0756180A1 (fr) * | 1995-07-24 | 1997-01-29 | Alcatel Telspace | Procédé de commande d'un positionneur d'antenne pour satellite à défilement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2767608A1 (fr) | 1999-02-26 |
| FR2767608B1 (fr) | 1999-11-12 |
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