五轴联动自适应天线姿态自动控制装置、控制方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种五轴联动自适应天线姿态自动控制装置、控制方法和系统，其中的控制装置包括：底座(100)、方位调节组件(200)、横滚调节组件(300)、俯仰调节组件(400)、极化调节组件(500)和扫描调节组件(600)；方位调节组件(200)、横滚调节组件(300)、俯仰调节组件(400)、极化调节组件(500)和扫描调节组件(600)均通过电机转动带动啮合的大小齿轮转动来改变转动角度，进而改变天线的方位角、横滚角、俯仰角、扫描角和馈源的极化角。该装置通过控制天线的方位角、横滚角、俯仰角、极化角和扫描角，在载体运动条件下保持天线指向的稳定，当载体剧烈运动时，不会引起天线指向的剧烈变化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
五轴联动自适应天线姿态自动控制装置、控制方法和系统


[0001]本专利技术属于卫星天线
，具体涉及一种五轴联动自适应天线姿态自动控制装置、控制方法和系统。

技术介绍

[0002]移动中的卫星地面站通信系统，简称动中通，是指安装在移动载体(如：汽车、舰船和飞机等移动载体)上的卫星通信地球站，它要求载体在运动过程中卫星通信系统能正常工作。为了保证动中通系统的正常工作，动中通天线要始终对准通信卫星，且对准精度不大于八分之一波瓣宽度。目前通常采用不断调整卫星天线的姿态来实现对准卫星。如申请号为CN200910119284的中国专利文献，公开了一种Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法，其通过三根轴呈空间正交实现角运动隔离，从而使天线悬浮隔离；并通过驱动三个轴上的电机来调整天线的方位角、横滚角、俯仰角，使天线姿态稳定在预定位置指向上；通过跟踪卫星的信标信号并交替驱动方位轴和/或俯仰轴的转角，来消除传感器漂移引起的指向偏差，使天线处于最佳接收状态。该方法对三个轴的相互位置和三个轴上天线构件的安装要求较高。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种五轴联动自适应天线姿态自动控制装置，该装置通过控制天线的方位角、横滚角、俯仰角、极化角和扫描角，在载体运动条件下保持天线指向的稳定，当载体剧烈运动时，不会引起天线指向的剧烈变化。
[0004]技术方案：本专利技术公开了一种五轴联动自适应天线姿态自动控制装置，包括：底座100、方位调节组件200、横滚调节组件300、俯仰调节组件400、极化调节组件500和扫描调节组件600；
[0005]所述方位调节组件200包括方位大齿轮201、L形杆202、方位电机203、方位小齿轮204，所述方位大齿轮201设置于底座100上，所述L形杆202的底部末端与方位电机203连接，所述方位电机底部设置有方位小齿轮204，所述方位小齿轮204外啮合方位大齿轮201；
[0006]所述横滚调节组件300包括横滚电机301、第一连接件302、U形梁303；所述横滚电机301设置于L形杆201的上端，所述横滚电机301外侧设置有横滚小齿轮304；所述第一连接件302一侧与U形梁303通过轴承相连，另一侧设置有横滚大齿轮305，所述横滚小齿轮304外啮合横滚大齿轮305；
[0007]所述俯仰调节组件400包括支撑座401、俯仰大齿轮402、第二连接件403、俯仰电机404、俯仰小齿轮405；所述支撑座401固定设置于天线背面，通过两个轴承与U形梁303的两臂连接；所述俯仰大齿轮402为半圆形，固定设置于支撑座401的第一边；所述第二连接件403为三角形，所述第二连接件403的一边与U形梁303的靠近俯仰大齿轮402一臂固定连接，另一边设置俯仰电机404；所述俯仰电机404的外侧设置有俯仰小齿轮405；所述俯仰小齿轮405外啮合俯仰大齿轮402；
[0008]所述极化调节组件500包括馈源转盘501、极化蜗轮502、蜗杆503、极化电机504；所述馈源转盘501设置于天线背面，与天线正面的馈源连接；所述馈源转盘501外圆周安装极化蜗轮502；所述蜗杆503垂直于支撑座401的第一边，并由固定于支撑座401上的极化电机504驱动转动；所述蜗杆与与极化蜗轮啮合；
[0009]所述扫描调节组件600包括扫描电机601、天线主面安装底板主轴602；扫描电机601和天线主面安装底板主轴602分别安装于支撑座401第二边的上下两侧，扫描电机601转动时带动天线主面安装底板主轴602转动，进而改变其位置，来保障圆锥波束扫描形状的规整。
[0010]进一步地，所述第一连接件302上设置2个限位开关306，所述限位开关用于限制横滚大齿轮转动范围。
[0011]另一方面，本专利技术还公开了将上述五轴联动自适应天线姿态自动控制装置安装于载体上，进行天线姿态自动控制的方法，包括：
[0012]步骤1、根据卫星定位系统获取实时天线的经纬度和海拔高度值以及所要对的卫星参数，获取当前天线姿态的理论方位角、俯仰角和极化角；
[0013]步骤2、根据五轴联动自适应天线姿态自动控制装置中各组件当前的状态获取天线相对于载体的姿态和位置；
[0014]步骤3、由MEMS IMU与卫星定位系统构成的组合导航系统获取实时的载体姿态；
[0015]步骤4、将以上三步获取的信息，经过PID比例积分微分变换，得到当前方位电机、横滚电机、俯仰电机、极化电机、扫描电机要转动的角度；各电机坐相应的转动，从而调整天线姿态；
[0016]步骤5、信标接收机捕捉卫星信标实现跟踪，完成天线对星。
[0017]进一步地，所述卫星定位系统为北斗卫星定位系统或GPS定位系统。
[0018]进一步地，所述跟踪为步进跟踪，当天线接收设备接收到的信标信号大于设定值时，通过交替驱动方位电机和/或俯仰电机，从而转动方位角和俯仰角来保证天线对准卫星，具体跟踪方法：
[0019]当设备接收到的信标信号大于设定值时，先将天线的方位角转动0.1
°
～0.3
°
，将转动后天线接收设备上接收到的信标信号值与前一个接收到的信标信号值进行比较，如果比前一个信标信号值大，则表示天线转动的方向正确，再将方位角转动0.1
°
～0.3
°
，然后再进行比较，直至后一个信标信号值小于前一个信标信号值为止，然后对俯仰角进行同样的跟踪，只要收到的信标信号大于设定值，始终这样交替跟踪，使天线处于最佳接收状态。
[0020]进一步地，所述跟踪为圆锥波束扫描法，采用扫描电机和俯仰电机的组合转动来实现圆锥波束扫描形状的规整，所述扫描电机驱动扫描角按式(1)进行扫描：
[0021]α0＝Asin(ωt)
ꢀꢀ
(1)
[0022]所述俯仰电机驱动俯仰角按式(2)进行扫描：
[0023]β＝Acos(ωt)
ꢀꢀ
(2)
[0024]其中：t为时间，ω为波束扫描时的转动角速度，A为波束轴偏角，α0为t时刻的扫描角；β为t时刻的俯仰角。
[0025]另一方面，本专利技术还公开了实现上述五轴联动自适应天线姿态自动控制方法的控制系统，包括：
[0026]天线理论姿态获取模块1，用于根据卫星定位系统获取实时天线的经纬度和海拔高度值以及所要对的卫星参数，获取当前天线姿态的理论方位角、俯仰角和极化角；
[0027]相对姿态位置获取模块2，用于根据五轴联动自适应天线姿态自动控制装置中各组件当前的状态获取天线相对于载体的姿态和位置；
[0028]载体姿态获取模块3，用于接收MEMS IMU与卫星定位系统构成的组合导航系统获取的实时载体姿态；
[0029]天线调整参数获取模块4，用于将天线理论姿态获取模块1、相对姿态位置获取模块2和载体姿态获取模块3获取的信息经过PID比例积分微分变换，得到当前方位电机、横滚电机、俯仰电机、极化电机、扫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴联动自适应天线姿态自动控制装置，其特征在于，包括：底座(100)、方位调节组件(200)、横滚调节组件(300)、俯仰调节组件(400)、极化调节组件(500)和扫描调节组件(600)；所述方位调节组件(200)包括方位大齿轮(201)、L形杆(202)、方位电机(203)、方位小齿轮(204)，所述方位大齿轮(201)设置于底座(100)上，所述L形杆(202)的底部末端与方位电机(203)连接，所述方位电机底部设置有方位小齿轮(204)，所述方位小齿轮(204)外啮合方位大齿轮(201)；所述横滚调节组件(300)包括横滚电机(301)、第一连接件(302)、U形梁(303)；所述横滚电机(301)设置于L形杆(201)的上端，所述横滚电机(301)外侧设置有横滚小齿轮(304)；所述第一连接件(302)一侧与U形梁(303)通过轴承相连，另一侧设置有横滚大齿轮(305)，所述横滚小齿轮(304)外啮合横滚大齿轮(305)；所述俯仰调节组件(400)包括支撑座(401)、俯仰大齿轮(402)、第二连接件(403)、俯仰电机(404)、俯仰小齿轮(405)；所述支撑座(401)固定设置于天线背面，通过两个轴承与U形梁(303)的两臂连接；所述俯仰大齿轮(402)为半圆形，固定设置于支撑座(401)的第一边；所述第二连接件(403)为三角形，所述第二连接件(403)的一边与U形梁(303)的靠近俯仰大齿轮(402)一臂固定连接，另一边设置俯仰电机(404)；所述俯仰电机(404)的外侧设置有俯仰小齿轮(405)；所述俯仰小齿轮(405)外啮合俯仰大齿轮(402)；所述极化调节组件(500)包括馈源转盘(501)、极化蜗轮(502)、蜗杆(503)、极化电机(504)；所述馈源转盘(501)设置于天线背面，与天线正面的馈源连接；所述馈源转盘(501)外圆周安装极化蜗轮(502)；所述蜗杆(503)垂直于支撑座(401)的第一边，并由固定于支撑座(401)上的极化电机(504)驱动转动；所述蜗杆与与极化蜗轮啮合；所述扫描调节组件(600)包括扫描电机601、天线主面安装底板主轴602；扫描电机601和天线主面安装底板主轴602分别安装于支撑座401第二边的上下两侧，扫描电机601转动时带动天线主面安装底板主轴602转动，进而改变其位置，来保障圆锥波束扫描形状的规整。2.根据权利要求1所述的五轴联动自适应天线姿态自动控制装置，其特征在于，所述第一连接件(302)上设置2个限位开关(306)，所述限位开关用于限制横滚大齿轮转动范围。3.基于权利要求1
‑
2中任一项所述的五轴联动自适应天线姿态自动控制装置的控制方法，所述五轴联动自适应天线姿态自动控制装置的底座安装于载体上，其特征在于，包括：步骤1、根据卫星定位系统获取实时天线的经纬度和海拔高度值以及所要对的卫星参数，获取当前天线姿态的理论方位角、俯仰角和极化角；步骤2、根据五轴联动自适应天线姿态自动控制装置中各组件当前的状态获取天线相对于载体的姿态和位置；步骤3、由MEMS IMU与卫星定位系统构成的组合导航系统获取实时的载体姿态；步骤4、将以上三步获取的信息，经过PID比例积分微分变换，得到当前方位电机、横滚电机、俯仰电机、极化电机、扫描电机要转动的角度；各电机坐相应的转动，从而调整天线姿态；步骤5、信标接收机捕捉卫星信标实现跟踪，完成天线对星。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述卫星定位系统为北斗卫星定位系
统或GPS定位系统。5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述跟踪为步进跟踪，当天线接收设备接收到的信标信号大于设定值时，通过交替驱动方位电机和/或俯仰电机，从而转动方位角和俯仰角来保证天线对准卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱辉，莫继业，陈兆力，邓霖达，夏忠民，
申请(专利权)人：南京熊猫信息产业有限公司南京熊猫机电仪技术有限公司，
类型：发明
国别省市：