無人機可攜式天線自動跟蹤系統的製作方法

2023-09-22 13:17:50

專利名稱：無人機可攜式天線自動跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線電接收天線控制系統，具體說是無人機可攜式天線自動跟蹤 系統。
背景技術：
無人機近些年來備受各國青睞，它不僅可以用於戰場監視，提前預警等軍事領域， 在民用領域更有廣闊的應用前景。它可以攜帶高清晰可見光或紅外攝像系統，能方便的進 入人類無法抵達的地區進行空中偵察和空中攝影，可以用來進行地形測繪、災情監測等，特 別是在要求快速信息獲取與實時影像回傳等方面的應用上，接收天線的方向是否正確，是 保證圖像傳輸質量、消除重影和抗幹擾的重要因素。目前人們已經發明了一些不同形式的 天線自動跟蹤控制系統，例如申請日為2004. 5. 20、申請號為200410045441. X、發明名稱為 天線伺服跟蹤系統的中國專利，採用計算機控制系統，功耗高，不適宜野外作業，並且成本 較高，只能實現水平方向的控制，精度有限。

實用新型內容本實用新型針對現有技術中存在的控制系統成本高、功耗高、不適宜野外作業等 缺陷，本實用新型要解決的技術問題是提供一種可攜式、低功耗的無人機可攜式天線自動 足艮S宗胃 充。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是無人機可攜式天線自動跟蹤系統，包括機械平臺及安裝在其上的天線；機械平臺 上設有ARM控制裝置和驅動裝置，ARM控制裝置的輸入端連接位姿傳感器及無人機地面站 的PC機，輸出端與驅動裝置相連接。所述機械平臺包括三角架、殼體及水平轉臺，其中三角架位於機械平臺最下方，殼 體安裝在三角架上，水平轉臺設置在殼體的頂端。所述驅動裝置包括水平驅動裝置及俯仰驅動裝置，分別驅動天線實現水平轉動及 俯仰擺動；所述水平驅動裝置安裝在水平轉臺上、並容置於殼體的內部空間，俯仰驅動裝置 與水平驅動裝置連接、與水平驅動裝置連動。所述水平驅動裝置包括水平電機、第一齒輪及滑環，其中水平電機安裝在水平轉 臺上，滑環通過第三軸承安裝在水平轉臺上，水平電機通過第一齒輪驅動滑環轉動；滑環 的頂部與俯仰驅動裝置相連。所述俯仰驅動裝置包括俯仰電機、轉動杆、連接件及第一支架，俯仰電機通過第一 支架與水平驅動裝置連接，轉動杆的一端與俯仰電機的輸出軸相連、另一端通過連接件安 裝在第二支架上，天線插接在轉動杆內。所述位姿傳感器包括水平角度傳感器、俯仰角度傳感器和天線位置傳感器，檢測 天線的水平指向角度的水平角度傳感器設於機械平臺的水平轉臺上，檢測天線的俯仰角度 的俯仰角度傳感器與天線的俯仰轉動電機的輸出軸固連，檢測天線的位置信息的天線位置傳感器設於機械平臺的水平轉臺上。所述ARM控制裝置具有ARM模塊、串口驅動晶片和多個串口驅動接口 ；ARM模塊的 天線輸入端和無人機地面站的PC機輸入端通過串口驅動晶片和相應串口接口接有天線位 置傳感器和無人機地面站的PC機；ARM模塊的其他輸入端通過其他串口驅動接口分別與俯 仰角度傳感器、天線水平角度傳感器相連；ARM模塊的輸出端通過串口驅動接口分別與水 平驅動裝置及俯仰驅動裝置相連。本實用新型具有以下有益效果及優點1.結構緊湊，重量輕，便於攜帶，操作容易，功耗低，並能夠實現天線自動實時跟蹤 無人機，以準確獲得無人機回傳的視頻信息，提高通信質量。2.採用了雙轉動平臺，通過獲取水平角度和俯仰角度，通過計算獲得的數據控制 天線與無人機的位置關係，進而達到對無人機的控制。3.使用了高集成度的單片機晶片作為控制系統，實用性和準確性得到了提高。
圖1為本實用新型的原理示意圖；圖2為本實用新型機械結構示意圖；圖3為本實用新型部分機械結構放大示意圖；圖4為本實用新型電氣結構框圖；圖5為本實用新型電氣原理圖；圖6為本實用新型程序流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。如圖4所示，本實用新型無人機可攜式天線自動跟蹤系統，包括機械平臺19及安 裝在其上的天線1 ；機械平臺19上設有ARM控制裝置20和驅動裝置21，ARM控制裝置20 的輸入端連接位姿傳感器22及無人機地面站的PC機23，輸出端與驅動裝置21相連接。如圖2和圖3所示，機械平臺19包括三角架18、殼體17及水平轉臺9，其中三角 架18位於機械平臺19最下方，殼體17安裝在三角架18上，水平轉臺9設置在殼體17的 頂端。驅動裝置21包括水平驅動裝置及俯仰驅動裝置，本實施例的水平驅動裝置及俯 仰驅動裝置均採用型號為CW230的集成驅動模塊用以提高驅動能力，此集成驅動模塊還可 細分水平驅動裝置及俯仰驅動裝置內設置電機的步距角以提高控制精度，同時可以控制電 機的正反轉，提高電機轉動的靈活性；該水平驅動裝置及俯仰驅動裝置分別驅動天線1實 現水平轉動及俯仰擺動；水平驅動裝置安裝在水平轉臺9上、並容置於殼體17的內部空間， 俯仰驅動裝置與水平驅動裝置連接、與水平驅動裝置連動；水平驅動裝置包括水平電機16、第一齒輪15及滑環11，其中水平電機16設置在 電機座13內，電機座13安裝在水平轉臺9上，滑環11通過第三軸承12安裝在水平轉臺9 上，滑環兩邊分別設有第一齒輪15和第二齒輪14，水平電機16通過第一齒輪15驅動滑環 11轉動；滑環11的頂部與俯仰驅動裝置相連，水平轉臺9通過滑環11與三角架18相接實現水平360°任意旋轉而不繞線。俯仰驅動裝置包括俯仰電機2、轉動杆4、連接件5及第一 支架3 ；第一支架3通過第二軸承10固接在水平轉臺9上，俯仰電機2通過第一支架3與 水平驅動裝置連接，轉動杆4的一端與俯仰電機2的輸出軸相連、另一端通過連接件5安裝 在第二支架8上，天線1插接在轉動杆4內。位姿傳感器22包括水平角度傳感器、俯仰角度傳感器6和天線位置傳感器，本實 施例採用羅盤型號為HMR3300作為水平角度傳感器，該檢測天線1的水平指向角度的水平 角度傳感器設於機械平臺19的水平轉臺9上，以地磁北極為零點測量天線的水平指向角 度；採用滑動變阻器作為俯仰角度傳感器6，該檢測天線1的俯仰角度的俯仰角度傳感器6 與天線1的俯仰轉動電機的輸出軸固連，並通過第一軸承7固接在第二支架8上；採用型號 為LEA-5S的GPS定位設備作為天線的位置傳感器，該檢測天線的位置信息的天線位置傳感 器設於機械平臺19的水平轉臺9上。ARM控制裝置20放置在水平轉臺9上，如圖5所示，本實施例的ARM控制裝置採用 型號為LPC236820的單片機，該單片機具有ARM模塊U2、2個串口驅動接口、2個A/D接口 J4 和2個定時器驅動接口 ；其中，串口驅動晶片Ul採用的是型號為MAX232的單片機；ARM模 塊U2內存有控制程序，串口驅動接口分別為第一接口 J1、第二接口 J2，A/D接口分別為第三 A/D接口 J3、第四A/D接口 J4，定時器驅動接口分別為第五定時器驅動接口 J5和第六定時 器驅動接口 J6 ；ARM模塊U2輸入端通過與串口驅動晶片Ul相連後，通過第一接口 Jl連接 無人機地面站的PC機、通過第二接口 J2連接天線位置傳感器；ARM模塊輸入端通過第三A/ D接口 J3接有天線水平角度傳感器和通過第四A/D接口 J4與俯仰角度傳感器6相連，ARM 模塊U2輸出端通過第五定時器驅動接口 J5與水平電機16相連及通過第六定時器驅動接 口 J6與俯仰電機2相連。本實用新型工作原理如下如圖1所示，本實用新型ARM控制裝置20通過串口驅動接口獲得無人機地面23 站提供的無人機的位置信息，ARM控制裝置20通過串口驅動接口獲得水平角度傳感器測量 天線的水平指向角度信息，通過A/D模塊獲得俯仰角度傳感器6測量天線的俯仰指向角度 信息，通過串口驅動接口獲得天線位置傳感器測量天線的位置信息，將採集到的天線位置 信息與無人機的位置信息經過計算來確定無人機當前相對天線的水平偏角β和俯仰偏角 α，同時通過串口驅動接口採集水平角度傳感器的數據，通過存儲在ARM控制裝置20的數 據確定上一狀態天線水平指向角及俯仰指向角度，將天線上一狀態指向和當前狀態指向對 比，算出水平電機16應該轉動的角度及俯仰電機2應該轉動的角度，接著ARM控制裝置20 控制相應電機轉動相應角度以保證天線1指向無人機。如圖6所示，本實用新型控制流程如下ARM控制裝置系統初始化；ARM控制裝置讀取天線位置傳感器採集的天線位置信息；判斷天線位置信息是否正確；如果正確，ARM控制裝置讀取無人機地面站的PC機發送的無人機位置信息；判斷無人機位置信息是否正確；如果不正確，返回ARM控制裝置讀取無人機地面站的PC機發送的無人機位置信息 步驟；
5[0038]如果正確，通過程序計算出天線和無人機兩點連線方位角；水平角度傳感器和俯仰角度傳感器採集天線當前角度信息；通過程序計算出角度差；ARM控制裝置根據角度差控制電機驅動天線跟蹤；返回並繼續天線位置傳感器採集天線位置信息步驟。
權利要求無人機可攜式天線自動跟蹤系統，包括機械平臺(19)及安裝在其上的天線(1)；其特徵在於機械平臺(19)上設有ARM控制裝置(20)和驅動裝置(21)，ARM控制裝置(20)的輸入端連接位姿傳感器(22)及無人機地面站的PC機(23)，輸出端與驅動裝置(21)相連接。
2.按權利要求1所述無人機可攜式天線自動跟蹤系統，其特徵在於所述機械平臺 (19)包括三角架(18)、殼體(17)及水平轉臺(9)，其中三角架(18)位於機械平臺(19)最 下方，殼體(17)安裝在三角架(18)上，水平轉臺(9)設置在殼體(17)的頂端。
3.按權利要求1或2所述無人機可攜式天線自動跟蹤系統，其特徵在於所述驅動裝 置(21)包括水平驅動裝置及俯仰驅動裝置，分別驅動天線(1)實現水平轉動及俯仰擺動； 所述水平驅動裝置安裝在水平轉臺(9)上、並容置於殼體(17)的內部空間，俯仰驅動裝置 與水平驅動裝置連接、與水平驅動裝置連動。
4.按權利要求3所述無人機可攜式天線自動跟蹤系統，其特徵在於所述水平驅動裝 置包括水平電機(16)、第一齒輪(15)及滑環(11)，其中水平電機(16)安裝在水平轉臺(9) 上，滑環(11)通過第三軸承(12)安裝在水平轉臺(9)上，水平電機(16)通過第一齒輪(15) 驅動滑環(11)轉動；滑環(11)的頂部與俯仰驅動裝置相連。
5.按權利要求3所述無人機可攜式天線自動跟蹤系統，其特徵在於所述俯仰驅動裝 置包括俯仰電機(2)、轉動杆(4)、連接件(5)及第一支架(3)，俯仰電機⑵通過第一支架 ⑶與水平驅動裝置連接，轉動杆⑷的一端與俯仰電機⑵的輸出軸相連、另一端通過連 接件(5)安裝在第二支架(8)上，天線(1)插接在轉動杆(4)內。
6.按權利要求1所述無人機可攜式天線自動跟蹤系統，其特徵在於所述位姿傳感器 (22)包括水平角度傳感器、俯仰角度傳感器(6)和天線位置傳感器，檢測天線(1)的水平指 向角度的水平角度傳感器設於機械平臺(19)的水平轉臺(9)上，檢測天線(1)的俯仰角度 的俯仰角度傳感器(6)與天線⑴的俯仰轉動電機的輸出軸固連，檢測天線的位置信息的 天線位置傳感器設於機械平臺(19)的水平轉臺(9)上。
7.按權利要求1所述無人機可攜式天線自動跟蹤系統，其特徵在於所述ARM控制裝 置(20)具有ARM模塊(U2)、串口驅動晶片(Ul)和多個串口驅動接口 ；ARM模塊(U2)的天 線輸入端和無人機地面站的PC機輸入端通過串口驅動晶片(Ul)和相應串口接口接有天線 位置傳感器和無人機地面站的PC機(23) ；ARM模塊(U2)的其他輸入端通過其他串口驅動 接口分別與俯仰角度傳感器(6)、天線水平角度傳感器相連；ARM模塊(U2)的輸出端通過串 口驅動接口分別與水平驅動裝置及俯仰驅動裝置相連。
專利摘要本實用新型涉及無線電接收天線控制系統，具體說是無人機可攜式天線自動跟蹤系統。具體包括機械平臺及安裝在其上的天線；機械平臺上設有ARM控制裝置和驅動裝置，ARM控制裝置的輸入端連接位姿傳感器及無人機地面站的PC機，輸出端與驅動裝置相連接。本實用新型具有結構緊湊，重量輕，便於攜帶，操作容易，功耗低，並能夠實現天線自動實時跟蹤無人機的特點，並且能夠準確獲得無人機回傳的視頻信息，提高通信質量。
文檔編號H04L12/40GK201654563SQ20092028841
公開日2010年11月24日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者何虎, 吳鎮煒, 戴磊, 肖天富, 韓建達, 齊俊桐 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所