一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置的製作方法
2023-06-08 05:32:26
專利名稱：一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種承載控制衛星天線的隨動跟蹤裝置，具體是指用於承載並控制設置在船舶上的船載衛星天線，隨著船舶的航向變化以及船體的搖擺起伏顛簸，自動跟蹤瞄準地球同步通訊衛星接受衛星信息的一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置。
背景技術：
不同於地面衛星天線，船載衛星天線在跟蹤瞄準目標地球同步通訊衛星時，除了需要克服大風氣流的幹擾外，還需要隨著船舶的航向變化以及船體的起伏搖擺顛簸，自動控制拋物面衛星天線瞄準目標通訊衛星進行橫滾、俯仰、方位轉動的隨動跟蹤，現有技術採用在三軸式天線座上設置慣性陀螺穩向系統來控制拋物面衛星天線對準目標衛星進行隨動跟蹤運動，如中國專利「三軸式船載天線陀螺穩向裝置」 92231278.8 ;由於陀螺系統結構複雜、成本高昂、不利於民用市場應用推廣，因此，現有技術存在結構複雜、成本高昂、難以民用的問題與不足。發明內容
針對上述現有技術存在的問題與不足，本發明採用由橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸、支架、基座構成的承載拋物面天線的三軸轉動裝置，方位轉軸垂直向上固定連接在基座底部的中心，支架的橫梁的中心轉動連接在方位轉軸的上端，俯仰轉軸可轉動水平設置在支架的二個立架的上部，橫滾轉軸位於俯仰轉軸中心位置的上方與俯仰轉軸可轉動正交連接，拋物面天線固定連接在橫滾轉軸的上面；應用時基座的底面固定連接在應用船舶的頂部；用於控制驅動橫滾轉軸作橫滾旋轉的G伺服電機,和由G光電傳感器、G位置電位器、G角速度傳感器構成的監測橫滾轉軸姿態的諸G反饋單元設置在俯仰轉軸處且與電腦控制器連接；用於控制驅動俯仰轉軸作俯仰旋轉的Y伺服電機，和由Y光電傳感器、Y位置電位器、Y角速度傳感器、Y電子羅盤構成的監測俯仰轉軸姿態的諸Y反饋單元設置在支架的立架的上部處且與電腦控制器連接；用於控制驅動支架在方位轉軸上作方位旋轉的F伺服電機，和由F角速度傳感器、F電子羅盤、旋轉編碼器構成的監測方位轉軸方位的諸F反饋單元設置在支架的橫梁處，用於與GPS定位衛星進行地理位置定位的GPS接收機也設置在支架的橫梁處且與電腦控制器連接；
應用時，由電腦控制器以射束跟蹤方式對諸反饋單元及GPS的反饋的信號進行處理，控制各軸伺服電機分別驅動橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸旋轉，帶動拋物面天線隨著船體的起伏搖擺顛簸瞄準目標通訊衛星進行閉環隨動跟蹤的技術方案，提供一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置，旨在利用諸反饋單元構成的反饋系統來替代結構複雜、成本高昂的陀螺系統以降低造價成本，使船載衛星天線達到簡化結構、降低成本、易於民用化的目的。
本發明的目的是這樣實現的:一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置，包括拋物面天線、橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸、支架、基座，其中:所述的拋物面天線為拋物面形的薄壁鋁合金質構件；拋物面天線的焦點處設有衛星信號接受頭；
所述的橫滾轉軸為承載拋物面天線在俯仰轉軸上作橫滾轉動的轉軸機構；
所述的俯仰轉軸為承載橫滾轉軸在支架上作俯仰轉動的轉軸機構；
所述的方位轉軸為承載支架在基座上作方位轉動的轉軸機構；
所述的支架為由橫梁、立架構成，呈矩形倒置的門框狀的鋼質構件，所述橫梁水平位於支架的底部，二個豎直向上的立架對稱位於橫梁的左右二端；
所述的基座為上部敞開、下部有底呈圓桶形的鋼質薄壁構件；
方位轉軸垂直向上固定連接在基座底部的中心，支架的所述橫梁的中心轉動連接在方位轉軸的上端，俯仰轉軸可轉動水平設置在支架的二個所述立架的上部，橫滾轉軸位於俯仰轉軸中心位置的上方與俯仰轉軸可轉動正交連接，拋物面天線固定連接在橫滾轉軸的上面；應用時基座的底面固定連接在應用船舶的頂部；
用於控制驅動橫滾轉軸作橫滾旋轉的G伺服電機,和由G光電傳感器、G位置電位器、G角速度傳感器構成的監測橫滾轉軸姿態的諸G反饋單元設置在俯仰轉軸處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；用於控制驅動俯仰轉軸作俯仰旋轉的Y伺服電機，和由Y光電傳感器、Y位置電位器、Y角速度傳感器、Y電子羅盤構成的監測俯仰轉軸姿態的諸Y反饋單元設置在支架的立架的上部處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；用於控制驅動支架在方位轉軸上作方位旋轉的F伺服電機，和由F角速度傳感器、F電子羅盤、旋轉編碼器構成的監測方位轉軸方位的諸F反饋單元設置在支架的橫梁處，用於與GPS定位衛星進行地理位置定位的GPS接收機也設置在支架的橫梁處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；
所述光電傳感器為利用被檢測物體對紅外光線的遮光或者反射，通過選通和截止來檢測物體的有無的電子裝置；所述位置電位器為通過齒輪帶動可調電阻改變輸出電壓，測定被測轉動軸的旋轉角位置的電子裝置；所述角速度傳感器為用於測量被測轉動軸旋轉角速度的慣性角速度壓電傳感器；所述電子羅盤為用於測定所處載體給定的水平方向軸線與地球的南北極軸所夾的方位角，以及用於測定所處載體給定的垂直軸線與地球重力垂線所夾的傾角的電子裝置；所述GPS接收機為通過與GPS定位衛星的通訊，對所處載體的地理坐標進行經度、緯度和海撥高度精確測定的接收裝置；所述電腦控制器為以接受獲取目標衛星射束最大增益，通過對所述G反饋單元、Y反饋單元、F反饋單元和GPS接收機反饋的數據進行處理，分別控制G伺服電機、Y伺服電機、F伺服電機驅動橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸旋轉，帶動拋物面天線跟蹤目標衛星的設有顯示終端的微機控制裝置；
所述橫滾轉動為，在與海平面正交的平面上設一條直線，該直線以該直線上的一點為中心作與海平面保持平行的轉動；所述俯仰轉動為，設一條與海平面正交的垂直線，以垂直線與海平面的相交點為中心，過所述中心設一條位於海平面上方與垂直線之間的射線，使射線以所述中心為旋轉中心作在海平面上方與垂直線之間的轉動；所述方位轉動為，設一條與地球重力垂線正交的直線，該直線以與地球重力垂線的相交點為中心作圍繞地球重力垂線的轉動。
工作原理及有益效果
應用時，隨著船體的起伏搖擺顛簸，電腦控制器以射束跟蹤方式對所述諸G、諸Y、諸F反饋單元的反饋的信號進行處理，控制所述G伺服電機、Y伺服電機、F伺服電機分別驅動橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸旋轉，帶動拋物面天線瞄準目標通訊衛星進行閉環隨動跟蹤；其中，橫滾轉軸用於隨著船舶的搖擺運動矯正拋物面天線與海平面所夾的傾角，保持拋物面天線設定的水平線與海平面隨動平行；俯仰轉軸用於隨著船舶的起伏運動矯正拋物面天線對準目標通訊衛星的俯仰角；方位轉軸用於隨著船舶的航行方向變化矯正拋物面天線與地球南北極所夾的方位角的改變。
本裝置利用所述諸反饋單元構成的反饋系統來替代結構複雜、成本高昂的陀螺系統以降低造價成本，使船載衛星天線簡化了結構、降低了成本，有利於漁船、遊船、遊艇等民用船舶的應用。
上述，本發明採用由橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸、支架、基座構成的承載拋物面天線的三軸轉動裝置，方位轉軸垂直向上固定連接在基座底部的中心，支架的所述橫梁的中心轉動連接在方位轉軸的上端，俯仰轉軸可轉動水平設置在支架的二個所述立架的上部，橫滾轉軸位於俯仰轉軸中心位置的上方與俯仰轉軸可轉動正交連接，拋物面天線固定連接在橫滾轉軸的上面；應用時基座的底面固定連接在應用船舶的頂部；並設有用於分別控制驅動橫滾轉軸、俯仰轉軸、方位轉軸三軸工作的伺服電機，用於分別監測反饋所述三軸工作姿態的由光電傳感器、位置電位器、角速度傳感器、電子羅盤、GPS接收機構成的諸反饋單元的技術方案，所提供的一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置，利用諸反饋單元構成的反饋系統來替代結構複雜、成本高昂的陀螺系統以降低造價成本，使船載衛星天線達到了簡化結構、降低成本、易於民用化的目的。
圖1是本發明的一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置的結構示意圖。
下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步詳細說明，但不應理解為對本發明的任何限制。
圖中:拋物面天線1、橫滾轉軸2、G伺服電機21、G光電傳感器22、G位置電位器23、G角速度傳感器24、俯仰轉軸3、Y伺服電機31、Y光電傳感器32、Y位置電位器33、Y角速度傳感器34、Y電子羅盤35、方位轉軸4、F伺服電機41、F角速度傳感器42、F電子羅盤43、旋轉編碼器44、GPS接收機45、支架5、橫梁51、立架52、基座6、同步帶01。
具體實施方式
參閱圖1，本發明的一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置，包括拋物面天線1、橫滾轉軸2、俯仰轉軸3、方位轉軸4、支架5、基座6，其中:所述的拋物面天線I為拋物面形的薄壁鋁合金質構件；拋物面天線I的焦點處設有衛星信號接受頭；
所述的橫滾轉軸2為承載拋物面天線I在俯仰轉軸3上作橫滾轉動的轉軸機構；
所述的俯仰轉軸3為承載橫滾轉軸2在支架5上作俯仰轉動的轉軸機構；
所述的方位轉軸4為承載支架5在基座6上作方位轉動的轉軸機構；
所述的支架5為由橫梁51、立架52構成，呈矩形倒置的門框狀的鋼質構件，所述橫梁51水平位於支架5的底部，二個豎直向上的立架52對稱位於橫梁51的左右二端；
所述的基座6為上部敞開、下部有底呈圓桶形的鋼質薄壁構件；
方位轉軸4垂直向上固定連接在基座6底部的中心，支架5的所述橫梁51的中心轉動連接在方位轉軸4的上端，俯仰轉軸3可轉動水平設置在支架5的二個所述立架52的上部，橫滾轉軸2位於俯仰轉軸3中心位置的上方與俯仰轉軸3可轉動正交連接，拋物面天線I固定連接在橫滾轉軸2的上面；應用時基座6的底面固定連接在應用船舶的頂部；用於控制驅動橫滾轉軸2作橫滾旋轉的G伺服電機21,和由G光電傳感器22、G位置電位器23、G角速度傳感器24構成的監測橫滾轉軸2姿態的諸G反饋單元設置在俯仰轉軸3處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；用於控制驅動俯仰轉軸3作俯仰旋轉的Y伺服電機31，和由Y光電傳感器32、Y位置電位器33、Y角速度傳感器34、Y電子羅盤35構成的監測俯仰轉軸3姿態的諸Y反饋單元設置在支架5的立架52的上部處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；用於控制驅動支架5在方位轉軸4上作方位旋轉的F伺服電機41，和由F角速度傳感器42、F電子羅盤43、旋轉編碼器44構成的監測方位轉軸4方位的諸F反饋單元設置在支架5的橫梁51處，用於與GPS定位衛星進行地理位置定位的GPS接收機45也設置在支架5的橫梁51處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；所述光電傳感器為利用被檢測物體對紅外光線的遮光或者反射，通過選通和截止來檢測物體的有無的電子裝置；所述位置電位器為通過齒輪帶動可調電阻改變輸出電壓，測定被測轉動軸的旋轉角位置的電子裝置；所述角速度傳感器為用於測量被測轉動軸旋轉角速度的慣性角速度壓電傳感器；所述電子羅盤為用於測定所處載體給定的水平方向軸線與地球的南北極軸所夾的方位角，以及用於測定所處載體給定的垂直軸線與地球重力垂線所夾的傾角的電子裝置；所述GPS接收機45為通過與GPS定位衛星的通訊，對所處載體的地理坐標進行經度、緯度和海撥高度精確測定的接收裝置；所述電腦控制器為以接受獲取目標衛星射束最大增益,通過對所述G反饋單元、Y反饋單元、F反饋單元和GPS接收機45反饋的數據進行處理，分別控制G伺服電機21、Y伺服電機31、F伺服電機41驅動橫滾轉軸
2、俯仰轉軸3、方位轉軸4旋轉，帶動拋物面天線I跟蹤目標衛星的設有顯示終端的微機控制裝置；所述橫滾轉動為，在與海平面正交的平面上設一條直線，該直線以該直線上的一點為中心作與海平面保持平行的轉動；所述俯仰轉動為，設一條與海平面正交的垂直線，以垂直線與海平面的相交點為中心，過所述中心設一條位於海平面上方與垂直線之間的射線，使射線以所述中心為旋轉中心作在海平面上方與垂直線之間的轉動；所述方位轉動為，設一條與地球重力垂線正交的直線，該直線以與地球重力垂線的相交點為中心作圍繞地球重力垂線的轉動。工作原理及有益效果應用時，隨著船體的起伏搖擺顛簸，電腦控制器以射束跟蹤方式對所述諸G、諸Y、諸F反饋單元的反饋的信號進行處理，控制所述G伺服電機21、Y伺服電機31、F伺服電機41分別驅動橫滾轉軸2、俯仰轉軸3、方位轉軸4旋轉，帶動拋物面天線I瞄準目標通訊衛星進行閉環隨動跟蹤；其中，橫滾轉軸2用於隨著船舶的搖擺運動矯正拋物面天線I與海平面所夾的傾角，保持拋物面天線I設定的水平線與海平面隨動平行；俯仰轉軸3用於隨著船舶的起伏運動矯正拋物面天線I對準目標通訊衛星的俯仰角；方位轉軸4用於隨著船舶的航行方向變化矯正拋物面天線I與地球南北極所夾的方位角的改變。本裝置利用所述諸反饋單元構成的反饋系統來替代結構複雜、成本高昂的陀螺系統以降低造價成本，使船載衛星天線簡化了結構、降低了成本，有利於漁船、遊船、遊艇等民用船舶的應用。
權利要求
1.一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置，包括拋物面天線(1)、橫滾轉軸(2)、俯仰轉軸(3)、方位轉軸(4)、支架(5)、基座6)，其特徵在於:所述的拋物面天線(I)為拋物面形的薄壁鋁合金質構件；拋物面天線(1)的焦點處設有衛星信號接受頭； 所述的橫滾轉軸(2)為承載拋物面天線(1)在俯仰轉軸(3)上作橫滾轉動的轉軸機構； 所述的俯仰轉軸(3)為承載橫滾轉軸(2)在支架(5)上作俯仰轉動的轉軸機構； 所述的方位轉軸(4)為承載支架(5)在基座(6)上作方位轉動的轉軸機構； 所述的支架(5)為由橫梁(51)、立架(52)構成，呈矩形倒置的門框狀的鋼質構件，所述橫梁(51)水平位於支架(5)的底部,二個豎直向上的立架(52)對稱位於橫梁(51)的左右二端。
所述的基座(6)為上部敞開、下部有底呈圓桶形的鋼質薄壁構件； 方位轉軸(4)垂直向上固定連接在基座(6)底部的中心，支架(5)的所述橫梁(51)的中心轉動連接在方位轉軸(4)的上端，俯仰轉軸(3)可轉動水平設置在支架(5)的二個所述立架(52)的上部，橫滾轉軸(2)位於俯仰轉軸(3)中心位置的上方與俯仰轉軸(3)可轉動正交連接，拋物面天線(1)固定連接在橫滾轉軸(2)的上面；應用時基座(6)的底面固定連接在應用船舶的頂部； 用於控制驅動橫滾轉軸(2)作橫滾旋轉的G伺服電機(21),和由G光電傳感器(22)、G位置電位器(23)、G角速度傳感器(24)構成的監測橫滾轉軸(2)姿態的諸G反饋單元設置在俯仰轉軸(3)處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；用於控制驅動俯仰轉軸(3)作俯仰旋轉的Y伺服電機(31)，和由Y光電傳感器(32)、Y位置電位器(33)、Y角速度傳感器(34)、Y電子羅盤(35)構成的監測俯仰轉軸(3)姿態的諸Y反饋單元設置在支架(5)的立架(52)的上部處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接；用於控制驅動支架(5)在方位轉軸(4)上作方位旋轉的F伺服電機(41)，和由F角速度傳感器(42)、F電子羅盤(43)、旋轉編碼器(44)構成的監測方位轉軸(4)方位的諸F反饋單元設置在支架(5)的橫梁(51)處，用於與GPS定位衛星進行地理位置定位的GPS接收機(45)也設置在支架(5)的橫梁(51)處，且分別通過導線或饋線與電腦控制器連接； 所述光電傳感器為利用被檢測物體對紅外光線的遮光或者反射，通過選通和截止來檢測物體的有無的電子裝置；所述位置電位器為通過齒輪帶動可調電阻改變輸出電壓，測定被測轉動軸的旋轉角位置的電子裝置；所述角速度傳感器為用於測量被測轉動軸旋轉角速度的慣性角速度壓電傳感器；所述電子羅盤為用於測定所處載體給定的水平方向軸線與地球的南北極軸所夾的方位角，以及用於測定所處載體給定的垂直軸線與地球重力垂線所夾的傾角的電子裝置；所述GPS接收機(45)為通過與GPS定位衛星的通訊，對所處載體的地理坐標進行經度、緯度和海撥高度精確測定的接收裝置；所述電腦控制器為以接受獲取目標衛星射束最大增益，通過對所述G反饋單元、Y反饋單元、F反饋單元和GPS接收機(45)反饋的數據進行處理，分別控制G伺服電機(21)、Υ伺服電機(31)、F伺服電機(41)驅動橫滾轉軸(2)、俯仰轉軸(3)、方位轉軸(4)旋轉，帶動拋物面天線(1)跟蹤目標衛星的設有顯示終端的微機控制裝置； 所述橫滾轉動為，在與海平面正交的平面上設一條直線，該直線以該直線上的一點為中心作與海平面保持平行的轉動；所述俯仰轉動為，設一條與海平面正交的垂直線，以垂直線與海平面的相交點為中心，過所述中心設一條位於海平面上方與垂直線之間的射線，使射線以所述中心為旋轉中心作在海平面上方與垂直線之間的轉動；所述方位轉動為，設一條與地球重力垂線正交的直線，該直線以與地球重力垂線的相交點為中心作圍繞地球重力垂 線的轉動。
全文摘要
本發明公開了一種船載衛星天線的三軸穩定隨動跟蹤裝置，包括拋物面天線(1)、橫滾轉軸(2)、俯仰轉軸(3)、方位轉軸(4)、支架(5)、基座(6)。本發明採用由上述構件構成三軸轉動裝置，方位轉軸垂直向上固定連接在基座底部的中心，支架的所述橫梁的中心轉動連接在方位轉軸的上端，俯仰轉軸可轉動水平設置在支架的二個所述立架的上部，橫滾轉軸位於俯仰轉軸中心位置的上方與俯仰轉軸可轉動正交連接，拋物面天線固定連接在橫滾轉軸的上面，採用由光電傳感器、位置電位器、角速度傳感器、電子羅盤、旋轉編碼器和GPS接收機諸單元構成的反饋系統來替代陀螺系統的技術方案，使船載衛星天線達到了簡化結構、降低成本、易於民用化的目的。
文檔編號H01Q3/02GK103138050SQ20131008149
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者金宗寶, 葛超峰, 尤軍達, 尤思光, 潘萬松, 尤海平, 任永剛, 陳紹榮 申請人:寧波森富機電製造有限公司