船載衛星天線控制系統的製作方法

2023-05-02 23:16:36

專利名稱：船載衛星天線控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於通訊技術領域，尤其是涉及一種船載衛星天線控制系統。
背景技術：
衛星天線接收微弱的衛星信號並將衛星信號反射至碟型天線中的低噪聲降頻放大器。低噪聲降頻放大器將此集中的信號放大至數十萬倍後，再利用振蕩電路將高頻衛星 信號轉換至中頻。此中頻信號為一個調變信號，再經機頂盒解調復原成影音信號後，即可輸 入電視使用。現有技術中的衛星天線通常採用接收機供電，然而由於移動載體的衛星天線必須 通過電機實時調整天線仰角和方位角，系統耗電量相對較大，接收機供電已經不能滿足功 率要求，需要單獨的供電系統。另一方面，由於衛星天線需接收衛星發射的微波信號，而碟 型天線是一種高指向性的衛星接收天線，由於其接收特性需要在碟型天線正中央對準於遠 距離的衛星(約三萬六千公裡)，所以碟型天線的指向方位需要很高的精準度。因此，為了 提高碟型天線能夠有效地接收衛星微波信號，具有可調整仰角及方位角的機構設計為不可 或缺的條件。特別是將衛星天線運用於船舶、車輛等可移動環境時，仰角及方位角的調整顯 得尤為重要。現有技術的衛星天線用於船舶上時普遍存在的跟蹤性能不穩定、遇風浪易丟 失信號的弊端。為此，人們進行了長期的探索，提出了各種各樣的解決方案。例如，中國專利文獻公開了一種用於運動載體的衛星通信天線穩定跟蹤控制系統[申請號200810025575. 3]， 由嵌入式天線控制器、姿態傳感器、高頻信號處理器、GPS接收機、方位一體化驅動與控制電 機、俯仰一體化驅動與控制電機、橫滾一體化驅動與控制電機、機械傳動裝置及衛星通信天 線組成。該方案採用設計的一體化驅動與控制電機，輸出軸可直接驅動天線。系統各主要 部件及用戶操作終端之間通過現場總線方式進行連接。該方案雖然實現自動調整，但是調 整精度不高，且數據處理速度慢，從而導致天線調整的反應滯後。

發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提供一種設計合理，結構簡單，工作穩定性好，具備獨立供電能力，特別適用於移動載體的船載衛星天線控制系統。為達到上述目的，本發明採用了下列技術方案本船載衛星天線控制系統，設置在 衛星天線和衛星接收機之間，其特徵在於，本控制系統包括主控子系統和聯接在主控子系 統上的室內子系統，所述的主控子系統與衛星天線相聯接，所述的室內子系統與衛星接收 機相聯接，所述的主控子系統包括能為主控子系統提供電源的主控電源管理模塊，所述的 室內子系統包括能為室內子系統和上述的主控電源管理模塊提供電源的室內電源管理模 塊。室內子系統為本控制系統提供電力支持，主控子系統自動跟蹤衛星，並接收直播 電視信號。由於本控制系統應用於船舶，因此在工作時需要實時調整衛星天線仰角和方位角，系統耗電量相對較大，通過室內子系統實現了具備單獨的供電系統，因此無需通過衛星 接收機供電即可完全滿足能量供給。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的主控子系統包括能與室內子系統相聯接的主控制器，在主控制器上聯接有天線姿態管理模塊和信號管理模塊。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的天線姿態管理模塊包括聯接在主控制 器和衛星天線之間的能對衛星天線仰角進行調整的仰角調整模塊和能對衛星天線方位角 進行調整的方位角調整模塊，在衛星天線上還設有能實時檢測衛星天線的仰角變化和方位 角變化並將仰角變化信號和方位角變化信號分別傳遞給仰角調整模塊和方位角調整模塊 的校正檢測器，所述的仰角調整模塊能根據仰角變化信號對衛星天線的仰角進行實時校 正，所述的方位角調整模塊能根據方位角變化信號對衛星天線的方位角進行實時校正。由於設置了校正檢測器，能夠及時掌握衛星天線因顛簸、風力、晃動等外界環境原 因造成的角度變化，從而及時對其作出調整，使衛星天線旋轉一定角度，補償由外界環境引 起的衛星天線角度變化，從而使衛星天線姿態擺脫外界環境的幹擾，只接受主控制器的角 度調整命令。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的信號管理模塊包括LNB電壓選擇模 塊、衛星信號解調器、AGC調理電路和高頻頭，所述的LNB電壓選擇模塊聯接在主控制器和 衛星信號解調器之間並能根據主控制器的控制向衛星信號解調器提供電源且衛星信號解 調器能根據主控制器的控制設置頻率參數並接收特定頻率段的信號強度，所述的高頻頭聯 接在衛星信號解調器和衛星天線之間並由衛星信號解調器供電，所述的AGC調理電路聯接 在主控制器和衛星信號解調器之間並將作為衛星天線姿態調整判斷依據的電壓信號輸入 主控制器。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的室內子系統包括信息處理器和電壓比 較模塊，所述的信息處理器與主控子系統相聯接，所述的電壓比較模塊聯接在衛星接收機 和信息處理器之間且電壓比較模塊能確定衛星接收機當前輸出電壓並將當前輸出電壓信 息輸送至信息處理器，所述的信息處理器能將衛星接收機當前輸出電壓信息傳遞給主控子 系統並接收主控子系統傳遞過來的衛星天線狀態信息。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的信息處理器上聯接有能指示衛星天線 當前工作狀態的指示燈；所述的信息處理器具有能夠寫入需要跟蹤的衛星下行頻率信息並 選擇不同的直播衛星進行跟蹤的在線調試接口。通過指示燈便於操作者了解衛星天線當前的工作狀態，並可依此判斷故障發生原 因，快速對衛星天線進行調整。通過在線調試接口可以設置接收不同頻段的信號，從而達到 識別、跟蹤不同衛星的目的，使用起來靈活方便。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的室內電源管理模塊包括能將外接的交 流電壓轉換成所需的直流電壓輸出的交流輸入處理單元和能將外接的直流電壓轉換成所 需的直流電壓輸出的直流輸入處理單元。船舶上的電力供應主要有220V交流和24V直流 兩種方式，室內電壓管理模塊也設計了 90V-250V交流輸入和10V-30V直流輸入兩種方案， 因此使用起來非常方便。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的仰角調整模塊和衛星天線之間還聯接 有用於限制衛星天線仰角旋轉幅度的行程控制開關。行程控制開關起到限制衛星天線仰角旋轉幅度的作用，使衛星天線的仰角在0° -90°變化。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的仰角調整模塊包括依次串聯的仰角控 制器、仰角驅動電路和仰角調整電機，所述的仰角控制器聯接在主控制器上且能接收主控 制器的仰角調整信號，所述的仰角調整電機聯接在衛星天線上；所述的方位角調整模塊包 括依次串聯的方位角控制器、方位角驅動電路和方位角調整電機，所述的方位角控制器聯 接在主控制器上且能接收主控制器的方位角調整信號，所述的方位角調整電機聯接在衛星 天線上。在上述的船載衛星天線控制系統中，所述的校正檢測器為陀螺儀；所述的仰角調 整電機和方位角調整電機均為步進電機。陀螺儀採用高精度光纖微型陀螺儀，固定在衛星 天線上實時感應衛星天線的仰角和方位角變化。此外，採用步進電機有利於提高控制精度。與現有的技術相比，本船載衛星天線控制系統的優點在於1、具有獨立的供電系 統，保障因頻繁調整衛星天線所需電源供應，同時能夠與衛星接收機正常兼容。2、能夠在船 舶行駛的過程中自動尋找衛星，並實時鎖定衛星方位，快速穩定地跟蹤衛星。3、能夠通過室 內子系統上的指示燈顯示衛星天線當前的工作狀態，室內子系統和主控子系統能夠互傳信 息，便於操作者了解衛星天線當前的工作狀態，並可依此判斷故障發生原因，快速對衛星天 線進行調整。4、能夠方便地設置衛星解調器接收不同頻段的信號，從而達到識別、跟蹤不同 衛星的目的。


圖1是本發明提供的結構簡圖。圖2是本發明提供的室內子系統結構框圖。圖3是本發明提供的主控子系統結構框圖。圖中，衛星天線1、天線F頭100、衛星接收機2、接收機F頭20、主控子系統3、主控 板接口 30、室內子系統4、信息處理器41、在線調試接口 410、電壓比較模塊42、指示燈43、 主控電源管理模塊5、室內電源管理模塊6、開關60、交流輸入處理單元61、直流輸入處理單 元62、主控制器7、天線姿態管理模塊8、仰角調整模塊81、仰角控制器81a、仰角驅動電路 81b、仰角調整電機81c、方位角調整模塊82、方位角控制器82a、方位角驅動電路82b、方位 角調整電機82c、校正檢測器83、行程控制開關84、信號管理模塊9、LNB電壓選擇模塊91、 衛星信號解調器92、AGC調理電路93、高頻頭94、USART通信電路10。
具體實施例方式如圖1所示，本船載衛星天線控制系統設置在衛星天線1和衛星接收機2之間包 括主控子系統3和聯接在主控子系統3上的室內子系統4。主控子系統3與衛星天線2相聯 接，室內子系統4與衛星接收機2相聯接，主控子系統3包括能為主控子系統3提供電源的 主控電源管理模塊5，室內子系統4包括能為室內子系統4和主控電源管理模塊5提供電源 的室內電源管理模塊6。室內子系統4為本控制系統提供電力支持，主控子系統7自動跟蹤 衛星，並接收直播電視信號。由於本控制系統應用於船舶，因此在工作時需要實時調整衛星 天線仰角和方位角，系統耗電量相對較大，通過室內子系統4實現了具備單獨的供電系統， 因此無需通過衛星接收機2供電即可完全滿足能量供給。本發明中室內子系統4與主控子系統7通過同軸電纜相連。室內電源管理模塊6將外部輸入電壓轉換為18V和3.3V輸出， 其中18V電壓直接給主控子系統7供電，3.3V給室內子系統4供電。主控電源管理模塊5 以室內電源管理模塊6傳來的18V直流電壓作為輸入，同時輸出18V、13V、5V、3. 3V和2. 5V 直流電壓。如圖2所示，室內子系統4包括信息處理器41和電壓比較模塊42。信息處理器41 與主控子系統3相聯接，電壓比較模塊42聯接在衛星接收機2和信息處理器41之間。電 壓比較模塊42能確定衛星接收機2當前輸出電壓並將當前輸出電壓信息輸送至信息處理 器41，信息處理器41能將衛星接收機2當前輸出電壓信息傳遞給主控子系統3並接收主控 子系統3傳遞過來的衛星天線1狀態信息。更具體地說，電壓比較模塊42通過同軸電纜與 衛星接收機2相連，通過比較可以確定衛星接收機2當前的輸出電壓是13V或者18V，並將 比較結果傳輸傳給信息處理器41。信息處理器41上聯接有能指示衛星天線1當前工作狀態的指示燈43。信息處理 器41具有能夠寫入需要跟蹤的衛星下行頻率信息並選擇不同的直播衛星進行跟蹤的在線 調試接口 410。考慮到船舶上的電力供應主要有220V交流和24V直流兩種方式，室內電源 管理模塊6包括能將外接的220V交流電壓轉換成所需的直流電壓輸出的交流輸入處理單 元61和能將外接的18V-24V直流電壓轉換成所需的直流電壓輸出的直流輸入處理單元62。 在室內電源管理模塊6的輸入端還連接有開關60。信息處理器41與主控子系統7之間使 用USART通信電路10通信，USART通信電路10保證信號能夠傳輸較長的距離。如圖3所示，主控子系統3包括能與室內子系統4相聯接的主控制器7，在主控制 器7上聯接有天線姿態管理模塊8和信號管理模塊9。天線姿態管理模塊8包括聯接在主 控制器7和衛星天線1之間的能對衛星天線1仰角進行調整的仰角調整模塊81和能對衛星 天線1方位角進行調整的方位角調整模塊82。在衛星天線1上還設有能實時檢測衛星天線 1的仰角變化和方位角變化並將仰角變化信號和方位角變化信號分別傳遞給仰角調整模塊 81和方位角調整模塊82的校正檢測器83。仰角調整模塊81能根據仰角變化信號對衛星 天線1的仰角進行實時校正，方位角調整模塊82能根據方位角變化信號對衛星天線1的方 位角進行實時校正。校正檢測器43為陀螺儀，且陀螺儀採用高精度光纖微型陀螺儀，它固 定在衛星天線1上實時感應衛星天線1的仰角和方位角變化，並將角度變化信息分別傳輸 給仰角調整模塊81和方位角調整模塊82，仰角調整模塊81和方位角調整模塊82分別依據 此角度變化信息，進行獨立的角度調整控制，及時旋轉一定角度，補償由外界環境引起衛星 天線1角度變化，從而使衛星天線1姿態擺脫外界環境的幹擾，只接受主控制器7的角度調 整命令。仰角調整模塊81和衛星天線1之間還聯接有用於限制衛星天線1仰角旋轉幅度 的行程控制開關84。行程控制開關84起到限制衛星天線1仰角旋轉幅度的作用，使衛星天 線1的仰角在0° -90°變化。這裡的仰角調整模塊81包括依次串聯的仰角控制器81a、仰角驅動電路81b和仰 角調整電機81c。仰角控制器81a聯接在主控制器7上且能接收主控制器7的仰角調整信 號，仰角調整電機81a聯接在衛星天線1上。這裡的方位角調整模塊82包括依次串聯的方 位角控制器82a、方位角驅動電路82b和方位角調整電機82c。方位角控制器82a聯接在主 控制器7上且能接收主控制器7的方位角調整信號，方位角調整電機82c聯接在衛星天線1上。仰角調整電機81c和方位角調整電機82c均為步進電機。信號管理模塊9包括LNB電壓選擇模塊91、衛星信號解調器92、AGC調理電路93 和高頻頭94。LNB電壓選擇模塊91聯接在主控制器7和衛星信號解調器92之間並能根據 主控制器7的控制向衛星信號解調器92提供電源，且衛星信號解調器92能根據主控制器 7的控制設置頻率參數並接收特定頻率段的信號強度。LNB電壓選擇模塊91直接接受主控 制器7的控制，輸出18V或者13V電壓給衛星信號解調器92。高頻頭94聯接在衛星信號解 調器92和衛星天線1之間並由衛星信號解調器92供電。AGC調理電路93聯接在主控制器 7和衛星信號解調器92之間，AGC信號經過信號調理，變成平均值和峰值一定的電壓信號直 接輸入主控制器7，該電壓信號將作為衛星天線姿態調整判斷依據。這裡的LNB電壓選擇 模塊91、仰角調整模塊81、方位角調整模塊82直接使用18V電壓，衛星信號解調器92使用 13V(或18V)、3. 3V、2. 5V電壓，其他部分使用5V電壓。本實施例中，主控制器7通過主控子系統3的USART通信電路10與主控板接口 30 相聯接，衛星信號解調器92聯接在主控板接口 30上。主控電源管理模塊5聯接在主控板 接口 30上。在室內子系統4的USART通信電路10上聯接有天線F頭100。電壓比較模塊 42上聯接有接收機F頭20，接收機F頭20聯接在衛星接收機2上。上述的天線F頭100 與接收機F頭20相聯接且在天線F頭100與接收機F頭20之間設有能使高頻信號通過並 阻擋直流的電阻。信息處理器41採用ATMEGA8L晶片，主控制器7採用PIC18F2520晶片， 仰角控制器81a和方位角控制器82a採用PIC16F876A晶片，仰角驅動電路81b和方位角驅 動電路82b採用SLA7062M晶片，LNB電壓選擇模塊91採用A8282SLB晶片，衛星信號解調 器 92 採用 SHARP BS2F7HZ7395 模塊。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領 域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替 代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。儘管本文較多地使用了較多的術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這 些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制 都是與本發明精神相違背的。
權利要求
一種船載衛星天線控制系統，設置在衛星天線(1)和衛星接收機(2)之間，其特徵在於，本控制系統包括主控子系統(3)和聯接在主控子系統(3)上的室內子系統(4)，所述的主控子系統(3)與衛星天線(2)相聯接，所述的室內子系統(4)與衛星接收機(2)相聯接，所述的主控子系統(3)包括能為主控子系統(3)提供電源的主控電源管理模塊(5)，所述的室內子系統(4)包括能為室內子系統(4)和上述的主控電源管理模塊(5)提供電源的室內電源管理模塊(6)。
2.根據權利要求1所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的主控子系統(3) 包括能與室內子系統(4)相聯接的主控制器(7)，在主控制器(7)上聯接有天線姿態管理模 塊(8)和信號管理模塊(9)。
3.根據權利要求2所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的天線姿態管理 模塊(8)包括聯接在主控制器(7)和衛星天線(1)之間的能對衛星天線(1)仰角進行調整 的仰角調整模塊(81)和能對衛星天線(1)方位角進行調整的方位角調整模塊(82)，在衛 星天線(1)上還設有能實時檢測衛星天線(1)的仰角變化和方位角變化並將仰角變化信號 和方位角變化信號分別傳遞給仰角調整模塊(81)和方位角調整模塊(82)的校正檢測器 (83)，所述的仰角調整模塊(81)能根據仰角變化信號對衛星天線(1)的仰角進行實時校 正，所述的方位角調整模塊(82)能根據方位角變化信號對衛星天線(1)的方位角進行實時 校正。
4.根據權利要求2所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的信號管理模塊 (9)包括LNB電壓選擇模塊(91)、衛星信號解調器(92)、AGC調理電路(93)和高頻頭(94)， 所述的LNB電壓選擇模塊(91)聯接在主控制器(7)和衛星信號解調器(92)之間並能根據 主控制器(7)的控制向衛星信號解調器(92)提供電源且衛星信號解調器(92)能根據主控 制器(7)的控制設置頻率參數並接收特定頻率段的信號強度，所述的高頻頭(94)聯接在衛 星信號解調器(92)和衛星天線(1)之間並由衛星信號解調器(92)供電，所述的AGC調理 電路(93)聯接在主控制器(7)和衛星信號解調器(92)之間並將作為衛星天線(1)姿態調 整判斷依據的電壓信號輸入主控制器(7)。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的 室內子系統⑷包括信息處理器(41)和電壓比較模塊(42)，所述的信息處理器(41)與主 控子系統(3)相聯接，所述的電壓比較模塊(42)聯接在衛星接收機(2)和信息處理器(41) 之間且電壓比較模塊(42)能確定衛星接收機(2)當前輸出電壓並將當前輸出電壓信息輸 送至信息處理器(41)，所述的信息處理器(41)能將衛星接收機(2)當前輸出電壓信息傳遞 給主控子系統(7)並接收主控子系統(3)傳遞過來的衛星天線(1)狀態信息。
6.根據權利要求5所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的信息處理器 (41)上聯接有能指示衛星天線(1)當前工作狀態的指示燈(43)；所述的信息處理器(41) 具有能夠寫入需要跟蹤的衛星下行頻率信息並選擇不同的直播衛星進行跟蹤的在線調試 接口(410)。
7.根據權利要求5所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的室內電源管理 模塊(6)包括能將外接的交流電壓轉換成所需的直流電壓輸出的交流輸入處理單元(61) 和能將外接的直流電壓轉換成所需的直流電壓輸出的直流輸入處理單元(62)。
8.根據權利要求3所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的仰角調整模塊(81)和衛星天線⑴之間還聯接有用於限制衛星天線⑴仰角旋轉幅度的行程控制開關 (84)。
9.根據權利要求8所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的仰角調整模塊 (81)包括依次串聯的仰角控制器(81a)、仰角驅動電路(81b)和仰角調整電機(81c)，所述 的仰角控制器(81a)聯接在主控制器(7)上且能接收主控制器(7)的仰角調整信號，所述 的仰角調整電機(81a)聯接在衛星天線(1)上；所述的方位角調整模塊(82)包括依次串聯 的方位角控制器(82a)、方位角驅動電路(82b)和方位角調整電機(82c)，所述的方位角控 制器(82a)聯接在主控制器(7)上且能接收主控制器(7)的方位角調整信號，所述的方位 角調整電機(82c)聯接在衛星天線(1)上。
10.根據權利要求8或9所述的船載衛星天線控制系統，其特徵在於，所述的校正檢測 器(43)為陀螺儀；所述的仰角調整電機(81c)和方位角調整電機(82c)均為步進電機。
全文摘要
本發明提供了一種船載衛星天線控制系統，屬於通訊技術領域。它解決了現有的用於運動載體的衛星通信天線穩定跟蹤控制系統調整精度不高、數據處理速度慢的問題。本船載衛星天線控制系統，設置在衛星天線和衛星接收機之間，本控制系統包括主控子系統和聯接在主控子系統上的室內子系統，主控子系統與衛星天線相聯接，室內子系統與衛星接收機相聯接，主控子系統包括能為主控子系統提供電源的主控電源管理模塊，室內子系統包括能為室內子系統和上述的主控電源管理模塊提供電源的室內電源管理模塊。本發明具有設計合理、結構簡單、工作穩定性好、具備獨立供電能力等優點。
文檔編號H01Q1/34GK101800358SQ201010138678
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月3日 優先權日2010年4月3日
發明者林瑤萍, 潘海龍, 田懂勳, 鄭偉軍 申請人:浙江中星光電子科技有限公司