相控阵天线运动控制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相控阵天线运动控制装置及其控制方法，所述相控阵天线运动控制装置包括相控阵天线主体和机械执行单元，所述相控阵天线主体安装在机械执行单元上；所述相控阵天线主体包括天馈单元、控制单元和第一运动传感单元；所述机械执行单元包括天线安装结构和底座，所述底座上设置有第二运动传感单元；所述相控阵天线主体通过天线安装结构安装固定在底座上。本发明专利技术通过机械执行单元的机械调节结合相控阵天线主体的相位调节实现无盲区扫描；相控阵天线主体的电扫描速度快保证跟踪速度；信号捕获的全空域扫描方法和信号跟踪的多次逼近扫描方法，保证了跟踪的实时性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
相控阵天线运动控制装置及其控制方法
本专利技术涉及一种运动控制装置及其控制方法，尤其涉及一种相控阵天线运动控制装置及其控制方法。
技术介绍
低轨通信卫星具有传输延时短、路径损耗小、通信速率高等特点，低轨卫星通信相比静止卫星通信具有较大优势，但是低轨卫星相对地面来说为非静止，且相对地面运动速度大，需要地面通信设备的天线具备快速、实时跟踪卫星的能力，同时为了适应车载、船载、机载等动态载体对卫星通信的需要，地面通信设备还需对载体姿态变化进行补偿以确保天线保持对准卫星。当前的动中通天线一般是基于俯仰-方位型转台的抛物面天线，而转台运动为机械运动，存在跟踪速度慢、有天顶盲区等缺点，当载体姿态变化较大时，可能还会存在扫描盲区。而相控阵天线通过调节相位即可实现天线指向跟踪，速度非常快，指向切换间隔微秒级到毫秒级，但是相控阵天线的调节范围有限，不适用于进行低轨卫星大范围的移动的跟踪。因此，现有技术有待改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种相控阵天线运动控制装置及其控制方法，结合相控阵天线和传统动中通天线的机械运动，实现无扫描盲区的快速跟踪。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种相控阵天线运动控制装置，包括相控阵天线主体和机械执行单元，所述相控阵天线主体安装在机械执行单元上；所述相控阵天线主体包括天馈单元、控制单元和第一运动传感单元；所述机械执行单元包括天线安装结构和底座，所述底座上设置有第二运动传感单元；所述相控阵天线主体通过天线安装结构安装固定在底座上，所述底座设置在移动载体上，所述移动载体为车、船或者飞机；所述天馈单元、第一运动传感单元、第二运动传感单元、机械执行单元与控制单元电连接。进一步的，所述天馈单元用于发射和接收对星通信的电磁波，所述控制单元通过天馈单元接收的电磁能量信息控制机械执行单元调整相控阵天线主体的姿态和方位，同时控制天馈单元调节相位，进一步调节相控阵天线主体的指向；所述第一运动传感单元和第二运动传感单元反馈相控阵天线主体和移动载体的实时状态信息到控制单元。进一步的，所述第一运动传感单元和第二运动传感单元都包括三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪；所述第一运动传感单元检测相控阵天线主体的实时姿态和方位信息，所述第二运动传感单元检测移动载体的实时姿态和方位信息。进一步的，所述机械执行单元的天线安装结构包括小型俯仰-方位型转台，所述天线安装结构带动相控阵天线主体相对于底座和移动载体进行俯仰运动和水平方位的旋转运动；所述相控阵天线主体俯仰运动角度范围为0-90°，所述相控阵天线主体水平方位的旋转运动的角度范围为0-360°。本专利技术为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种相控阵天线运动控制装置的控制方法，包括如下步骤：S1:全空域扫描搜索卫星信号，记录信号能量最强方位，即为卫星的方位；S2:控制单元控制机械执行单元调整相控阵天线主体的姿态和方位，使得最强方位落入相控阵天线电扫描范围；S3:控制单位对天馈系统进行相位控制，使天线波束对准卫星的方位，实现卫星信号捕获；S4：随着卫星和移动载体的运动，采用多次逼近扫描对前一时刻的卫星方位的附近空域进行扫描，协调控制机械执行单元或天线相位，使得相控阵天线波束始终指向电磁能量最强信号方位，实现卫星信号跟踪和锁定。进一步的，所述步骤S1中全空域扫描包括下步骤：S11：将天空空域划分成多个方格分区；S12：对位于相控阵天线电扫描区域内的方格分区进行电扫描；S13：对位于相控阵天线电扫描区域外的方格分区，控制单元控制机械执行单元调节俯仰角度和方位角度进行机械扫描，使原来位于相控阵天线电扫描区域外的方格分区转变为相控阵天线电扫描区域内的方格分区；S14：重复步骤S32-S33直到完成附近空域所有方格分区的扫描；S15：控制单元对扫描得到的电磁能量进行比较，能量值最大的方格为信号最强方格，即为卫星所在方位。进一步的，所述电扫描是指天馈单元通过调节相位改变天线波束指向，对电扫描区域的各个方格分区的电磁能量的扫描；所述机械扫描是指机械执行单元通过调节俯仰角和方位角度改变天线主体姿态，继而改变电扫描区域；所述天馈单元进行电扫描的范围为±60°的圆锥形空域，所述电扫描区域为圆锥形空域投射到空域的圆形区域，所述电扫描区域为发射或接收电磁波波束的的范围。进一步的，所述电扫描采用遍历的方式对电扫描区域的各个方格分区的电磁能量进行扫描，遍历的方式为从中心点向外旋转的方式，或者为蛇形逐列/逐行的方式。进一步的，所述步骤S4中多次逼近扫描具体包括：S41：随着卫星和移动载体的运动，为连续跟踪卫星信号，对前一时刻的卫星方位作为中心点的附近空域进行电扫描，附近空域的范围大小的根据卫星运动速度和载体运动速度确定；S42：对附近空域所确定的圆形区域的上、下、左、右四个方向各进行一次电扫描；S43：控制单元对扫描得到的电磁能量进行比较，确认能量值最大的方位，并将该方位作为新的中心点，并对其附近空域进行电扫描；S44：当附近空域超出电扫描范围时，机械执行单元调节俯仰角度和方位角度改变相控阵天线主体姿态，使附近空域全部落入电扫描范围；S45：重复步骤S42-S44直到找到能量最大的方位，即为卫星当前时刻所在方位。进一步的，在实现卫星初始信号捕获的全空域扫描和实现卫星信号跟踪和锁定的多次逼近扫描中，所述移动载体发生抖动、运动方向变化或者姿态变化时，第二运动传感单元将测量的移动载体的实时姿态和方位信息传输给控制单元，控制单元计算得到相控阵天线主体需要补偿的姿态角和方位角，并通过天馈单元进行相位调整对相控阵波束指向进行补偿，当控制单元计算的补偿姿态角和方位角超出电扫描范围时，由机械执行单元调节俯仰角度和方位角度对超出的部分进行补偿。本专利技术对比现有技术有如下的有益效果：本专利技术提供的相控阵天线运动控制装置及其控制方法，通过机械执行单元的机械调节结合相控阵天线主体的相位调节实现无盲区扫描；相控阵天线主体的电扫描速度快保证跟踪速度；通过第一运动传感单元反馈相控阵天线主体的俯仰角度和方位角度，实现机械调节的闭环控制；通过第二运动传感单元将测量的移动载体的实时姿态和方位信息进行相控阵天线主体的姿态补偿，保证了跟踪的准确性；信号捕获的全空域扫描方法和信号跟踪的多次逼近扫描方法，保证了跟踪的实时性和准确性。附图说明图1为本专利技术实施例中相控阵天线运动控制装置架构图；图2为本专利技术实施例中空域划分和扫描范围示意图；图3为本专利技术实施例中旋转遍历电扫描示意图；图4为本专利技术实施例中蛇形逐列遍历电扫描示意图；图5为本专利技术实施例中多次逼近扫描示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。图1为本专利技术实施例中相控阵天线运动控制装置架构图。请参见图1，本专利技术实施例的相控阵天线运动控制装置，包括相控阵天线主体和机械执行单元，所述相控阵天线主体安装在机械执行单元上；所述相控阵天线主体包括天馈单元、控制单元和第一运动传感单元；所述机械执行单元包括天线安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵天线运动控制装置，其特征在于，包括相控阵天线主体和机械执行单元，所述相控阵天线主体安装在机械执行单元上；所述相控阵天线主体包括天馈单元、控制单元和第一运动传感单元；所述机械执行单元包括天线安装结构和底座，所述底座上设置有第二运动传感单元；所述相控阵天线主体通过天线安装结构安装固定在底座上，所述底座设置在移动载体上，所述移动载体为车、船或者飞机；所述天馈单元、第一运动传感单元、第二运动传感单元、机械执行单元与控制单元电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种相控阵天线运动控制装置，其特征在于，包括相控阵天线主体和机械执行单元，所述相控阵天线主体安装在机械执行单元上；所述相控阵天线主体包括天馈单元、控制单元和第一运动传感单元；所述机械执行单元包括天线安装结构和底座，所述底座上设置有第二运动传感单元；所述相控阵天线主体通过天线安装结构安装固定在底座上，所述底座设置在移动载体上，所述移动载体为车、船或者飞机；所述天馈单元、第一运动传感单元、第二运动传感单元、机械执行单元与控制单元电连接。


2.如权利要求1所述的相控阵天线运动控制装置，其特征在于，所述天馈单元用于发射和接收对星通信的电磁波，所述控制单元通过天馈单元接收的电磁能量信息控制机械执行单元调整相控阵天线主体的姿态和方位，同时控制天馈单元调节相位，进一步调节相控阵天线主体的指向；所述第一运动传感单元和第二运动传感单元反馈相控阵天线主体和移动载体的实时状态信息到控制单元。


3.如权利要求2所述的相控阵天线运动控制装置，其特征在于，所述第一运动传感单元和第二运动传感单元都包括三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪；所述第一运动传感单元检测相控阵天线主体的实时姿态和方位信息，所述第二运动传感单元检测移动载体的实时姿态和方位信息。


4.如权利要求2所述的相控阵天线运动控制装置，其特征在于，所述机械执行单元的天线安装结构包括小型俯仰-方位型转台，所述天线安装结构带动相控阵天线主体相对于底座和移动载体进行俯仰运动和水平方位的旋转运动；所述相控阵天线主体俯仰运动角度范围为0-90°，所述相控阵天线主体水平方位的旋转运动的角度范围为0-360°。


5.一种相控阵天线运动控制装置的控制方法，采用如权利要求1-4任一项所述的相控阵天线运动控制装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1:全空域扫描搜索卫星信号，记录信号能量最强方位，即为卫星的方位；
S2:控制单元控制机械执行单元调整相控阵天线主体的姿态和方位，使得最强方位落入相控阵天线电扫描范围；
S3:控制单位对天馈系统进行相位控制，使天线波束对准卫星的方位，实现卫星信号捕获；
S4：随着卫星和移动载体的运动，采用多次逼近扫描对前一时刻的卫星方位的附近空域进行扫描，协调控制机械执行单元或天线相位，使得相控阵天线波束始终指向电磁能量最强信号方位，实现卫星信号跟踪和锁定。


6.如权利要求5所述的相控阵天线运动控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中全空域扫描包括下步骤：
S11：将天空空域划分成多个方格分区；
S12：对位于相控阵天线电扫描区域内的方格分区进...

【专利技术属性】
技术研发人员：许幼成，
申请(专利权)人：上海埃威航空电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31