一种适应极高海况的方位-交叉-俯仰型座架系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适应极高海况的方位

【技术实现步骤摘要】
一种适应极高海况的方位
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交叉
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俯仰型座架系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信天线领域，特别是指一种能够实现极高海况下稳定跟星的船载三轴卫通天线。

技术介绍

[0002]小型船舶在远洋航行时其船摇条件相较中大型船舶要恶劣得多，安装在其上的卫星通信天线在工作时为了保证通信链路的稳定链接，其需克服大摇摆幅值、短摇摆周期船摇干扰的影响。随着我国对小型船舶远洋航行的需要，极高海况下稳定跟星技术的研究势在必行。
[0003]船载同步卫星通信天线在正常工作过程中，需要保证天线波束指向实时对准目标卫星，以保证通讯链路的可靠链接。首先，天线系统需要根据舰艇的当前地理位置以及目标卫星的经度计算出目标卫星的理论指向地理角。其次，再根据舰艇自身的航向、横摇、纵摇数据计算出当前座架形式天线的目标甲板角，从而驱动天线最终准确指向目标星。这其中最为关键的就是对天线座架形式的选择，不恰当的座架形式会影响天线的工作效率，从而无法满足正常的使用需求。其中最常用的座架形式有两轴和三轴座架，其中两轴座架以方位
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俯仰型座架为主，而三轴座架以方位
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俯仰
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交叉型最为常见，但该两型座架均无法满足极高海况的应用需求。
[0004]具体来说，现有的方位
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俯仰型座架存在以下不足：
[0005]方位
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俯仰型座架存在过顶跟踪失效问题。该型舰艇在航行过程中会靠近赤道，当目标卫星处于高仰角或过顶时会因为方位轴无法快速跟踪而导致通信链路中断。
[0006]现有的方位
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俯仰
‑
交叉型座架存在以下不足：
[0007]1)交叉轴运动范围很难做大。由于本专利技术中舰艇吨位小、舰艇工作海域海况差等原因影响，舰艇在工作海域航行时会经受较大幅值船摇，交叉轴在高仰角时需要具备较大运动范围才可隔离船体摇摆保证准确指向，这样会导致结构设计复杂，可靠性下降；
[0008]2)座架结构强度低，结构谐振频率低。本专利技术中舰艇吨位小、舰艇工作海域海况差等原因影响，舰艇在工作海域航行时其摇摆周期会显著缩短，这就需要天线的伺服带宽做到较高水平，否则无法快速响应。但结构谐振频率水平直接决定了该型座架天线无法将伺服带宽做到足够高，故该型天线存在致命缺点，无法保证天线通信不中断。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于避免上述常规座架形式存在的不足而提供一种适应极高海况的方位
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交叉
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俯仰型座架系统，该系统能够实现极高海况下的稳定跟星，具有结构设计简单和高可靠性等特点。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0011]一种适应极高海况的方位
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交叉
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俯仰型座架系统，包括方位
‑
交叉
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俯仰型座架，该座架上安装有驱动各轴转动的电机，控制电机转动的驱动器，采集方位、交叉和俯仰轴轴
角信息的编码器，以及接收驱动器信息、编码器信息、导航信息的控制器；编码器采集到各轴轴角编码信息后上报至驱动器，驱动器将收到的编码信息经过解析处理后以CAN消息形式上报给控制器，作为各轴的反馈量；控制器的工作方式为：
[0012]控制器接收导航系统上报的导航信息，包括舰艇的经度、纬度信息，横摇、纵摇以及航向信息；
[0013]当控制器接收到站监控发来的跟踪指令时，控制器将目标星信息、舰艇经纬度信息作为输入，计算出当前目标星的理论地理角：
[0014][0015][0016]式中，
[0017]A：目标星方位理论角；
[0018]E：目标星俯仰理论角；
[0019]舰艇纬度；
[0020]λ：目标星的经度；
[0021]λ
s
：舰艇经度；
[0022]R
e
：地球半径；
[0023]h：目标星距离地面高度；
[0024]控制器依据当前舰艇的航向、横摇、纵摇信息，采用优化后的逆运动学方程计算出指向目标星的目标甲板角信息；
[0025]控制器将所述目标甲板角信息作为输入，将驱动器上报的各轴轴角信息作为反馈，依据控制律计算出满足设计需求的控制量；
[0026]控制器将所述控制量发送给驱动器，驱动器驱动相应电机转动到位，从而使天线指向目标星。
[0027]进一步地，所述编码器为增量式光电编码器，其线数为500，总码数为2000。
[0028]进一步地，所述方位
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交叉
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俯仰型座架的方位轴和交叉轴正交。
[0029]进一步地，方位
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交叉
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俯仰型座架的方位轴采用滑环结构，保证方位轴转动的连续性。
[0030]进一步地，优化后的逆运动学方程为：
[0031][0032][0033]如果则
[0034][0035]式中，
[0036]A
g
：天线指向目标的方位大地角；
[0037]E
g
：天线指向目标的俯仰大地角；
[0038]k：天线引导惯导给出的船航向；
[0039]p：天线引导惯导给出的船体纵摇角；
[0040]r：天线引导惯导给出的船体横摇角；
[0041]A
j
：惯导甲板坐标系下的方位甲板角，天线指向船艏为零，顶视顺转角度增加；
[0042]E
j
：惯导甲板坐标系下的俯仰甲板角，天线指向甲板平面时为零，指向船桅时为90
°
；
[0043]C
j
：惯导甲板坐标系下的交叉甲板角，方位为零，俯仰为90
°
，天线指向船桅为零，偏向右舷为正。
[0044]本专利技术相比现有技术具有如下优点：
[0045]1、本专利技术采用方位
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交叉
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俯仰三轴座架形式，可有效克服高仰角以及过顶跟踪问题，确保通信链路不会因指向滞后而中断，提高了通信系统正常运行的可靠性。
[0046]2、本专利技术采用了方位
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交叉
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俯仰三轴座架形式，交叉轴运动范围大，可轻易满足系统所需，大大降低了对结构设计的要求，并且提高了系统的可靠性，降低了成本。
[0047]3、本专利技术采用了方位
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交叉
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俯仰三轴座架形式，结构强度高，结构谐振频率高，从而保证了伺服带宽可以做到很高，足以适应短周期的摇摆需求，进而保证天线通信不中断。
附图说明
[0048]图1是本专利技术实施例中天线控制系统的原理框图。
[0049]图2是本专利技术实施例中方位
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交叉
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俯仰型座架系统的机械结构图。
具体实施方式
[0050]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应极高海况的方位
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交叉
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俯仰型座架系统，其特征在于，包括方位
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交叉
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俯仰型座架，该座架上安装有驱动各轴转动的电机，控制电机转动的驱动器，采集方位、交叉和俯仰轴轴角信息的编码器，以及接收驱动器信息、编码器信息、导航信息的控制器；编码器采集到各轴轴角编码信息后上报至驱动器，驱动器将收到的编码信息经过解析处理后以CAN消息形式上报给控制器，作为各轴的反馈量；控制器的工作方式为：控制器接收导航系统上报的导航信息，包括舰艇的经度、纬度信息，横摇、纵摇以及航向信息；当控制器接收到站监控发来的跟踪指令时，控制器将目标星信息、舰艇经纬度信息作为输入，计算出当前目标星的理论地理角：为输入，计算出当前目标星的理论地理角：式中，A：目标星方位理论角；E：目标星俯仰理论角；舰艇纬度；λ：目标星的经度；λ
s
：舰艇经度；R
e
：地球半径；h：目标星距离地面高度；控制器依据当前舰艇的航向、横摇、纵摇信息，采用优化后的逆运动学方程计算出指向目标星的目标甲板角信息；控制器将所述目标甲板角信息作为输入，将驱动器上报的各轴轴角信息作为反馈，依据控制律计算出满足设计需求的控制量；控制器将所述控制量发送给驱动器，驱动器驱动相应电机转动到位，从而使天线指向目标星。2.根据权利要求1所述的一种适应极高海况的方位
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交叉
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俯仰型座架系统，其特征在于，所述编码器为增量式光电编码器，其线数为500，总码数为200...

【专利技术属性】
技术研发人员：麻召普，刘昕，耿大孝，张立军，张硕，王小宇，李洪强，马吉文，李熙，田景兵，米宏伟，任金泉，闫少雄，张振江，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：