一种运动载体信号接收系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种运动载体信号接收系统，包括天线（10）、安装基座（2）、减振器（3）、横滚轴框架（13）、俯仰轴框架（9）、方位轴框架（17）、三组直流无刷力矩电机减速装置、三只压电陀螺仪、三只光电编码器、传感器、位置姿态测量系统等。系统采用俯仰—横滚—方位三轴结构，采用步进跟踪的跟踪方式，并运用嵌入式系统开发技术、驱动与控制一体化技术、多模态智能控制算法，从而实现较高的稳定性与跟踪特性。隔离运动载体对卫星接收天线的扰动，在运动过程中保持卫星天线的稳定指向，以满足用于野外的或长途途中卫星信号接收的需求，特别适用于工作环境复杂的车载系统以及船载系统。
【专利说明】一种运动载体信号接收系统
【技术领域】
[0001]本发明属于航空遥感【技术领域】，具体涉及一种运动载体信号接收系统。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和一些工作的需求，卫星天线越来越多的被用于各种移动的车辆和船只等，但是卫星天线往往由于受到运动载体的扰动而不能很好的接收信号，这就需要一种稳定的卫星跟踪系统。国外的移动卫星跟踪系统大多数都采用三轴稳定体系，且采用高成本高精度光纤陀螺传感器，技术相对成熟，性能稳定，但价格昂贵且核心技术封锁。同时，卫星通信领域关系到国家公共安全和信息安全，不宜在我国大量推广使用国外产品。
[0003]国内在该领域也取得了一些研究成果，国防科技大学开发的天线稳定系统在国内较早使用直接式微机电速率陀螺构成，具备了一定的工程实用价值；中国电子科技集团第39研究所是精密天线系统专业化研究所，其研制的Ku频段车载式卫星通信站，是一种在车载运动状态下能够传输图像、话音、数据信息的移动卫星通信系统。
[0004]但是目前的一些产品都还有一些不足，比如结构复杂、体积庞大和性价比低等。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种运动载体信号接收系统，稳定精度高、系统集成度高、可靠性强、体积小、重量轻，适用于野外的或长途途中卫星信号接收的需求，特别适用于工作环境复杂的车载系统以及船载系统。
[0006]本发明为一种运动载体信号接收系统，包括结构部分、三轴框架驱动部分和控制系统。
[0007]结构部分包括天线10、安装基座2、减振器3、横滚轴框架13、俯仰轴框架9、方位轴框架17。
[0008]三轴框架驱动系统包括三组直流无刷力矩电机减速装置:方位轴电机减速装置23、俯仰轴电机减速装置21、横滚轴电机减速装置16，分别用于三轴框架的驱动。
[0009]控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括三只压电陀螺仪、三只光电编码器、传感器、位置姿态测量系统，控制电路的主电路板安装在运动载体的操作控制台上。
[0010]俯仰轴框架9、横滚轴框架13、方位轴框架17由内向外布置，天线10安装在俯仰轴框架9上。
[0011]方位轴框架17水平段开有U型的豁口，豁口的宽度大于Z轴方向固定轴7的直径，保证转动时不会与固定轴有干涉；方位轴框架沿Z轴安装在带有轴承22的矩形固定架I上，其中矩形固定架I上带有方位轴框架调节螺母4，可以调节方位轴框架17在Y轴方向的长度，以适应不同的需求，方位轴框架17绕Z轴旋转；横滚轴框架13沿X轴安装在方位轴框架17上，绕Y轴旋转；俯仰轴框9架沿Y轴安装在横滚轴框架13上，绕X轴旋转；控制部分根据测量组建提供的信息，驱动电机减速装置输出力矩驱动三轴框架转动，抵消干扰力矩，实现稳定跟踪。[0012]三个光电编码器分别安装在三轴框架的回转轴上，分别采集三个轴的相对转角信息，位置姿态测量系统位于固定基座底部，测量当地水平姿态信息；三只陀螺仪的敏感轴分别安装在三轴框架回转轴的轴线上；控制部分根据测量信息与及定值进行比较，根据比较结果补偿相应的转轴转角。
[0013]三套电机减速系统均采用电机齿轮箱减速系统，三个减速箱输出轴分别装有方位轴传动齿轮25、俯仰轴传动齿轮18、横滚轴传动齿轮15，三轴框架上固定有横滚轴扇齿轮14、俯仰轴齿轮11、方位轴齿轮5，通过啮合方式连接或传动；方位轴减速装置23安装在矩形位于矩形固定架I 一侧的固定架24上，俯仰轴减速装置21安装在横滚轴框架13上，横滚轴减速装置16安装在方位轴框架17上。
[0014]可适用于载体的运动指标为:横摇:±25° (8秒周期)；纵摇:±15° (5秒周期)；方位:2° /秒(5。/秒)。
[0015]本发明的优点在于，本系统采用俯仰、横滚、方位三轴跟踪系统，克服了两轴跟踪产生波束滚动以及补偿加速度过大等缺陷，提高了系统的稳定性与动态跟踪的精度；采用新型高精度驱动与控制一体化技术，使得驱动与控制装置的结构更加紧凑，且具有较强的抗干扰能力；采用多模态智能控制技术，添加智能算法，根据系统不同的模态，施加不同的控制律，实现智能分区闭环控制，克服传动链间隙以及陀螺漂移对跟踪精度的影响，系统同时具有较高的动态性能和稳态性能；整个系统体积更小质量更轻。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是系统轴侧视图 图2是系统俯视图
图3是系统如视图
其中:1.矩形固定架2.安装基座3.减振器4.调节螺母5.方位轴齿轮6.齿轮压片7.Z轴方向轴固定轴8.俯仰轴9.俯仰轴框架10.天线11.俯仰轴齿轮12.横滚轴孔13.横滚轴框架14.横滚轴扇齿轮15.横滚轴传动齿轮16.横滚轴电机减速装置17.方位轴框架18.俯仰轴传动齿轮19.横滚轴20.扇齿轮固定轴21.俯仰轴电机减速装置22.转动轴承23.方位轴电机减速装置24.减速装置固定架25.方位轴传动齿轮(光电编码器、压电陀螺仪、传感器、位置姿态测量系统未列出)
【具体实施方式】
[0017]如图所示本发明运用嵌入式系统技术、计算机控制技术以及智能控制思想，实现方位、俯仰、横滚三轴稳定，方位、俯仰两轴稳定跟踪。
[0018]系统采用嵌入式全自动稳态跟踪技术和驱动与控制一体化技术，电机调速性能好，系统集成度高、可靠性强；系统采用多模态智能控制技术，根据系统不同的模态，添加不同的控制律，使系统同时具有较强的动态性能与稳态性能。
[0019]俯仰一横滚一方位三轴稳定跟踪结构的设计以及电机、传感器等器件的安装位置的设计；采用多模态稳定跟踪控制技术，添加智能算法，保证天线的稳定指向；应用嵌入式稳定跟踪控制器设计技术，形成适宜于本系统的软硬件系统，以保证技术指标的实现。
[0020]在载体静止的情况下一键启动，系统进入到初始对准的过程。之后载体运动，系统进入到稳定跟踪阶段，实现天线稳定指向。
【权利要求】
1.一种运动载体信号接收系统，包括结构部分、三轴框架驱动部分和控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种运动载体信号接收系统，其特征在于:结构部分包括天线(10)、安装基座(2)、减振器(3)、横滚轴框架(13)、俯仰轴框架(9)、方位轴框架(17)。
3.根据权利要求1所述的一种运动载体信号接收系统，其特征在于:三轴框架驱动系统包括三组直流无刷力矩电机减速装置:方位轴电机减速装置(23)、俯仰轴电机减速装置(21)、横滚轴电机减速装置(16)，分别用于三轴框架的驱动。
4.根据权利要求1所述的一种运动载体信号接收系统，其特征在于:控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括三只压电陀螺仪、三只光电编码器、传感器、位置姿态测量系统，控制电路的主电路板安装在运动载体的操作控制台上。
【文档编号】H01Q3/02GK103811870SQ201210459811
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】王也 申请人:上海市闵行区知识产权保护协会