專利名稱：一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種在海上船與船之間進(jìn)行定向通信，和船載速率陀螺穩(wěn)定平臺及伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]目前，海上船載天線穩(wěn)定平臺窄波束定向通信系統(tǒng)一般都是一端移動(搖擺和航行)，另一端相對固定，比如船站對地球同步衛(wèi)星，船站對岸站，船站對軌道預(yù)知的低軌道衛(wèi)星等等。其中關(guān)鍵是衛(wèi)星有“全向”的相對穩(wěn)定的信標(biāo)信號，以提供自跟蹤誤差基準(zhǔn)信號。 而船站對船站沒有被跟蹤的信標(biāo)信號，因為發(fā)信標(biāo)的設(shè)備也在搖擺，也希望從對方的到相對穩(wěn)定的被跟蹤信標(biāo)信號，這樣，船站對船站的自跟蹤在理論上和實踐中，都成為了幾乎無法逾越的難題。沒有了自跟蹤，只靠開環(huán)引導(dǎo)，則平臺系統(tǒng)的積累誤差，引導(dǎo)數(shù)據(jù)的計算誤差等，導(dǎo)致天線指向無法得到長期自穩(wěn)定。實用新型內(nèi)容[0003]本實用新型的目的就在于提供一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)，其解決船站與船站之間的對準(zhǔn)和互相鎖 定問題，又避開了空間信號自跟蹤的原理性缺陷，克服靠開環(huán)引導(dǎo)帶來的不足等問題。[0004]本實用新型的技術(shù)方案為[0005]本實用新型一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)包括陀螺穩(wěn)定平臺部分和目標(biāo)貓準(zhǔn)系統(tǒng)部分；所述陀螺穩(wěn)定平臺部分包括天線、天線轉(zhuǎn)臺、天線轉(zhuǎn)臺配套的天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)；所述目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分包括基于GPS的LOS系統(tǒng)(中文譯名為目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，一下簡稱LOS-GPS系統(tǒng))和HF/UHF電臺；所述天線裝配在天線轉(zhuǎn)臺上，所述基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝置裝配在天線的頂部，天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)、基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝置、HF/UHF電臺通過基于GPS的LOS系統(tǒng)配套的LOS轉(zhuǎn)接盒連接。[0006]上述船載天線轉(zhuǎn)臺通常有兩軸或三軸(軸指的是速率陀螺)結(jié)構(gòu)的，本實用新型采用兩軸結(jié)構(gòu)的即所述天線轉(zhuǎn)臺為方位俯仰式座架，采用裝配有兩個互相垂直的速率陀螺為慣性穩(wěn)定原件的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成自身穩(wěn)定平臺。[0007]本實用新型系統(tǒng)的工作原理是本系統(tǒng)主要由天線、天線轉(zhuǎn)臺、天線轉(zhuǎn)臺控制器、 計算機(jī)等，組成陀螺穩(wěn)定平臺；由基于GPS的LOS系統(tǒng)、HF/UHF電臺，通過RS232接口，組成目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)；由天線控制器和工業(yè)控制計算機(jī)來引導(dǎo)控制天線指向目標(biāo)船的另一套通信天線，以完成通信任務(wù)。使用時由兩船之間由兩套相同的設(shè)備系統(tǒng)組成對通系統(tǒng)。[0008]船載陀螺穩(wěn)定平臺的工作原理是，方位_俯仰式座架的兩軸可以控制天線指向覆蓋整個天域空間。對應(yīng)每個轉(zhuǎn)動軸都有一個驅(qū)動電機(jī)速率陀螺，陀螺敏感本軸受到的船搖干擾分量，搖擺信號以負(fù)反饋的方式饋送給天線控制器，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)處理，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)，轉(zhuǎn)動天線軸，克服船的搖擺，保持該軸在慣性空間的指向穩(wěn)定。以上指向穩(wěn)定是天線方位和俯仰的穩(wěn)定，而船的搖擺還會造成天線沿指向軸的滾動，對于圓極化天線來說，這一滾動不造成天線輻射信號的變化，所以不設(shè)第三軸，只用方位、俯仰兩個穩(wěn)定軸來穩(wěn)定天線波束的指向。[0009]為了克服速率陀螺的漂移，保持天線空間指向位置的穩(wěn)定，系統(tǒng)需要提供方位和水平基準(zhǔn)。水平基準(zhǔn)由LOS-GPS內(nèi)裝的傾斜傳感器給出，相對真北的方位基準(zhǔn)，亦即航向信號由基于GPS的LOS瞄準(zhǔn)系統(tǒng)給出。LOS-GPS瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的基本原理是雙天線GPS。[0010]速率陀螺反饋穩(wěn)定環(huán)路基本隔離了船的搖擺，方位和水平穩(wěn)定環(huán)路保持了天線的指向不受船搖和航向變化的影響，而天線的指向還必須被控制、引導(dǎo)指向通信對方，才能構(gòu)成雙向的通信鏈路。[0011]天線的指向角是靠GPS的定位信息計算的，兩船之間靠電臺將本船的GPS數(shù)據(jù)傳給對方，由兩船的定位數(shù)據(jù)計算本船天線指向通信對方的方位角和俯仰角，這一功能是靠 LOS系統(tǒng)完成的。LOS-GPS系統(tǒng)計算出的指向目標(biāo)所需的方位角和俯仰角數(shù)據(jù)，通過無線 VHF/UHF電臺，不斷地饋給位置環(huán)引導(dǎo)輸入端，(刷新頻率不小于1Hz)。這一功能的實施，實際上就實現(xiàn)了目標(biāo)引導(dǎo)閉環(huán)控制自跟蹤功能。當(dāng)需將天線轉(zhuǎn)動某一指向時，只須通過計算機(jī)將該指向作為目標(biāo)數(shù)據(jù)饋給位置環(huán)引導(dǎo)輸入端即可。本實用新型的有益效果為[0013]本系統(tǒng)的技術(shù)方案特點是采用方位俯仰式兩軸座架(針對圓極化天線)，兩軸速率陀螺穩(wěn)定環(huán)路隔離船搖擺干擾。用基于GPS的LOS系統(tǒng)的設(shè)備主體置于天線上構(gòu)成位置閉環(huán)，用于克服速率陀螺的漂移和其他因素的干擾，實現(xiàn)天線空間指向的穩(wěn)定。用無線VHF/ UHF電臺引導(dǎo)天線指向?qū)Ψ酱灸繕?biāo)，實現(xiàn)兩船通信天線的波束對準(zhǔn)進(jìn)行通信。[0014]本系統(tǒng)勿需自跟蹤，則不需被穩(wěn)定天線天線系統(tǒng)給出自跟蹤信號，與天線的通信信道完全獨立，因此天線可以做的很簡單，省去了跟蹤接收機(jī)；采用了 LOS測向設(shè)備，省去了自整角(對軸角的發(fā)送接收)和軸角角度編碼器；本系統(tǒng)還勿需航船提供航向引導(dǎo)，更加強(qiáng)了系統(tǒng)的獨立性，擴(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。[0015]本實用新型的優(yōu)點是實現(xiàn)了海面上船對船的大容量視距通信。簡化了諸多設(shè)備使系統(tǒng)簡單可靠。不需要航向引導(dǎo)，簡化了系統(tǒng)對航船導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴性，獨立性好。如果每條船上安裝兩套系統(tǒng)，分別對準(zhǔn)兩個目標(biāo)船，則可實現(xiàn)船隊之間的組網(wǎng)通信。這種設(shè)計在國內(nèi)、國外均屬首次。


[0016]圖I是本實用新型實施例系統(tǒng)組成與設(shè)備連接示意圖。[0017]圖2是本實用新型實施例系統(tǒng)工作原理示意框圖。
具體實施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明[0019]如附圖1、2所示本實用新型實施例一種船對船海上定向通信和穩(wěn)定天線平臺伺服系統(tǒng)本實用新型一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)包括陀螺穩(wěn)定平臺部分和目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分；所述陀螺穩(wěn)定平臺部分包括天線、天線轉(zhuǎn)臺、天線轉(zhuǎn)臺配套的天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)；所述目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分包括基于GPS的LOS系統(tǒng)(中文譯名為目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng))和 HF/UHF電臺；所述天線裝配在天線轉(zhuǎn)臺上,所述基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝配在天線的頂部，天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)、基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體、HF/UHF電臺通過基于GPS的 LOS系統(tǒng)配套的LOS轉(zhuǎn)接盒連接；所述天線轉(zhuǎn)臺為方位俯仰式座架，采用裝配有兩個互相垂直的速率陀螺為慣性穩(wěn)定原件的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成自身穩(wěn)定平臺。[0020]本實用新型所述基于GPS的LOS系統(tǒng)，是指一種最早由荷蘭一家公司開發(fā)的一種船對船之間進(jìn)行目標(biāo)瞄準(zhǔn)的系列產(chǎn)品，一般內(nèi)裝傾斜傳感器。[0021]本實用新型實施例所述天線座架采用方位俯仰A-E式兩軸座架,天線安裝平面內(nèi)裝配兩個互相垂直的角速率傳感器——速率陀螺為慣性穩(wěn)定原件，構(gòu)成自身穩(wěn)定平臺，敏感軸分別對應(yīng)天線指向的俯仰軸和方位軸。A向陀螺裝在天線背面E軸之內(nèi)，只有在E軸仰角為零時才與座架A軸重合。E軸仰角不為零時，A向陀螺敏感軸與座架A軸有一坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系(天線坐標(biāo)-甲板坐標(biāo))，座架A軸向天線A向轉(zhuǎn)換關(guān)系為1/cos a。本系統(tǒng)工作限定為船對船低仰角范圍，忽略坐標(biāo)變換系數(shù)影響。[0022]船載天線必須對船體姿態(tài)變化的影響進(jìn)行隔離，所以，在天線上安裝兩只陀螺，一只與俯仰對應(yīng)，另一只與方位對應(yīng)。船體的搖擺由陀螺所敏感，陀螺的輸出信號送入控制電路并驅(qū)動電機(jī)使天線向船搖相反的方向轉(zhuǎn)動，從而消除船搖擺對軸向的影響，構(gòu)成捷聯(lián)式角速率穩(wěn)定座架平臺，保證天線的指向不受船搖擺的影響。[0023]角速率穩(wěn)定的誤差積累、速率陀螺的零位漂移、力矩干擾等，均會造成角位置誤差，需要通過位置傳感器構(gòu)成位置穩(wěn)定環(huán)路，穩(wěn)定天線的指向角位置。[0024]本系統(tǒng)方案方位和水平傳感器分別采用LOS與傾角傳感器，作為空間角位置傳感器，實現(xiàn)天線指向空間角位置的穩(wěn)定。[0025]速率陀螺反饋穩(wěn)定環(huán)路基本隔離了船的搖擺，方位和水平穩(wěn)定環(huán)路保持了天線的指向不受船搖和航向變化的影響，而天線的指向還必須被控制、引導(dǎo)指向通信對方，才能構(gòu)成雙向的通信鏈路。[0026]本方案的系統(tǒng)配置特點是，方位俯仰兩個軸的所有傳感元件，包括兩個角速度傳感器_速率陀螺，水平傳感器_傾斜儀，真方位角位置傳感器_雙天線GPS-L0S，均一體安裝于天線上。也就是說這些慣性傳感器敏感測得的天線指向數(shù)據(jù)全部為慣性空間坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間勿需坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。[0027]天線的指向角是靠GPS的定位信息計算的，兩船之間靠電臺將本船的GPS數(shù)據(jù)傳給對方，由兩船的定位數(shù)據(jù)計算本船天線指向通信對方的方位角和俯仰角，這一功能是靠 LOS系統(tǒng)完成的。LOS-GPS系統(tǒng)組成與連接工作關(guān)系如上圖4所示。計算出的指向目標(biāo)所需的方位角和俯仰角數(shù)據(jù)不斷地饋給位置環(huán)引導(dǎo)輸入端，(刷新頻率不小于1Hz)。這一功能的實施，實際上就實現(xiàn)了目標(biāo)引導(dǎo)閉環(huán)控制自跟蹤功能。當(dāng)需將天線轉(zhuǎn)動某一指向時，只須通過計算機(jī)將該指向作為目標(biāo)數(shù)據(jù)饋給位置環(huán)引導(dǎo)輸入端即可。[0028]對于方位位置回路，為了抑制GPS輸出數(shù)字量的跳變，位置環(huán)帶寬不能調(diào)寬，而窄帶位置環(huán)在跟蹤目標(biāo)較快移動時會產(chǎn)生較大的動態(tài)跟蹤誤差，所以要考慮前饋補(bǔ)償環(huán)路。[0029]在使用中，首先按附圖I把L0S、天線、兩軸座架轉(zhuǎn)臺安裝連接起來，通過圓法蘭板安裝在甲板上；[0030]按附圖2把LOS、天線轉(zhuǎn)臺、天線轉(zhuǎn)臺控制器、LOS轉(zhuǎn)接盒、計算機(jī)、VHF/UHF電臺等設(shè)備由RS232串口連接起來。LOS設(shè)備按照其設(shè)備規(guī)定安裝于天線上以構(gòu)成位置閉環(huán)。[0031]天線轉(zhuǎn)臺是兩軸座架速率陀螺穩(wěn)定平臺，如附圖2所示，每個軸陀螺穩(wěn)定與跟蹤5控制形成一個回路。在俯仰回路中，在計算機(jī)中，指令信號與LOS水平傳感器的仰角信號相比較，差值信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，再通過位置環(huán)電路放大整形微積分調(diào)節(jié)后，與陀螺輸出信號比較，將差值信號饋給陀螺環(huán)電路，經(jīng)放大整形微積分調(diào)節(jié)，饋給驅(qū)動器，驅(qū)動器輸出功率信號驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動天線俯仰軸改變天線俯仰。改變后的俯仰信號再經(jīng)LOS水平傳感器輸出反饋給計算機(jī)，再與指令信號相比較，產(chǎn)生新的差值信號，周而復(fù)始，形成閉環(huán)負(fù)反饋回路。方位回路原理與上述過程相同。在系統(tǒng)調(diào)試時，先調(diào)整陀螺穩(wěn)定環(huán)路，環(huán)路的設(shè)計與實施屬于自動控制的成熟技術(shù)，一般的自動控制專業(yè)技術(shù)人員都能進(jìn)行設(shè)計與實施。在陀螺穩(wěn)定環(huán)路正常的基礎(chǔ)上再調(diào)整LOS位置穩(wěn)定環(huán)路，調(diào)整時(包括在船甲板上工作時)要保證LOS天頂區(qū)域有開闊的導(dǎo)航衛(wèi)星信號接受環(huán)境，即起碼要同時接受4個或4個以上的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。與目標(biāo)船對通時，需要在視距范圍，即30 40公里。VHF/UHF電臺功率按50 公里選擇。
權(quán)利要求1.一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)，其特征在于其包括陀螺穩(wěn)定平臺部分和目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分；所述陀螺穩(wěn)定平臺部分包括天線、天線轉(zhuǎn)臺、天線轉(zhuǎn)臺配套的天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)；所述目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分包括基于GPS的LOS系統(tǒng)和HF/UHF電臺；所述天線裝配在天線轉(zhuǎn)臺上，所述基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝置裝配在天線的頂部，天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)、基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝置、HF/UHF電臺通過基于GPS的LOS系統(tǒng)配套的 LOS轉(zhuǎn)接盒連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)，其特征在于所述天線轉(zhuǎn)臺為方位俯仰式座架，采用裝配有兩個互相垂直的速率陀螺為慣性穩(wěn)定原件的結(jié)構(gòu)， 構(gòu)成自身穩(wěn)定平臺。
專利摘要本實用新型涉及一種在海上船與船之間進(jìn)行定向通信，和船載速率陀螺穩(wěn)定平臺及伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種船載天線穩(wěn)定平臺定向通信系統(tǒng)。其包括陀螺穩(wěn)定平臺部分和目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分；所述陀螺穩(wěn)定平臺部分包括天線、天線轉(zhuǎn)臺、天線轉(zhuǎn)臺配套的天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)；所述目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)部分包括基于GPS的LOS系統(tǒng)(中文譯名為目標(biāo)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，一下簡稱LOS-GPS系統(tǒng))和HF/UHF電臺；所述天線裝配在天線轉(zhuǎn)臺上，所述基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝置裝配在天線的頂部，天線轉(zhuǎn)臺控制器、計算機(jī)、基于GPS的LOS系統(tǒng)的主體裝置、HF/UHF電臺通過基于GPS的LOS系統(tǒng)配套的LOS轉(zhuǎn)接盒連接。本實用新型解決船站與船站之間的對準(zhǔn)和互相鎖定問題，又避開了空間信號自跟蹤的原理性缺陷，克服靠開環(huán)引導(dǎo)帶來的不足等問題。
文檔編號H01Q3/08GK202737105SQ201220158030
公開日2013年2月13日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者王玖珍 申請人:河北威賽特科技有限公司