专利名称：基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于射电天文学控制天线自动跟踪太阳领域，涉及一种北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置。
背景技术：
太阳射电天文学就是利用太阳射电望远镜来观测研究太阳的射电辐射，并结合太阳的其它电磁波辐射的资料，而进一步揭示太阳物理本质的一门自然科学。太阳射电爆发时，有时伴随的耀斑爆发及磁暴等对无线电波传播影响很大，所引起的电离层闪烁影响雷达的作用距离和成像精度，严重的电离层闪烁可引起雷达信号的中断。由太阳扰动引发的“空间天气和气候”的问题，有可能给空间和地面的技术系统包括雷达、通信、导航系统带来严重的威胁，甚至造成巨大的影响和损失，太阳射电频谱仪是研究太阳射电在各频段爆发的频谱形态和变化特征，以及探讨太阳射电爆发机制的重要设备，为预测太阳黑子活动以及积累太阳活动对电离层的影响提供大量基础数据，对人类研究太阳事业有重要意义。显而易见，研究并设计精确的太阳射电望远镜自动跟踪装置，是观测太阳活动、研究太阳物理本质的如提基础。在现有的太阳射电望远镜跟踪系统中，跟踪装置主要是以光电传感器的感光特性为基础，实现对太阳的跟踪。但该装置对光强较为敏感，易受干扰光影响，环境适应性差，容易导致对跟踪对象的定位误差。 也有一些装置采用的跟踪方法是根据当前时间和当地经纬度计算太阳位置，从而控制天线运动以实现对太阳的跟踪。但该方法需要的当前时间信息一般由系统时钟提供，而系统时钟有可能被篡改或出现自身误差甚至错误，从而影响跟踪系统的定位精度；同时，当地的经纬度信息需要人为输入，其精度不够精确且有输入错误的可能性，导致定位错误。而且，当在不同的地方进行观测时，需要重新输入此信息，增加了人工操作的复杂性。北斗卫星导航系统是中国自行研制的覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70° 140°，北纬5°飞5°。系统由空间端、地面端和用户端组成，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。因此，需要一种新的太阳射电望远镜跟踪装置以解决上述问题。
实用新型内容实用新型目的:本实用新型针对现有技术中太阳射电望远镜跟踪装置的缺陷，提供一种基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置。技术方案:为解决上述技术问题，本实用新型的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置采用如下技术方案:一种基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，包括天线、天线转台、北斗卫星接收模块、太阳跟踪控制器、电机驱动模块、射电接收机和显示装置，所述北斗卫星接收模块通过卫星通信获取授时信息和位置信息，并将所述授时信息和位置信息传送给所述太阳跟踪控制器；所述太阳跟踪控制器根据所述授时信息和位置信息获取当前时间和当地经纬度，从而得到太阳的当前位置；所述电机驱动模块根据太阳的当前位置驱动所述天线转台转动，所述天线设置在所述天线转台上；所述射电接收机连接所述天线，所述太阳跟踪控制器和所述射电接收机均连接所述显示装置。其中，显示装置提供一个友好的界面，方便用户在室内即可对射电望远镜的工作状况(包括射电接收机上传的数据和天线的当前位置等)进行监控。其中，显示装置可以是电脑。太阳跟踪控制器负责从北斗卫星接收模块处获取当前时间和当地经纬度，利用天文学知识，可以计算出太阳的在水平坐标系下的俯仰角和方位角，从而得到太阳的当前位置，根据此位置，太阳跟踪控制器控制所述电机驱动模块驱动电机转动，带动天线到达目标位置。更进一步的，所述天线为抛物面天线。所述抛物面天线与俯仰转台固定在一起，跟随着天线转台的转动而运动。
`[0012]更进一步的,所述天线转台包括俯仰转台和方位转台。方位转台可以带动整个转台和所述抛物面天线在方位方向上的转动，而俯仰转台只能带动天线在俯仰方向上的转动，从而实现天线两方向自由度转动。更进一步的，所述俯仰转台设置在所述方位转台上。更进一步的，所述俯仰转台包括第一电机、第一码盘、第一齿轮组、第一限位开关、第二限位开关和第一支撑框，所述第一电机、第一码盘、第一齿轮组、第一限位开关和第二限位开关均设置在所述第一支撑框中，所述第一齿轮组连接所述第一电机和所述天线，所述第一齿轮组上设置有所述第一码盘，所述第一限位开关连接所述第一码盘，所述第二限位开关连接所述第一齿轮组。太阳跟踪控制器通过第一码盘记录脉冲数，并根据脉冲数判断天线的位置。第一齿轮组连接电机和天线，起到传动和改变天线转速的作用。第一限位开关和第二限位开关主要在校零时使用。第一支撑框位于俯仰转台最外围，起到保护内部零件和支撑的作用。更进一步的，所述方位转台包括第二电机、第二码盘、第二齿轮组、第三限位开关、第四限位开关和第二支撑框，所述第二电机、第二码盘、第二齿轮组、第三限位开关和第四限位开关均设置在所述第二支撑框中，所述第二齿轮组连接所述第二电机和所述天线，所述第三限位开关连接所述第二码盘，所述第四限位开关连接所述第二齿轮组。太阳跟踪控制器通过第二码盘记录脉冲数，并根据脉冲数判断天线的位置。第二齿轮组连接电机和天线，起到传动和改变天线转速的作用。第三限位开关和第四限位开关主要在校零时使用。第一支撑框位于俯仰转台最外围，起到保护内部零件和支撑的作用。有益效果:本实用新型的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置不会受到光线光强的影响，有良好的环境适应性，不论晴天阴天都能实现准确的定位。而且，所述北斗卫星接收模块是直接从卫星获取定位和授时信号，此信息具有高精度、绝对真实的良好特性。此外，当观测地点发生变化时，不需要对地理位置信息进行人工配置，减少人工复杂性，同时也避免了由于人为失误导致信息出错。
图1本实用新型的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。请参阅图1所示，本实用新型的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，包括天线1、天线转台、北斗卫星接收模块、太阳跟踪控制器、电机驱动模块、射电接收机和显示装置4。其中，天线I为抛物面天线。天线I与俯仰转台2固定在一起，跟随着天线转台的转动而运动。北斗卫星接收模块通过卫星通信获取授时信息和位置信息，并将授时信息和位置信息传送给太阳跟踪控制器。太阳跟踪控制器根据授时信息和位置信息获取当前时间和当地经纬度，从而得到太阳的当前位置。太阳跟踪控制器负责从北斗卫星接收模块处获取当前时间和当地经纬度，利用天文学知识，可以计算出太阳的在水平坐标系下的俯仰角和方位角，从而得到太阳的当前位置，根据此位置，太阳跟踪控制器控制电机驱动模块驱动电机转动，带动天线I到达目标位置。电机驱动模块根据太阳的当前位置驱动天线转台转动，天线I设置在天线转台上。天线转台包括俯仰转台2和方位转台3。方位转台3可以带动整个转台和天线I在方位方向上的转动，而俯仰转台2只能带动天线I在俯仰方向上的转动,从而实现天线I两方向自由度转动。其中，俯仰转台2设置在方位转台3上。俯仰转台2包括第一电机、第一码盘、第一齿轮组、第一限位开关、第二限位开关和第一支撑框，第一电机、第一码盘、第一齿轮组、第一限位开关和第二限位开关均设置在第一支撑框中，第一齿轮组连接第一电机和天线1，第一齿轮组上设置有第一码盘，第一限位开关连接第一码盘，第二限位开关连接第一齿轮组。其中，第一电机可以为直流电机。太阳跟踪控制器通过第一码盘记录脉冲数，并根据脉冲数判断天线I的位置。第一齿轮组连接电机和天线1，起到传动和改变天线I转速的作用。第一限位开关和第二限位开关主要在校零时使用。第一支撑框位于俯仰转台2最外围，起到保护内部零件和支撑的作用。方位转台3包括第二电机、第二码盘、第二齿轮组、第三限位开关、第四限位开关和第二支撑框，第二电机、第二码盘、第二齿轮组、第三限位开关和第四限位开关均设置在第二支撑框中，第二齿轮组连接第二电机和天线I，第三限位开关连接第二码盘，第四限位开关连接第二齿轮组。其中，第二电机可以为直流电机。太阳跟踪控制器通过第二码盘记录脉冲数，并根据脉冲数判断天线I的位置。第二齿轮组连接电机和天线I，起到传动和改变天线I转速的作用。第三限位开关和第四限位开关主要在校零时使用。第一支撑框位于俯仰转台2最外围，起到保护内部零件和支撑的作用。射电接收机连接天线1，太阳跟踪控制器和射电接收机均连接显示装置4。其中，显示装置4提供一个友好的界面，方便用户在室内即可对射电望远镜的工作状况(包括射电接收机上传的数据和天线I的当前位置等)进行监控。显示装置4可以是电脑。本实用新型的太阳射电望远镜自动跟踪装置使用北斗卫星接收模块获取当地位置信息(经纬度)以及当前时间信息，再根据这些信息计算出太阳在地平坐标系下的位置(方位角和俯仰角)，并控制 天线1运动，使其朝向这一位置，从而实现对太阳的实时自动跟
足示O[0024]系统启动的第一步是校零，即控制天线I运动到指定的初始位置，此初始位置是使用限位开关进行标记的。然后，太阳跟踪控制器利用从北斗卫星接收模块获得的授时信息和定位信息计算当地当前太阳方位角和太阳俯仰角，并且利用公式将角度转化为脉冲数，方位脉冲ANum = A*M，其中M为天线I转动I度对应的脉冲数，A为方位角度；俯仰脉冲HNum = H*M，其中M为天线I转动I度对应的脉冲数，H为方位角度。比较指令脉冲数CNum和天线I位置脉冲数NNum,若CNum > NNum,则控制天线I顺时针转动；若CNum < NNum,则反转，直到CNum = NNum。当天线I转动到位后，控制器再从北斗卫星接收模块获取授时和定位信息，再计算指令脉冲数，再与位置脉冲数比较，若是满足条件再控制天线I运动到指令位置。不断重复上述步骤即可实现对太阳的自动跟踪。上述跟踪过程有两个问题需要详细解释一下，第一个问题是M的值如何获得。该值可以通过实验获得，记录天线I转一圈(360° )时，太阳跟踪控制器从码盘读到的脉冲数CYCLE，多次记录CYCLE1、CYCLE2、CYCLE3……，取平均数(1ΓΛ/:;,并计算出天线I转I度的脉冲数Λ/ = (ΤΤ/Σ/360 ,第二个问题如何由授时信息和位置信息计算出太阳位置。本实用新型所计算出的太阳位置信息是在地平坐标系下的太阳位置，使用方位角和俯仰角两个量共同表征。太阳俯仰角，即太阳高度的计算公式为开= arcsin[sin5sin(/H-cosc5cos(/ cosr]，太阳
方位角的计算式为^ = aiccosiSinhm0]，其中，δ为太阳赤纬角，为当地的地理纬
cos "cos</>φ
度，τ为当时的太阳时角。太阳赤纬角和太阳时角的计算均为现有技术。
本实用新型的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置不会受到光线光强的影响，有良好的环境适应性，不论晴天阴天都能实现准确的定位。而且，北斗卫星接收模块是直接从卫星获取定位和授时信号，此信息具有高精度、绝对真实的良好特性。此外，当观测地点发生变化时，不需要对地理位置信息进行人工配置，减少人工复杂性，同时也避免了由于人为失误导致信息出错。
权利要求1.一种基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，其特征在于，包括天线、天线转台、北斗卫星接收模块、太阳跟踪控制器、电机驱动模块、射电接收机和显示装置，所述北斗卫星接收模块通过卫星通信获取授时信息和位置信息，并将所述授时信息和位置信息传送给所述太阳跟踪控制器；所述太阳跟踪控制器根据所述授时信息和位置信息获取当前时间和当地经纬度，从而得到太阳的当前位置；所述电机驱动模块根据太阳的当前位置驱动所述天线转台转动，所述天线设置在所述天线转台上；所述射电接收机连接所述天线，所述太阳跟踪控制器和所述射电接收机均连接所述显示装置。
2.如权利要求1所述的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，其特征在于，所述天线为抛物面天线。
3.如权利要求1所述的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，其特征在于，所述天线转台包括俯仰转台和方位转台。
4.如权利要求3所述的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，其特征在于，所述俯仰转台设置在所述方位转台上。
5.如权利要求3所述的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，其特征在于，所述俯仰转台包括第一电机、第一码盘、第一齿轮组、第一限位开关、第二限位开关和第一支撑框，所述第一电机、第一码盘、第一齿轮组、第一限位开关和第二限位开关均设置在所述第一支撑框中，所述第一齿轮组连接所述第一电机和所述天线，所述第一齿轮组上设置有所述第一码盘，所述第一限位开关连接所述第一码盘，所述第二限位开关连接所述第一齿轮组。
6.如权利要求3所述的基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，其特征在于，所述方位转台包括第二电机、第 二码盘、第二齿轮组、第三限位开关、第四限位开关和第二支撑框，所述第二电机、第二码盘、第二齿轮组、第三限位开关和第四限位开关均设置在所述第二支撑框中，所述第二齿轮组连接所述第二电机和所述天线，所述第三限位开关连接所述第二码盘，所述第四限位开关连接所述第二齿轮组。
专利摘要本实用新型公开了一种基于北斗系统的太阳射电望远镜自动跟踪装置，包括天线、天线转台、北斗卫星接收模块、太阳跟踪控制器、电机驱动模块、射电接收机和显示装置，北斗卫星接收模块通过卫星通信获取授时信息和位置信息，并将授时信息和位置信息传送给太阳跟踪控制器；太阳跟踪控制器得到太阳的当前位置；电机驱动模块根据太阳的当前位置驱动天线转台转动。本实用新型不会受到光线光强的影响，有良好的环境适应性。北斗卫星接收模块是直接从卫星获取定位和授时信号，此信息具有高精度、绝对真实的良好特性。此外，当观测地点发生变化时，不需要对地理位置信息进行人工配置，减少人工复杂性，同时也避免了由于人为失误导致信息出错。
文档编号G05D3/10GK203102013SQ201320040129
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者万雅文, 殷兴辉 申请人:河海大学