专利名称：天线伺服跟踪系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线伺服跟踪系统，是一种主要用于无人机的数据链传输的天线伺服跟踪系统。
背景技术：
随着通信中所选择的天线频段越来越高，天线的波束宽度越来越窄，已经达到几度甚至零点几度，使得对天线伺服系统的要求越来越高。加上无人机越来越多地进入民用领域，对于成本昂贵、操作繁琐，携带不便的天线系统实际上是名存实亡，难以投入市场。
现有技术中，对伺服天线已有人研究。目前大部分天线伺服系统都是采用二维扫描，转台比较笨重，控制器比较复杂，南京理工大学报道了一种天线伺服系统，整个系统的控制器由显示与键盘板、测量与控制板、激磁信号、方位传感器、俯仰传感器、极化传感器和电机控制器组成，整个系统的成本相对于一个无人机飞行平台来说没有价格优势，而且系统比较庞大，能耗高，总体上不利于推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线伺服跟踪系统，其结构紧凑，价格低廉，重量轻，便于携带，操作方便，并能达到实时跟踪飞行器，提高数据链的传输效果，减轻天线系统本身产生的干扰。
为了实现这样的目的，本发明的构思是提供一种基于COMPASS的天线伺服系统，由控制箱、PC机、转台、高增益天线等组成。处理主机采用PC机，由于在整个飞行控制系统里面都会用到PC机，这里我们只需要扩展两个串行通讯口就可以利用现有的资源，减轻系统的复杂性和成本。转台采用交流电机驱动，体积、重量和成本都可以减到很小，而且通过处理后运转很平稳，驱动能力强，与由步进电机驱动的系统相比，价格要便宜得多。控制箱主要是把电源和PC机的控制命令转化成控制信号传给天线转台，同时把方位传感器和GPS信号以及视频信号传给PC机处理，它体积小、重量轻，安全可靠。
本发明采用下述技术方案一种天线跟踪伺服跟踪系统，包括天线转台和控制箱，其特征在于控制箱的输出口连接天线转台，而输入口连接PC机，PC机的输入口连接数传电台、GPS接收机以及经控制箱连接天线转台上的方位传感器。
上述的天线转台的结构是转台构架内安置一个电动机和线路转接板，电动机通过齿轮带动转台顶部的可调接口支架，可调接口支架安装高增益天线而中心安置方位传感器；线路转接板经过滤后的电源连接电动机，并通过中心管连接方位传感器，方位传感器的信号线通过中心管和线路转接板，再经过控制箱连接PC机，高增益天线的信号线经转台上的一个视频接口经控制箱连接PC机。
上述的系统的电路结构是220V交流电源经控制箱内的电源滤波器、空气开关和固态继电器后连接天线转台；一个PC机的输入连接GPS接收机、数传电台和方位传感器，而输出口接入控制箱，在控制箱内经电平转换器、单片机和驱动放大器后连接固态继电器。
上述的控制箱中的电平转换器由一块MAX232CPE型芯片和四个电容构成，单片机电路由一块AT89C2051型芯片、一个晶振、三个电容和一个电阻构成，驱动放大器由一块MC1413P型芯片、两个发光二极管和一个电阻构成，固态继电器采用两个GJ1-V型固态继电器。
本发明的工作原理如下如图所示，220V的交流电经过电源滤波器以后，通过空气开关，然后接到固态继电器的交流端引脚上，同时PC机把地面的GPS数据读进来作为天线位置的坐标点，再把数传电台传回来的飞行器的位置信号读进来，计算出天线坐标点和飞行器当前位置连线的方位角，每秒钟读取一次数据，在这一秒钟内同时向方位传感器发送30次读数据信号，就会得到30组数据，然后进行平滑处理后用来与前面求得的方位角进行比较，算出角度差，再利用差值来发命令信号，命令信号通过RS232电平转换传送到单片机，单片机根据该命令发出控制信号，通过达林顿管MC1413P驱动两个固态继电器，控制转台的启停和正反转。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点本发明的结构紧凑，价格低廉，重量轻，便于携带，使用时安全可靠，能实时跟踪飞行器，提高数据链的传输效果，减轻天线系统本身产生的干扰的目的。本发明适用于各种无人机。
图1是本发明的一个实施例的系统结构2是图1示例的系统电路结构框3是图1示例的系统原理4是图1示例单片机根据PC机命令发送控制信号的软件流程5是图1示例的上位机的程序框图具体实施方式
本发明的一个优选实施例是参见图1，本天线跟踪伺服跟踪系统，包括天线转台5和控制箱3，其特征在于控制箱3的输出口连接天线转台5，而输入口连接PC机1，PC机1的输入口连接数传电台4、GPS接收机2以及经控制箱3连接天线转台5上的方位传感器8。天线转台5的结构是转台构架内安置一个电动机11和线路转接板13，电动机11通过齿轮带动转台顶部的可调接口支架9，可调接口支架9安装高增益天线7而中心安置方位传感器8；线路转接板13经过滤后的电源连接电动机11，并通过中心管12连接方位传感器8，方位传感器8的信号线通过中心管12和线路转接板13，再经过控制箱3连接PC机1，高增益天线7的信号线经转台上的一个视频接口6经控制箱3连接PC机1。系统的电路结构是220V交流电源经控制箱3内的电源滤波器14、空气开关15和固态继电器16后连接天线转台5；一个PC机1的输入连接GPS接收机2、数传电台4和方位传感器8，而输出口接入控制箱3，在控制箱3内经电平转换器17、单片机18和驱动放大器19后连接固态继电器16。控制箱3中的电平转换器17由一块MAX232CPE型芯片和四个电容C1-C4构成，单片机电路18由一块AT89C2051型芯片、一个晶振Y1、三个电容C5-C7和一个电阻R1构成，驱动放大器19由一块MC1413P型芯片、两个发光二极管D1、D2和一个电阻R2构成，固态继电器16采用两个GJ1-V型固态继电器。
参见图4，利用串口中断来接收主机信号，如果判断到串行口有数据输入，就把数据读进来然后进行数据的校验，如果数据正确就根据这个数据产生控制信号，反之就要求主机重新发送。
参见图5，给出上位机的程序框图。首先对方位传感器进行硬铁补偿和正北校正，然后设置好GPS的数据格式(GPGGA)，读取GPS数据，根据GPS的CHECKSUM判断数据是否正确，如果数据正确取出GPGGA数据，求出经纬度和高度值，定出两点连线的方位角。如果数据错误，就重新读取下一个GPS的值。同时，发出指令读取当前天线的角度信息，本系统取30次的角度值进行平滑处理后参与运算。两个角度值都是以正北为基准，最后进行比较，发出控制命令给单片机。
权利要求
1.一种天线跟踪伺服跟踪系统，包括天线转台(5)和控制箱(3)，其特征在于控制箱(3)的输出口连接天线转台(5)，而输入口连接PC机(1)，PC机(1)的输入口连接数传电台(4)、GPS接收机(2)以及经控制箱(3)连接天线转台(5)上的方位传感器(8)。
2.根据权利要求1所述的天线跟踪伺服跟踪系统，其特征在于天线转台(5)的结构是转台构架内安置一个电动机(12)和线路转接板(13)，电动机(12)通过齿轮带动转台顶部的可调接口支架(9)，可调接口支架(9)安装高增益天线(7)而中心安置方位传感器(8)；线路转接板(13)经过滤后的电源连接电动机(12)，并通过中心管(12)连接方位传感器(8)，方位传感器(8)的信号线通过中心管(12)和线路转接板(13)，再经过控制箱(3)连接PC机(1)，高增益天线(7)的信号线经转台上的一个视频接口(6)经控制箱(3)连接PC机(1)。
3.根据权利要求1所述的天线跟踪伺服跟踪系统，其特征在于系统的电路结构是220V交流电源经控制箱(3)内的电源滤波器(14)、空气开关(15)和固态继电器(16)后连接天线转台(5)；一个PC机(1)的输入连接GPS接收机(2)、数传电台(4)和方位传感器(8)，而输出口接入控制箱(3)，在控制箱(3)内经电平转换器(17)、单片机(18)和驱动放大器(19)后连接固态继电器(16)。
4.根据权利要求3所述的天线跟踪伺服跟踪系统，其特征在于控制箱(3)中的电平转换器(17)由一块MAX232CPE型芯片和四个电容(C1-C4)构成，单片机电路(18)由一块AT89C2051型芯片、一个晶振(Y1)、三个电容(C5-C7)和一个电阻(R1)构成，驱动放大器(19)由一块MC1413P型芯片、两个发光二极管(D1、D2)和一个电阻(R2)构成，固态继电器(16)采用两个GJ1-V型固态继电器。
全文摘要
本发明涉及一种天线伺服跟踪系统，它包含天线转台和控制箱，其特征在于控制箱的输出口连接天线转台，而输入口连接PC机，PC机的输入口连接数传电台、GPS接收机以及经控制箱连接天线转台上的方位传感器。本发明的结构紧凑，价格低廉，重量轻，便于携带，使用时安全可靠，能实时跟踪飞行器，提高数据链的传输效果，减轻天线系统本身产生的干扰的目的。本发明适用于各种无人机。
文档编号H01Q3/01GK1547285SQ20041004544
公开日2004年11月17日 申请日期2004年5月20日 优先权日2003年12月11日
发明者乔开军, 罗均, 蒋蓁, 邓寅喆 申请人:上海大学