专利名称：移动卫星自动跟踪控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信及定位技术，具体地说是一种移动卫星自动跟踪控制装置。
背景技术：
卫星电视、高保真立体声广播等新技术，使现代列车成为集商务办公、消闲娱乐、安全监控和信息管理服务等功能与一体的数字化智能列车，但已有技术的卫星跟踪控制装置仍存在接受电视节目不够清晰，且在列车经过隧道等盲区时，不能自动切换播放录像，造成观看中断现象。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种移动卫星自动跟踪控制装置。
本发明的技术方案是由控制箱和天线平台组成，其特征是控制箱包括中央处理器、信号接口板、信号强度传感器、天线位置测量单元和天线指向控制单元，且其相互间以RS485总线连接，而天线平台包括分别由RS485总线与天线位置测量单元相连的电罗经、光纤陀螺与仰角传感器及卫星天线接收器和与步进电机相连的步进电机驱动，而且该驱动器受控于控制箱中的天线指向控制单元，卫星天线接收器经75Ω同轴电缆跟控制箱中的信号强度传感器相连。为保证能不中断收视，增加一只全球卫星定位系统(GPS)的GPS信号接收板3并将其接到信号接口板上，同时，在中央处理器中装入本列车线路的电子地图软件即可实现。
本发明基于成熟的卫星通信及定位技术、导航控制技术、以及工业以太网技术，为我国铁路交通运输的具体实践提供实际的需求。
图1本发明的总体结构方框图。
图2本发明天线指向控制单元电连接示意图。
图3本发明天线位置测量单元电连接示意图。
图4本发明的中央处理器运行流程图。
图5本发明天线位置测量单元运行流程图。
图6本发明天线指向控制单元运行流程图。
其中1、控制箱2、天线平台3、GPS信号板4、中央处理器5、信号接口板6、信号强度传感器7、天线位置测量单元8、天线指向控制单元9、卫星天线接收器10、电罗经11、光纤陀螺12、仰角传感器13、步进电机14、步进电机驱动器15、单片机16、石英晶体17、监控电路18、多串口器件19-22、电平转换器23、单片机B24、石英晶体25、监控电路26、电平转换器27-29、信号隔离器。
具体实施例方式
如图1，本发明主要由控制箱1和天线平台2组成，其特征是控制箱1包括中央处理器4、信号接口板5、信号强度传感器6、天线位置测量单元7和天线指向控制单元8，且其相互间以RS485总线连接，而天线平台2包括分别由RS485总线与天线位置测量单元7相连的电罗经10、光纤陀螺11与仰角传感器12及卫星天线接收器9和与步进电机13相连的步进电机驱动14，而且该驱动器14受控于控制箱中的天线指向控制单元8，卫星天线接收器9经75Ω同轴电缆跟控制箱1中的信号强度传感器6相连。
该信号强度传感器6采用型号ATP-01P，中央处理器4(型号SBC4500)。用来完成系统各部件之间的连接的信号接口板5，由标准TTL转RS485电平信号转换器(型号MAX487)组成，负责把控制器的TTL电平转换为标准的RS485电平。
即上述控制箱主要包括五个部分中央处理器4、并经由信号接口板5、通过RS485总线分别连接天线位置测量单元7、天线指向控制单元8、信号强度传感器6。控制箱1是系统控制的核心，它负责接收来自天线平台2的天线位置和偏转量信息以及凭借信号强度传感器6感知卫星信号的强度信息。并通过计算，得出天线调整量的数据，把数据转化为步进电机转动数据，控制步进电机作三维运动，实现卫星天线位置的调整，以获得最大的卫星信号强度。
如图4，通过软件实现的中央处理器运行流程是对系统进行复位，并进行系统内部的检测，启动系统到下一步工作的状态；复位全部传感器和步进电机，使传感器恢复到0点，三只步进电机运行到初始位置；获取传感器和步进电机的值记录当前的各传感器值作为基准值，步进电机位置作为基准位置；判断有无GPS模块如果有GPS板，则获取当前的位置经纬度，并调整天线到理论位置，如果没有则本步不运行；调整天线到信号最强位置左右调整天线找到信号最强的位置，并上下移动天线到信号最强位置；信号强度是否满足要求判断当前接收到的信号是否满足清晰显示的要求，如果不满足，则重新调整天线，调整次数以3次为限，3次仍然不满足，则认为可以使用，如果信号强度低于强度下限，则报警；记忆当前天线位置作为标准位置如果信号强度满足要求，则记录当前各个传感器的数据，作为天线指向的标准位置数据，记录光纤陀螺的值，作为0点位置，以后的偏转以这个值为0点进行校正；如果有GPS则判断是否要过信号盲区如有GPS板，则判断是否要过信号盲区，如果没有本步不执行，如果要过信号盲区，则停止天线的调整，切换音视频信号为录制节目；如果有GPS则判断是否要离开信号盲区如有GPS板，则判断是否要离开信号盲区，如果没有本步不执行，如果要离开信号盲区，则调整天线到离开盲区点的理论位置，离开盲区后调整天线到最佳位置，然后切换音视频信号为卫星节目；是否有天线偏转判断天线是否由于列车的运行等发生偏转，如果有，则根据光纤陀螺的偏转值，调整天线恢复指向；信号强度是否足够判断当前地区的信号强度，如果不满足要求，重新调整天线。
如图3，上述天线位置测量单元7是采用带有石英晶体16和监控电路17的51系列(如P89C51RD2)单片机A15，通过P0口以及WR、RD口连接多串口器件18(TL16C554)扩展成4个串口，分别经电平转换器(MAX1487)作电平转换后形成四个标准RS485串口，与光纤陀螺11、电罗经10、仰角传感器12连接以及经信号接口板5与中央处理器4连接。负责处理光纤陀螺、电罗经、仰角传感器传来的天线当前位置信号，并把信号转换为系统控制箱1可以识别和使用的数据。同时接受来自系统控制箱1的校准信号，对各传感器进行校准。
其天线位置测量单元运行流程图如图5复位测量单元，进行系统内部自检判断是否有中央处理器发来的位置查询要求，如果有，则分别向各传感器发出数据查询要求，等待接收，如果没有则进行系统自检并循环等待。
如果接收到各传感器发来的请求，则向传感器发回成功取得数据的确认信息，如果没有收到或收到的结果错误，则重新请求把数据发给中央处理器。
如图2，天线指向控制单元8是采用带有石英晶体24和监控电路25的51系列(如P89C51RD2)单片机B23，通过P30、P31口电平转换器26(MAX1487)作电平转换后形成标准RS485串口，经信号接口板5与中央处理器4连接，通过P10、P11、P12连接三个信号隔离器27、28、29(如用74LS14)后连接各步进电机驱动器14A、14B、14C，负责根据系统控制箱1的指令调整天线位置，并实时反馈运动情况，便于主控制箱1掌握系统运行情况。其天线指向控制单元运行流程图如图6复位测量单元，进行系统内部自检，不进行运动调整时，自检循环。
判断是否有中央处理器发来的位置调整要求，如果有，则根据指令调整分别控制3个方向的步进电机运动到指定的位置或运行指定的步数，控制运行中监控运行情况，运行完成，则向中央处理器发出已经完成的确认信息。
上述石英晶体16、24、监控电路17、25皆是单片机A15和单片机B23要求的结构相同的标准配置。
天线平台2是承载卫星天线的平台，它主要包括三个部分由驱动器14及受控制的步进电机13构成的步进运动部分、由电罗经10、光纤陀螺11以及仰角传感器12构成的传感器部分和卫星天线接收器9构成的卫星信号接收器部分。其中，上述电罗经10，光纤陀螺11和仰角传感器12分别采用美国产的TCM-80、KVH-80和TCM-20型号即可。因此天线平台2上的各传感器将测知的天线指向性信息以及偏转量信息，将天线接收到卫星信息一起送控制箱1，控制箱1根据传送来的各种信息作出天线指向性调整的量的处理，并把处理结果送天线平台步进电机驱动器14，由作为步进电机控制器的步进电机驱动器14驱动步进电机13使天线平台2运动，即以结构相同的三只步进电机13(型号23HS2003)分别实现天线的水平旋转、俯仰调整和俯仰微调三个方面的运动的调整，而分别由三个步进电机驱动器14即14A、14B、14C(型号SH-2H090A)，根据控制箱1的指令分别控制驱动上述天线的三维运动。如图2从而调整了天线的指向。
天线平台2主要功能是测量天线当前的位置和相对运动，送控制箱，便于控制箱判断天线的下一步运动；根据控制箱发出的指令调整天线平台作三维运动；接受卫星信号并通过同轴电缆把信号送出，连接至任何标准卫星信号解码器。同时由卫星天线接收器9馈送一路信号到卫星信号强度传感器6。
具体各部分的分工或功能如下步进运动部分根据控制箱传送来的运动数据，调整天线平台的运动，即调整了天线的指向。
传感器部分测量天线当前的位置和指向情况，以及相对运动数据，送控制箱，为控制箱内中央处理器处理天线运动提供数据。
卫星信号接收器部分接受卫星信号，并通过标准同轴电缆送用户的卫星信号解码器，同时馈送一路信号到卫星信号强度传感器，作为中央处理器判断的依据。以上控制箱1和天线平台2两大部分协调运行，实现对卫星天线指向性的控制，保证卫星天线以最佳的位置对准卫星，以接收到最强的卫星信号，实现了移动卫星的自动跟踪控制。
考虑到当发生丢星后，因为无法知道当前可能的卫星方位，所以只能根据各传感器传送来的信息进行试调整，这有时需要较长的时间才能重新定位，以及系统无法事先知道列车是否会随至越过信号盲区(例如隧道涵洞桥梁有大山遮挡等)而丢失信号，若漫无目的的寻找卫星，导致驶离信号盲区仍需要较多的时间重新定位，从而出现信号长时间的中断而使收视不连续。
作为另一实施例，增加一只全球卫星定位系统(GPS)的GPS信号板3(ROCKWELL公司 型号JUPITER-12)，并将其接到信号接口板5上，利用GPS信号接收板可以接收卫星天线当前的所处的经纬度和海拔高度，以使控制箱的中央处理器根据当前的经纬度数据通过查表就可以获取当前卫星的理论方位，根据理论方位预调整天线到理论位置后，再进行细调。
同时，只需在中央处理器4中装入本列车线路的电子地图软件，电子地图软件标记出了所有经过的信号盲区，中央处理器根据电子地图的标记就可以预先作出暂停接收的决定，并可以控制播放设备播放预先录制的节目，驶离盲区重新定位后再切换回卫星信号。当即将驶离盲区时，预先调整天线到驶离盲区点的理论位置，为驶离盲区后快速重新对准卫星做好准备，使系统可以实现快速调整。
由此构筑的本发明优点是显而易见的，不但能保证电视节目清晰，而且能自动切换播放录像，使列车路经盲区时也不会造成中断现象。
权利要求
1.移动卫星自动跟踪控制装置，由控制箱(1)和天线平台(2)组成，其特征是控制箱(1)包括中央处理器(4)、信号接口板(5)、信号强度传感器(6)、天线位置测量单元(7)和天线指向控制单元(8)，且其相互间以RS485总线连接，而天线平台(2)包括分别由RS485总线与天线位置测量单元(7)相连的电罗经(10)、光纤陀螺(11)与仰角传感器(12)及卫星天线接收器(9)和与步进电机(13)相连的步进电机驱动(14)，而且该驱动器(14)受控于控制箱中的天线指向控制单元(8)，卫星天线接收器(9)经75Ω同轴电缆跟控制箱(1)中的信号强度传感器(6)相连。
2.移动卫星自动跟踪控制装置，由控制箱(1)和天线平台(2)组成，其特征是它还包括一只全球卫星定位系统的GPS信号板(3)，并将其接到信号接口板(5)上。
3.如权利要求1或2所述的移动卫星自动跟踪控制装置，其特征是上述天线位置测量单元(7)是采用带有石英晶体(16)和监控电路(17)的单片机A(15)，通过P0口以及WR、RD口连接多串口器件(18)而扩展成4个串口，分别经电平转换器(19、20、21、22)作电平转换后形成四个标准RS485串口，与光纤陀螺(11)、电罗经(10)、仰角传感器(12)连接以及经信号接口板(5)与中央处理器(4)连接，处理光纤陀螺、电罗经、仰角传感器传来的天线当前位置信号，并把信号转换为系统控制箱(1)可以识别和使用的数据，同时接受来自系统控制箱(1)的校准信号对各传感器进行校准。
4.如权利要求1或2所述的移动卫星自动跟踪控制装置，其特征是上述天线指向控制单元(8)是采用带有石英晶体(24)和监控电路(25)的单片机B(23)，通过P30、P31口电平转换器(26)作电平转换后形成标准RS485串口，经信号接口板(5)与中央处理器(4)连接，通过P10、P11、P12连接三个信号隔离器(27、28、29)后连接各步进电机驱动器(14)A、(14)B、(14)C，使之根据系统控制箱(1)的指令调整天线位置，并实时反馈运动情况。
全文摘要
一种移动卫星自动跟踪控制装置，由控制箱和天线平台组成，其特征是控制箱包括中央处理器、信号接口板、信号强度传感器、天线位置测量单元和天线指向控制单元，且其相互间以RS485总线连接，而天线平台包括分别由RS485总线与天线位置测量单元相连的电罗经、光纤陀螺与仰角传感器及卫星天线接收器和与步进电机相连的步进电机驱动，而且该驱动器受控于控制箱中的天线指向控制单元，卫星天线接收器经75Ω同轴电缆跟控制箱中的信号强度传感器相连。为保证能不中断收视，增加一只全球卫星定位系统(GPS)的GPS信号接收板并将其接到信号接口板上，同时，在中央处理器中装入本列车线路的电子地图软件，从而实现不中断清晰的收视。
文档编号G01S1/08GK1556419SQ20031011469
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者梁保山, 姜德志 申请人:梁保山