专利名称：一种卫星天线、一种天线机架控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卫星通信领域，特别是涉及一种卫星天线、一种天线机架控制器。
背景技术：
在卫星通信领域，位于地面的卫星天线必须对准空中的卫星，才能与其进行通信。 因此，为了与目标卫星保持不间断地通信，卫星天线在搜索到目标卫星之后，就要对其进行跟踪，以保持对准该卫星。现有技术是在方位角和俯仰角这两个角度方向上对卫星天线的指向改变进行校准，从而实现对目标卫星的跟踪。即，当卫星天线因为指向改变而不能对准目标卫星时，天线机架控制器就向电机驱动器发送控制信号，使电机驱动器控制电机运动，从而在方位角和俯仰角这两个角度方向上修正卫星天线的指向，使其恢复为原来的指向，从而继续对准目标卫星。这里，卫星天线的指向为卫星天线上反射面的指向，也就是反射面所在的抛物面的轴线方向。其中的方位角是指水平面内的一个角度，俯仰角是竖直面内的一个角度，这两个角度方向分别为方位角以正北方向为O度，沿顺时针方向递增，最大为360度；俯仰角以水平方向为0度，水平面以上的角度大于0度，沿朝向竖直向上的方向递增且竖直向上为 90度，俯仰角竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同。利用方位角和俯仰角，可以使卫星天线精确指向天空的任一点。但是，现有的这种校准卫星天线指向的技术，只能保证卫星天线指向方向的信号波束轴线的方向不变，而不能防止其滚动。例如，当卫星天线的天线机架因为受到其载体的运动影响，在三维空间内发生随机偏转时，天线只能通过调整方位角和俯仰角来抵消在这两个角度方向的运动分量的影响，使反射面重新指向目标卫星，但却不能补偿卫星天线以信号波束轴线为轴的转动分量(水平角方向)所造成的影响，由于卫星下行信号具有特定的极化特性，此时卫星天线所接收的信号因信号波束轴线发生了滚动，与卫星天线的极化方式有了一定的差距，从而导致二者的极化失配，进而导致接收的信号具有严重的衰落，这严重影响了卫星天线与目标卫星之间的通信质量。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种卫星天线、一种天线机架控制器，能及时补偿反射面的指向在方位角、俯仰角和水平角三个角度方向上的角度改变量，防止发生极化失配。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种卫星天线，该卫星天线与卫星进行通信；该卫星天线包括天线机架、天线机架控制器、电机驱动器、电机、传感器；所述天线机架包括反射面、馈源、三轴机架；所述电机驱动器包括水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器；所述电机包括水平电机、俯仰电机和方位电机；所述传感器包括水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器；其中，[0007]所述反射面固定于所述三轴机架上；以线性极化方式接收卫星下行信号的所述馈源固定于所述反射面的抛物面焦点处；所述三轴机架安装于载体上，与所述水平电机、俯仰电机和方位电机均相连，并在所述水平电机、俯仰电机和方位电机的带动下运动；所述水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器均与所述天线机架控制器相连，分别将检测到的所述三轴机架在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度发送到所述天线机架控制器；其中，所述方位角、俯仰角和水平角为空间直角坐标系中的三个角度方向；所述方位角在水平面内以正北方向为0度，沿顺时针方向递增；所述俯仰角在第一竖直面内以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；所述水平角在垂直于所述水平面和第一竖直面的第二竖直面内，以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；其中，所述第一竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同；所述天线机架控制器与所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器均相连，用于根据所述三轴机架在所述三个角度方向上的角速度、在所述两个角度方向上的偏转角度，确定水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，并将三者分别发送到所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器；所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器分别与所述水平电机、 俯仰电机和方位电机相连，分别根据所述水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，驱动所述水平电机、俯仰电机和方位电机带动所述三轴机架运动，以分别抵消所述载体带动所述三轴机架的运动引起的所述反射面的指向在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向的改变量；所述反射面的指向为反射面所在的抛物面的轴线方向。本实用新型的有益效果是本实用新型中，由于在三维空间内设置了水平角、俯仰角和方位角三个角度方向构成的空间直角坐标系，精确地定义了三维空间中的每一个点的坐标，并利用水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器以及水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器来分别检测三轴机架在这三个角度方向上的角速度、三轴机架在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，从而使天线机架控制器及时全面地获得了三轴机架在任一方向上的运动信息，这样，天线机架控制器就可以根据这些运动信息来计算得到三个方向的反向运动信息，并发送给各电机驱动器，使其利用相应的反向运动信息来控制相应的电机带动三轴机架运动，最终抵消载体带动的三轴机架的运动所引起的反射面指向的改变量并正常实现天线的搜索跟踪工作任务，因此，本实用新型可以及时补偿反射面的指向在方位角、俯仰角和水平角三个角度方向上的角度改变量，防止发生极化失配。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进进一步，所述天线机架还包括与所述三轴机架相连以支撑所述三轴机架的底座； 所述卫星天线还包括固定于所述底座上产生磁信号的磁信号源、固定于所述三轴机架上且与所述天线机架控制器相连的霍尔传感器；所述霍尔传感器随所述三轴机架转动到达所述磁信号源处，在所述磁信号的激励下产生感应电信号，并将所述感应电信号发送到所述天线机架控制器；所述天线机架控制器将接收到所述感应电信号时所述三轴机架的位置作为方位角方向的基准位置。进一步，所述水平电机为无刷直流伺服电机；和/或，所述俯仰电机为无刷直流伺
5服电机；和/或，所述方位电机为无刷直流伺服电机。进一步，所述俯仰角速度传感器为陀螺仪；和/或，所述方位角速度传感器为陀螺仪；和/或，所述水平角速度传感器为陀螺仪；和/或，所述水平倾斜角传感器为倾角仪；和 /或，所述俯仰倾斜角传感器为倾角仪。本实用新型还提出了一种天线机架控制器，该天线机架控制器位于一与卫星进行通信的卫星天线中，该卫星天线还包括天线机架、电机驱动器、电机、传感器；所述天线机架包括安装于载体上的三轴机架、固定于所述三轴机架上的抛物面形反射面、固定于所述反射面焦点处接收卫星下行信号的馈源；所述电机驱动器包括水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器；所述电机包括分别与所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器相连，且均与所述三轴机架相连的水平电机、俯仰电机和方位电机； 所述传感器包括水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器；所述天线机架控制器包括顺次相连的信号输入单元、处理单元和信号输出单元；所述信号输入单元与所述水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器均相连，接收其分别检测到的所述三轴机架在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，并将所述三个角度方向上的角速度、所述两个角度方向上的偏转角度发送到所述处理单元；其中，所述方位角、俯仰角和水平角为空间直角坐标系中的三个角度方向；所述方位角在水平面内以正北方向为0度，沿顺时针方向递增；所述俯仰角在第一竖直面内以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；所述水平角在垂直于所述水平面和第一竖直面的第二竖直面内，以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；其中，所述第一竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同；所述处理单元用于，根据所述三轴机架在所述三个角度方向上的角速度、所述两个角度方向上的偏转角度，确定水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，并将其发送到所述信号输出单元；所述信号输出单元与所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器均相连，将所述水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息分别发送到所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器，使其根据所接收的反向运动信息，分别控制所述水平电机、俯仰电机和方位电机带动所述三轴机架运动，以分别抵消所述载体带动所述三轴机架的运动引起的所述反射面的指向在所述水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向的改变量；所述反射面的指向为反射面所在的抛物面的轴线方向。进一步，所述天线机架还包括与所述三轴机架相连以支撑所述三轴机架的底座； 所述卫星天线还包括固定于所述底座上产生磁信号的磁信号源、固定于所述三轴机架上且与所述信号输入单元相连的霍尔传感器；所述信号输入单元进一步用于，接收所述霍尔传感器随所述三轴机架转动到达所述磁信号源处、在所述磁信号的激励下产生的感应电信号，并将其发送所述处理单元；所述处理单元进一步用于，将接收到所述感应电信号时所述三轴机架所在的位置作为所述方位角方向的基准位置。
图1为本实用新型提供的卫星天线的结构图；图2为本实用新型提供的天线机架控制器的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。图1为本实用新型提供的卫星天线的结构图，该卫星天线与目标卫星进行通信。 如图1所示，该卫星天线包括天线机架、天线机架控制器(PCU) 104、电机驱动器、电机、传感器；其中的天线机架包括反射面101、馈源102、三轴机架103 ；电机驱动器包括水平电机驱动器107、俯仰电机驱动器105和方位电机驱动器106 ；电机包括水平电机111、俯仰电机113和方位电机112 ；传感器包括水平角速度传感器108、俯仰角速度传感器109、方位角速度传感器110、水平倾斜角传感器115、俯仰倾斜角传感器116 ；反射面101固定于三轴机架103上，形状为抛物面形，该抛物面具有焦点，反射面可以用于支撑馈源102，使馈源102与自身固定在一起，这样，反射面101和馈源102就可以在方位角、水平角和俯仰角这三个角度方向上同时以同样的方式运动；馈源102固定于抛物面形的反射面101的焦点处，用于以线性极化方式接收卫星下行信号；这里的馈源102是接收卫星下行信号的装置，只有在反射面101的指向为目标卫星、并且馈源102的接收极化角度与卫星下行信号的极化角度相匹配的情况下，馈源102 才能正常接收该目标卫星的卫星下行信号，否则，如果反射面101的指向不是目标卫星，则馈源102就不能接收到该卫星的卫星下行信号，如果反射面101的指向是目标卫星，但馈源 102的接收极化角度与卫星下行信号的极化角度不相匹配，也就是二者发生极化失配，馈源 102同样不能正常接收该目标卫星的卫星下行信号。其中，反射面101的指向即为反射面所在的抛物面的轴线的方向。当载体114运动造成馈源102与目标卫星之间的天线波束轴线转动偏离标准位置时，利用现有技术不能及时纠正该问题，因而会发生极化失配，失去对卫星下行信号的捕捉。三轴机架103安装于载体114上，与水平电机111、俯仰电机113和方位电机112 均相连，并在水平电机111、俯仰电机113和方位电机112的带动下运动；这里，三轴机架 103的载体114可以是车、船、飞机等可相对于地表运动的物体，该卫星天线即为通常所说的“动中通”卫星天线。水平电机111、俯仰电机113和方位电机112可带动三轴机架103 在水平角方向、俯仰角方向和方位角方向运动，从而补偿三轴机架103在运动的载体114 的带动下在水平角方向、俯仰角方向和方位角方向所发生的偏转量；水平角速度传感器108、俯仰角速度传感器109、方位角速度传感器110、水平倾斜角传感器115、俯仰倾斜角传感器116均与PCU104相连，分别将检测到的三轴机架103在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、三轴机架103在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度发送到PCU104;其中，方位角、俯仰角和水平角为空间直角坐标系中的三个角度方向；方位角在水平面内以正北方向为0度，沿顺时针方向递增，最大为360度，表征的是水平面内的角度方向；俯仰角和水平角均是竖直面内的角度方向，俯仰角在第一竖直面内以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增，以竖直向上的方向为90度，表征的是第一竖直面内的角度方向；水平角在垂直于水平面和第一竖直面的第二竖直面内，以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增，表征的是第二竖直面内的角度方向；这里的水平面、第一竖直面和第二竖直面相互正交；其中，第一竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同，这样，第二竖直面在水平面上的投影就与天线的方位角朝向正交。P⑶104与水平电机驱动器107、俯仰电机驱动器105和方位电机驱动器106均相连，用于根据三轴机架103在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，确定出水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、 方位反向运动信息，并将三者分别发送到水平电机驱动器107、俯仰电机驱动器105和方位电机驱动器106 ；这里的P⑶104相当于一个处理器，能够根据三轴机架103在三个角度方向上的运动信息，计算得到为修正载体114运动所引起的反射面101的指向改变量而需要使各电机驱动器驱动相应电机运动的反向运动信息，这里的反向运动信息包括运动量、运动方向、运动速度等，其可以抵消三轴机架103在三个角度方向上的角度改变量。水平电机驱动器107、俯仰电机驱动器105和方位电机驱动器106分别与水平电机 111、俯仰电机113和方位电机112相连，分别根据水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、 方位反向运动信息，驱动水平电机、俯仰电机和方位电机带动三轴机架103运动，以分别抵消载体带动三轴机架的运动引起的反射面101的指向在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向的改变量。即水平电机驱动器107根据水平反向运动信息，驱动水平电机111带动三轴机架103运动，以抵消反射面101的指向在水平角方向的改变量；俯仰电机驱动器105 用于根据俯仰反向运动信息，驱动俯仰电机113带动三轴机架103运动，以抵消反射面101 的指向在俯仰角方向的改变量；方位电机驱动器106用于根据方位反向运动信息，驱动方位电机112带动三轴机架103运动，以抵消反射面101的指向在方位角方向的改变量。例如，因为载体114的颠簸运动使得三轴机架103发生运动，造成反射面101的指向在水平角、俯仰角和方位角方向分别偏转1度、-2度和2度，则各传感器在检测到三轴机架103的运动后，将其在三个角度方向的角速度及其在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度发送到P⑶104，这样，P⑶104就可以计算得到反射面101的指向在水平角、俯仰角和方位角方向的偏转角度分别为1度、-2度和2度，然后根据这些偏转角度，确定出三个方向上的反向运动信息，并将其发送到相应的电机驱动器，使各电机驱动器驱动相应的电机运动，带动三轴机架103和馈源102转动，以使反射面101的指向在水平角方向偏转-1度，在俯仰角方向偏转2度，在方位角方向偏转-2度，从而抵消载体114的运动对反射面101指向的影响。需要指出的是，本实用新型中的卫星和目标卫星，均指的是地球同步卫星，因而载体相对于地表的运动，可以看做是相对于卫星的运动。如图1所示，馈源102在接收到卫星下行信号之后，需要将卫星下行信号发送到 P⑶104来处理。另外，为了便于P⑶104处理卫星下行信号，还可以在馈源102和P⑶104之间进一步设置下变频功率放大器，用于对馈源102接收的卫星下行信号进行下变频和功率放大，然后将变频和功率放大后的卫星下行信号发送到P⑶104。本实用新型中，由于在三维空间内设置了水平角、俯仰角和方位角三个角度方向构成的空间直角坐标系，精确地定义了三维空间中的每一个点的坐标，并利用水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器以及水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器来分别检测三轴机架在这三个角度方向上的角速度、三轴机架在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，从而使PCU及时全面地获得了三轴机架在任一方向上的运动信息， 这样，PCU就可以根据这些运动信息来计算得到三个方向的反向运动信息，并发送给各电机驱动器，使其利用相应的反向运动信息来控制相应的电机带动三轴机架运动，最终抵消载体带动的三轴机架的运动所引起的反射面指向的改变量并正常实现天线的搜索跟踪工作任务，因此，本实用新型可以及时补偿反射面的指向在方位角、俯仰角和水平角三个角度方向上的角度改变量，防止发生极化失配。本实用新型可以应用于卫星天线锁定目标卫星的情形，即如上面所述，当天线搜索上卫星后，通过补偿载体运动引起的天线指向的改变量，使天线一直保持指向目标卫星。 除此之外，本实用新型也可以用于卫星天线搜索目标卫星的过程，即在搜索过程中，如果载体运动引起反射面指向发生搜索运动之外的改变，则三轴机架三个方向上除了既定的搜索程序设定的运动分量，在相应角度方向还需叠加一定的偏转运动，即此时天线机架的运动方式是既定的搜索运动分量叠加上临时的偏转运动分量。该临时的偏转运动分量是用来补偿载体运动引起的天线指向的改变量的。在搜索过程中，卫星天线根据既定程序计算得到目标卫星的坐标并指向该处坐标，一般情况下反射面并没有准确指向目标卫星，这样就有一个搜索过程，使天线机架以理论坐标为中心，使反射面以“回”字形一圈一圈向外扩大搜索范围以准确指向目标卫星，以便进行通信，在该过程中，如果载体运动引起反射面的指向发生偏转，则本实用新型仍要进行相应的反馈，使三轴机架在原定的搜索程序相应的运动基础上，在三个角度方向叠加相应的偏转运动，以抵消载体运动对反射面指向的影响。由此可见，本实用新型可应用于卫星天线工作的整个过程中。由于本实用新型能够在卫星天线工作的整个过程中及时校正反射面指向的偏转量，因此，该卫星天线能够稳定搜索、跟踪目标卫星，保证通信质量。本实用新型中，天线机架还包括与三轴机架103相连以支撑三轴机架103的底座 117 ；卫星天线进一步包括固定于底座117上可产生磁信号的磁信号源、固定于三轴机架 103上且与P⑶104相连的霍尔传感器；这里磁信号源所产生的磁信号位于该磁信号源附近的空间，其强度满足可在霍尔传感器随三轴机架103到达磁信号源处时被霍尔传感器所接收，因此，该磁信号可以起到定位的功能；霍尔传感器随三轴机架103到达磁信号源处，在磁信号的激励下产生感应电信号，并将该感应电信号发送到PCU104 ；PCU104用于，将接收到感应电信号时三轴机架103所在的位置作为方位角方向的基准位置。由于天线底座是固定于载体上，所以底座相对于载体的位置是恒定的，则该基准位置相对于载体的位置也是恒定的。只要确定了载体的方位角朝向，该基准位置的方位角朝向也能确定下来。其中，载体的方位角朝向是由电罗经设备或者磁罗经设备提供的。三轴机架103所在的位置指的是此时其方位角的值。这里，利用磁信号源和霍尔传感器可以确定方位角方向的基准位置。而水平角与俯仰角的基准位置，则分别由水平倾斜角传感器和俯仰倾斜角传感器测得。图1中的水平电机可以为无刷直流伺服电机，俯仰电机也可以为无刷直流伺服电机，方位电机也可以为无刷直流伺服电机。[0046]由于无刷直流伺服电机的调速性能要比步进电机好，在电机驱动器的控制下，其运动量比较精确，因而本实用新型中的各电机采用无刷直流伺服电机，可以精确地修正载体运动对反射面指向的影响，提高动态跟踪精度。图1中的俯仰角速度传感器可以采用陀螺仪来实现；方位角速度传感器也可以采用陀螺仪来实现；水平角速度传感器可以采用陀螺仪实现。陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。另外，水平倾斜角传感器可用倾角仪实现；俯仰倾斜角传感器也可以用倾角仪来实现。倾角仪又称角度仪、电子式角度仪，可用于测量水平角度、相对角度、倾角。其基体中的轴往一个方向转动时，所测得的角度值增加，转向改变时，测得的角度值减少。。由于本实用新型是在三维空间直角坐标系下利用陀螺仪、倾角仪等常用传感器来检测三轴机架的运动，进而校正反射面的偏转的，这些传感器无需很高的精度即可满足需求，相对于现有技术必须采用高精度传感器的情形，本实用新型大大降低了传感器的使用成本。图2为本实用新型提供的天线机架控制器的结构图。如图2所示，该天线机架控制器(P⑶)204位于一与卫星进行通信的卫星天线中，该卫星天线还包括天线机架、电机驱动器、电机、传感器；天线机架包括安装于载体214上的三轴机架203，固定于三轴机架 203上呈抛物面形的反射面201，固定于该反射面201焦点处接收卫星下行信号的馈源202 ； 电机驱动器包括水平电机驱动器207、俯仰电机驱动器205和方位电机驱动器206 ；电机包括分别与水平电机驱动器207、俯仰电机驱动器205和方位电机驱动器206相连，且均与三轴机架203相连的水平电机211、俯仰电机213和方位电机212 ；传感器包括水平角速度传感器208、俯仰角速度传感器209、方位角速度传感器210、水平倾斜角传感器215、俯仰倾斜角传感器216。如图2所示，P⑶204包括顺次相连的信号输入单元2041、处理单元2042和信号输出单元2043 ；其中，信号输入单元2041与水平角速度传感器208、俯仰角速度传感器209、方位角速度传感器210、水平倾斜角传感器215、俯仰倾斜角传感器216均相连，用于接收这些传感器分别检测到的三轴机架203在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、 以及三轴机架203在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，并将三轴机架203在这三个角度方向上的角速度、三轴机架203在这两个角度方向上的偏转角度发送到处理单元2042 ；其中，方位角、俯仰角和水平角为空间直角坐标系中的三个角度方向，分别位于水平面内、第一竖直面内和第二竖直面内，这三个面之间相互正交；方位角在水平面内以正北方向为0度，沿顺时针方向递增，最大为360度；俯仰角在第一竖直面内以水平方向为0 度，沿朝向竖直向上的方向递增，竖直向上的方向为90度；水平角在垂直于水平面和第一竖直面的第二竖直面内，以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；其中，第一竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同，这样，第二竖直面在水平面上的投影就与方位角朝向正交了。处理单元2042用于，根据三轴机架203在三个角度方向上的角速度和在水平角、俯仰角两个角度方向上的偏转角度，确定水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，并将这三个反向运动信息发送到信号输出单元2043 ；信号输出单元2043与水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器均相连，用于将水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息分别发送到水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器，用于使这三个电机驱动器根据所接收的反向运动信息，分别控制水平电机、俯仰电机和方位电机带动三轴机架运动，以抵消载体带动三轴机架203的运动引起的反射面201的指向在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的改变量。这里，反射面201的指向为反射面所在的抛物面的轴线方向。另外，馈源202还可以将接收的卫星下行信号发送到P⑶204中的信号输入单元 2041，进而由信号输入单元2041将其发送到处理单元进行处理，该处理可以为将卫星下行信号发送给数字视频广播(DVB)调谐器，使其从中滤波解调得到DVB载波信息。进一步的，还可以在馈源202与信号输入单元2041之间设置下变频功率放大器，用于对馈源202 接收的卫星下行信号进行下变频和功率放大，进而将变频和功率放大后的卫星下行信号发送到图2中的信号输入单元2041。由于在三维空间内设置了水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向所构成的空间直角坐标系，精确地定义了三维空间中的每一个点的坐标，并利用水平角速度传感器、俯仰角速度传感器和方位角速度传感器来分别检测三轴机架在这三个角度方向上的角速度，利用水平倾斜角传感器和俯仰倾斜角传感器分别检测三轴机架在水平角和俯仰角两个角度方向上的偏转角度，从而使本实用新型中的处理单元2042通过信号输入单元2041及时地获得了三轴机架203在任一方向上的运动信息，这样，处理单元2042就可以根据这些运动信息来计算得到三个方向的反向运动信息，并通过信号输出单元2043发送给各电机驱动器，使其利用相应的反向运动信息来控制相应的电机带动三轴机架运动，最终抵消三轴机架在各方向上的运动所引起的反射面201的指向改变量，因此，本实用新型可以及时纠正反射面指向在方位角、俯仰角和水平角三个角度方向上的角度改变量，防止发生极化失配。如图2所示，天线机架还包括与三轴机架203相连以支撑三轴机架203的底座 217 ；上述的卫星天线可以进一步包括固定于底座217上用于产生磁信号的磁信号源、固定于三轴机架203上且与信号输入单元2041相连的霍尔传感器；这样，图2中的信号输入单元2041进一步用于，接收霍尔传感器随三轴机架203 到达磁信号源处、在磁信号的激励下产生的感应电信号，并将其发送处理单元2042 ；处理单元2042进一步用于，将接收到感应电信号时三轴机架203所在的位置作为方位角方向的基准位置。这里，三轴机架203所在的位置指的是此时其方位角的值。本实用新型利用固定于底座上作为水平角方向基准位置的磁信号源产生磁信号， 从而使霍尔传感器在到达磁信号源处时即向信号输入单元2041发送感应电信号，从而使与信号输入单元2041相连的处理单元2042及时获知、更新方位角方向的基准位置信息，这有利于本实用新型所提供的卫星天线校正三轴机架偏转的准确性和实时性。由此可见，本实用新型具有以下优点(1)本实用新型中，由于在三维空间内设置了水平角、俯仰角和方位角三个角度方向构成的空间直角坐标系，精确地定义了三维空间中的每一个点的坐标，并利用水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器以及水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器来分别检测三轴机架在这三个角度方向上的角速度、三轴机架在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，从而使PCU及时全面地获得了三轴机架在任一方向上的运动信息，这样，PCU就可以根据这些运动信息来计算得到三个方向的反向运动信息，并发送给各电机驱动器，使其利用相应的反向运动信息来控制相应的电机带动三轴机架运动，最终抵消载体带动的三轴机架的运动所引起的反射面指向的改变量并正常实现天线的搜索跟踪工作任务，因此，本实用新型可以及时补偿反射面的指向在方位角、俯仰角和水平角三个角度方向上的角度改变量，防止发生极化失配。(2)本实用新型可应用于卫星天线工作的整个过程中。(3)由于本实用新型能够在卫星天线工作的整个过程中及时校正三轴机架的偏转量，因此，该卫星天线能够稳定搜索和跟踪目标卫星，保证通信质量。(4)由于无刷直流伺服电机的调速性能要比步进电机好，在电机驱动器的控制下， 其运动比较快速而且精确，因而本实用新型中的各电机采用无刷直流伺服电机，可以精确地修正载体运动对反射面指向的影响，提高动态跟踪精度。(5)本实用新型利用固定于底座上作为方位角方向基准位置的磁信号源产生磁信号，从而使霍尔传感器在到达磁信号源处时即向信号输入单元发送感应电信号，从而使与信号输入单元相连的处理单元及时获知、更新方位角方向的基准位置信息，这有利于本实用新型所提供的卫星天线校正三轴机架偏转的准确性和实时性。(6)由于本实用新型是在三维空间立体坐标系统下利用陀螺仪、倾角仪等常用传感器来检测三轴机架的运动，进而校正三轴机架的偏转的，这些传感器无需很高的精度即可满足需求，相对于现有技术必须采用高精度传感器的情形，本实用新型大大降低了传感器的使用成本。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种卫星天线，该卫星天线与卫星进行通信；其特征在于，该卫星天线包括天线机架、天线机架控制器、电机驱动器、电机、传感器；所述天线机架包括反射面、馈源、三轴机架；所述电机驱动器包括水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器；所述电机包括水平电机、俯仰电机和方位电机；所述传感器包括水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器；其中，所述反射面固定于所述三轴机架上；以线性极化方式接收卫星下行信号的所述馈源固定于所述反射面的抛物面焦点处；所述三轴机架安装于载体上，与所述水平电机、俯仰电机和方位电机均相连，并在所述水平电机、俯仰电机和方位电机的带动下运动；所述水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、 俯仰倾斜角传感器均与所述天线机架控制器相连，分别将检测到的所述三轴机架在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度发送到所述天线机架控制器；其中，所述方位角、俯仰角和水平角为空间直角坐标系中的三个角度方向；所述方位角在水平面内以正北方向为0度，沿顺时针方向递增；所述俯仰角在第一竖直面内以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；所述水平角在垂直于所述水平面和第一竖直面的第二竖直面内，以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；其中，所述第一竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同；所述天线机架控制器与所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器均相连，用于根据所述三轴机架在所述三个角度方向上的角速度、在所述两个角度方向上的偏转角度，确定水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，并将三者分别发送到所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器；所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器分别与所述水平电机、俯仰电机和方位电机相连，分别根据所述水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，驱动所述水平电机、俯仰电机和方位电机带动所述三轴机架运动，以分别抵消所述载体带动所述三轴机架的运动引起的所述反射面的指向在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向的改变量；所述反射面的指向为反射面所在的抛物面的轴线方向。
2.根据权利要求1所述的卫星天线，其特征在于，所述天线机架还包括与所述三轴机架相连以支撑所述三轴机架的底座；所述卫星天线还包括固定于所述底座上产生磁信号的磁信号源、固定于所述三轴机架上且与所述天线机架控制器相连的霍尔传感器；所述霍尔传感器随所述三轴机架转动到达所述磁信号源处，在所述磁信号的激励下产生感应电信号，并将所述感应电信号发送到所述天线机架控制器；所述天线机架控制器将接收到所述感应电信号时所述三轴机架的位置作为方位角方向的基准位置。
3.根据权利要求1或2所述的卫星天线，其特征在于，所述水平电机为无刷直流伺服电机；和/或，所述俯仰电机为无刷直流伺服电机；和/或，所述方位电机为无刷直流伺服电机。
4.根据权利要求1或2所述的卫星天线，其特征在于，所述俯仰角速度传感器为陀螺仪；和/或，所述方位角速度传感器为陀螺仪；和/或，所述水平角速度传感器为陀螺仪；和 /或，所述水平倾斜角传感器为倾角仪；和/或，所述俯仰倾斜角传感器为倾角仪。
5.一种天线机架控制器，该天线机架控制器位于一与卫星进行通信的卫星天线中，该卫星天线还包括天线机架、电机驱动器、电机、传感器；所述天线机架包括安装于载体上的三轴机架、固定于所述三轴机架上的抛物面形反射面、固定于所述反射面焦点处接收卫星下行信号的馈源；所述电机驱动器包括水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器；所述电机包括分别与所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器相连，且均与所述三轴机架相连的水平电机、俯仰电机和方位电机；所述传感器包括水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器；其特征在于，所述天线机架控制器包括顺次相连的信号输入单元、处理单元和信号输出单元；所述信号输入单元与所述水平角速度传感器、俯仰角速度传感器、方位角速度传感器、 水平倾斜角传感器、俯仰倾斜角传感器均相连，接收其分别检测到的所述三轴机架在水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向上的角速度、在水平角和俯仰角这两个角度方向上的偏转角度，并将所述三个角度方向上的角速度、所述两个角度方向上的偏转角度发送到所述处理单元；其中，所述方位角、俯仰角和水平角为空间直角坐标系中的三个角度方向；所述方位角在水平面内以正北方向为0度，沿顺时针方向递增；所述俯仰角在第一竖直面内以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；所述水平角在垂直于所述水平面和第一竖直面的第二竖直面内，以水平方向为0度，沿朝向竖直向上的方向递增；其中，所述第一竖直面在水平面上的投影与方位角朝向相同；所述处理单元用于，根据所述三轴机架在所述三个角度方向上的角速度、所述两个角度方向上的偏转角度，确定水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息，并将其发送到所述信号输出单元；所述信号输出单元与所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器均相连，将所述水平反向运动信息、俯仰反向运动信息、方位反向运动信息分别发送到所述水平电机驱动器、俯仰电机驱动器和方位电机驱动器，使其根据所接收的反向运动信息，分别控制所述水平电机、俯仰电机和方位电机带动所述三轴机架运动，以分别抵消所述载体带动所述三轴机架的运动引起的所述反射面的指向在所述水平角、俯仰角和方位角这三个角度方向的改变量；所述反射面的指向为反射面所在的抛物面的轴线方向。
6.根据权利要求5所述的天线机架控制器，其特征在于，所述天线机架还包括与所述三轴机架相连以支撑所述三轴机架的底座；所述卫星天线还包括固定于所述底座上产生磁信号的磁信号源、固定于所述三轴机架上且与所述信号输入单元相连的霍尔传感器；所述信号输入单元进一步用于，接收所述霍尔传感器随所述三轴机架转动到达所述磁信号源处、在所述磁信号的激励下产生的感应电信号，并将其发送所述处理单元；所述处理单元进一步用于，将接收到所述感应电信号时所述三轴机架所在的位置作为所述方位角方向的基准位置。
专利摘要本实用新型涉及一种卫星天线、一种天线机架控制器。该卫星天线中，馈源固定于抛物形反射面的焦点处；本实用新型设置了水平、俯仰和方位三个相互垂直的角度方向，由与天线机架控制器相连的传感器检测三轴机架在水平、俯仰、方位角度方向的角速度以及在水平、俯仰两个角度方向的偏转角度，天线机架控制器根据上述运动信息，计算出能使天线不受载体运动影响的上述三个方向的反向运动信息，分别发送到相应电机驱动器，使其分别根据相应反向运动信息，驱动相应电机带动三轴机架运动，以抵消载体的运动引起的反射面的指向的改变量。本实用新型能及时补偿反射面的指向在方位角、俯仰角和水平角三个角度方向上的角度改变量，防止发生极化失配。
文档编号H01Q3/02GK202142644SQ201120191110
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者刘昕超, 孙卓越, 张忠艳, 曲腾飞, 曹磊, 王世禄, 王堤, 范文阳, 赵勇, 韦要, 马林, 高杨 申请人:北京大唐中和电子技术有限公司