用于从低地球轨道卫星接收数据的天线的制作方法

本发明涉及馈源运动天线装置，其设计为用于从太空中的低地球轨道卫星接收地球观测数据流。

背景技术：

目前，本领域已知各种各样的地面卫星天线结构。反射天线是卫星天线中最广泛使用的类型。

馈源运动天线(带有可移动的反射器)是一种用于机械或机电天线的广泛使用的结构，用于接收来自卫星的信号。但是，该解决方案需要用于移动整个天线结构的复杂机构。

此外，可以通过移动带有固定安装的天线反射器的馈源来完成扫描。该解决方案提供了简化的天线结构，具有增强的移动性和多功能性。

例如，us5751254a公开了一种用于跟踪来自对地静止轨道的卫星的多波束天线的馈源运动机构和控制系统。在现有技术的天线中，馈源沿着天线的非平面焦点面移动。此外，通过在轨道上沿着天线的非平面焦点面移动馈源，可以在某种程度上跟踪卫星。

现有技术结构的缺点是天线包括两个反射器和多个馈源，因此显著增加了天线结构的重量。为两个反射器和移动馈源的装置提供支撑结构的天线框架进一步增加了结构的重量；此外，框架是复杂的并且难以组装和安装。还应该注意的是，在使用多个馈源时，接收到的信号可能包含噪声。

此外，cn201838708u公开了一种快速架设和收拢的便携式抛物面卫星接收天线，其包括天线反射面板，馈源高频头组合件及其各自的支撑和调节机构。现有技术的天线紧凑、实用、易于携带并且可以在现场使用。

然而，现有技术的天线不包括用于馈源或天线反射器的自动位置重调；因此，该系统需要专家进行现场访问，以便将天线重定向到不同的位置。此外，馈源的可移动性不能充分利用整个可用的天线反射器孔径。

在用于地球站和卫星之间通信的天线系统(us6204822b1)中解决了上述一些缺陷。该天线系统用于与近地和中地球轨道卫星通信，并且包括在微波和毫米波频带中工作的宽带卫星通信系统。该天线系统采用一个或多个球形反射器(每个为截头球形表面)以及相互作用并提供机械扫描的可移动馈源。馈源由两轴定位器驱动。

现有技术天线的缺点在于定位器轴相对于反射器平面布置在几个平面中；因此，在移动馈源时，控制定位器变得更加困难，从而增加了扫描错误的风险。此外，当使用一个天线时，由于为球形反射器的天线反射器形状的特征在于有很高的高度，并且定位器结构仅为球形反射器提供了部分表面暴露，因此在短时间内仅扫描一小段卫星轨迹。当使用多个天线反射器时，结构重量增加并且安装天线系统的过程变得更加复杂。

由于宽的天线孔径，长焦反射器被认为最适合从太空中的低地球轨道卫星接收高速地球观测数据流。但是，所述反射器需要更精确的计算和反射器调谐。可移动的馈源提供了解决此问题的方法。然而，现有技术的馈源运动天线结构缺少与长焦反射器相互作用并提供从太空接收高质量数据所需的馈源定位器。此外，目前感兴趣的是提供一种技术上简单的天线结构，其易于安装并且不需要专家进行现场拜访。

因此，需要这样一种提供简单的组装、安装和维护以及增强的通用性的结构，以允许以独立模式跟踪和接收来自目前广泛使用(例如，用于生态监测和基础设施监测)的低地球轨道卫星的信号。

鉴于前述内容，本发明的目的是提供一种易于安装的天线，用于从低地球轨道卫星接收数据，该天线具有以独立模式从最大可能的卫星轨迹部分提供信号接收的结构。

技术实现要素：

本发明的目的通过一种用于从低地球轨道卫星接收数据的天线来实现，该天线包括固定安装的天线反射器、可移动的馈源、配置成在天线反射器的焦点平面内移动馈源的馈源定位器、馈源定位器具有主旋转轴和辅助旋转轴、以及配置成将控制信号发送到馈源定位器的控制装置。馈源定位器的主旋转轴穿过天线反射器的中心，并且主旋转轴垂直于天线反射器的焦点平面；馈源定位器的辅助旋转轴与主旋转轴平行。馈源定位器包括等臂结构，该等臂结构包括第一臂和第二臂，并且每个臂布置在垂直于主旋转轴和辅助旋转轴的平面中。第一臂在其一端连接至主旋转轴并适于围绕主旋转轴旋转，馈源连接至第二臂的一端，并且第一臂和第二臂在辅助旋转轴处彼此连接并且适于相对于彼此旋转。天线反射器的直径为至少1.5m，天线反射器的焦距为至少1.0m。

本发明提供了一种技术简单、易于安装的结构，该结构通过长焦天线提供从太空接收高质量的数据。此外，本发明有助于用于天线系统的更宽阵列的结构。

通过配置用于从低地球轨道卫星接收数据的天线来获得技术效果，其中，馈源定位器的主旋转轴穿过天线反射器的中心，并且垂直于天线反射器的焦点平面；馈源定位器的辅助旋转轴与主旋转轴平行。馈源定位器包括等臂结构，各臂布置在垂直于主旋转轴和辅助旋转轴的平面中，其中第一臂在其一端连接至主旋转轴，并适于围绕主轴旋转，馈源连接到第二臂的一端，其中第一臂和第二臂在辅助旋转轴处彼此连接并且适于相对于彼此旋转，并且其中天线反射器的直径为至少1.5m，并且天线反射器的焦距为至少1.0m。

对于本领域技术人员显而易见的是，为了提供高质量的数据接收/传输，应将移动的馈源布置在天线反射器的焦点平面上。宽孔长焦反射器的焦点平面通常平行于天线平面，即表征天线配置的平面。由于馈源定位器的主旋转轴穿过天线反射器的中心并垂直于天线反射器的焦点平面，而辅助旋转轴平行于主旋转轴，并且由于定位器的臂位于垂直于主旋转轴和辅助旋转轴的平面上，因此定位器能够在焦点平面上移动馈源。

此外，通过所提供的主旋转轴和辅助旋转轴的布置以及等臂结构提供了馈源可以既位于焦点又位于焦点平面的任何点的布置，其中第一臂在一端连接到主旋转轴并适于绕主轴旋转，馈源连接到第二臂的一端，并且第一臂和第二臂适于在臂之间的连接点处相对于彼此旋转，所述点位于辅助旋转轴处。因此，所提供的天线能够使用天线反射器的整个平面，而不会出现死区，这提供了通过长焦天线从空间接收的高质量信息。

天线的最佳尺寸如下：天线反射器的直径为至少1.5m，天线反射器的焦距为至少1.0m。这样的尺寸允许从低地球轨道卫星接收高速信息数据流，同时还提供了较低的天线重量和运输便利性。

此外，由于将天线反射器安装在固定位置(相对于地球表面静止)，即天线中没有用于定位天线反射器的机构，这排除了大量的组件，因此提出的天线更易于制造，进一步简化了结构并提供了更方便的天线运输。此外，天线易于安装在任何表面上。

同样重要的是，馈源通过控制装置移动，该控制装置构造成将控制信号发送到馈源定位器。控制装置允许将馈源精确地引导到焦点平面中的所需位置，并且还允许通过移动馈源来跟踪最大可能的卫星轨迹部分。独立的馈源操作能力不需要专家现场拜访，从而简化了天线维护。

根据一个实施方式，天线反射器相对于地球表面固定在水平面中。由于影响结构的力的均匀分布，提出的天线反射器布置简化了安装过程，并有助于结构安全性和耐用性。此外，天线反射器的水平位置允许缩放(例如，放大)其直径，而不会显著增加天线固定组件的重量，也不会增加组件的费用。提供的解决方案旨在使用反射器的表面时提供最大的效率。

根据另一实施方式，馈源定位器的辅助旋转轴布置在天线反射器内。定位器的臂在位于辅助旋转轴上的点处相互接合，使馈源可以进入焦点平面上的任何所需点。将辅助旋转轴定位在天线反射器的边界之外是不切实际的。此外，将所述轴定位在天线反射器的边界内导致定位器的等臂结构中的金属用量的减少，并且因此导致结构的重量减轻。

根据另一实施方式，馈源配置为执行曲线运动。定位器结构允许以各种方式(包括曲线运动)将馈源移动到焦点平面上的任何点，其中馈源的曲线运动有助于实现其最佳轨迹。

根据另一实施方式，天线包括安装在天线反射器和馈源定位器上方的透射线的盖子(radiotransparentcover)。盖子可以保护天线的机械和电气部件免受对数据接收质量产生重大影响的降水(例如雨水)的影响。此外，透射线的盖子可以是馈源定位器的支撑结构的一部分。

根据另一实施方式，天线在x频带中操作。x频带允许从低地球轨道卫星接收数据。此外，在上述范围内操作的小尺寸天线易于制造并且便于运输，从而简化了天线的使用。

根据另一实施方式，馈源定位器包括适于驱动馈源定位器的组件的驱动器。该解决方案允许移动馈源定位器的臂，因此允许移动馈源。

根据另一实施方式，控制装置配置为基于预定的控制模式来控制馈源定位器。如果已知位于天线接收区域内的卫星的时间间隔和运动轨迹，则可以预先定义焦点平面中的馈源运动轨迹。因此，基于定义的控制模式的馈源定位器提供了自动化的结构。

优选地，天线反射器的直径为2.0m，并且天线反射器的焦距为1.4m。这样的尺寸允许从低地球轨道卫星接收高速的信息数据流，同时还保持了低天线重量和易于运输。

通过所提供的从低地球轨道卫星接收数据的天线，该目的通过一种用于接收数据的方法进一步实现，该方法包括经由控制装置接收关于即将到来的卫星的信号、将控制信号从控制装置发送到馈源定位器、以及根据控制信号通过定位器相对于天线反射器移动馈源。馈源在至少一个时间间隔内移动，在该时间间隔内第一臂和/或第二臂旋转。

所提供的方法的技术结果是在使用天线进行扫描的过程中增加了覆盖面积，同时进一步提供了较高的卫星数据接收精度。

根据一个实施方式，控制信号基于预定控制模式提供馈源的运动。

因此，所提供的天线结构允许通过使用长焦天线反射器和相对于反射器移动的馈源来从尽可能宽的卫星轨迹部分接收信号。所提出的定位器结构可在焦点平面上提供稳定和平稳的馈源运动，从而可以从低地球轨道卫星接收高分辨率的高速地球观测数据流。此外，所提供的天线符合所有结构安全性和耐用性要求，技术简单且易于安装。

附图说明

参考附图在下面的详细描述中进一步解释本发明，其中：

图1示出了根据本发明一个实施方式的天线结构的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施方式的具有透射线的盖子的天线；

图3示出了天线从活动的远程地球感测卫星接收的图像的示例。

具体实施方式

所提出的用于从低地球轨道卫星接收数据的天线包括具有可移动馈源的长焦天线反射器。

用于从低地球轨道卫星接收数据的天线(图1)包括固定安装的天线反射器1，该反射器具有抛物面形状并具有较大的孔径(长焦距天线反射器)。该天线还包括可移动的馈源2和配置成使馈源2在天线反射器1的焦点平面4中移动的馈源定位器3。馈源2的结构不包括现有技术中使用的对向反射器(counter-reflector)，因此减小了天线反射器1的堵塞。天线还包括配置为向馈源定位器发送控制信号的控制装置(未示出)。在该实施方式中，天线反射器1是抛物面反射器，并且通过构成天线支撑结构的一部分的支腿5安装在表面上。支撑结构还包括保持馈源2定位器3的框架6(图2)。

在其他实施方式中，天线反射器可以具有修改的形状，并且可以以不同的方式(例如通过悬挂或安装在支撑件上)固定地安装。

抛物面反射器在焦距与孔径直径的比(f/d)上特别不同。长焦天线是f/d比大于0.5的天线，而短焦天线是f/d比小于0.3的天线。相应地，焦距又与反射器深度相关，即，焦距越小，反射器越深。反射器的深度对天线的电参数有重要影响。与深的反射器相比，较小的反射器进给更均匀，这有助于更高的放大系数。

通过包括主旋转轴7和辅助旋转轴8的定位器3，实现了提供技术上简单、易于安装的结构的技术结果，该结构可通过长焦天线从太空接收高质量的数据，其中，馈源2定位器3的主旋转轴7穿过天线反射器1的中心并垂直于天线反射器1的焦点平面，而馈源2定位器3的辅助旋转轴8平行于主旋转轴7。

通过包括等臂结构9的馈源2定位器3进一步获得技术结果，其每个臂布置在垂直于主旋转轴7和辅助旋转轴8的平面中。第一臂11在其一端连接到主旋转轴7，并适于围绕主轴7旋转，馈源2连接到第二臂12的一端，其中第一臂11和第二臂12适于在所述臂之间的连接点处相对于彼此旋转，所述点位于辅助旋转轴8处。天线反射器1的直径为至少1.5m，并且天线反射器1的焦距为至少1.0m。

宽孔长焦反射镜的焦点平面通常平行于天线平面。由于馈源2定位器3的主旋转轴7穿过天线反射器1的中心并且垂直于天线反射器1的焦点平面4，并且辅助旋转轴8平行于主旋转轴7，并且由于定位器3的臂11、12布置在垂直于主旋转轴7和辅助旋转轴8的平面中，因此定位器3能够使馈源2在焦点平面4中移动。

此外，所提供的主旋转轴7和辅助旋转轴8以及等臂结构的布置提供了馈源2既可以位于焦点也可以位于焦点位置4的任何点的布置，其中，第一臂11在其一端连接到主旋转轴7，并且适于围绕主轴7旋转，馈源2连接到第二臂12的一端，其中第一臂11和第二臂12适于在所述臂之间的连接点处相对于彼此旋转，所述点位于辅助旋转轴8上。因此，这种布置允许使用天线反射器的整个平面，而不会出现死区，这提供了通过长焦天线从空间接收的高质量信息。

天线的最佳尺寸如下：天线反射器的直径为至少1.5m，天线反射器的焦距为至少1.0m。这样的尺寸旨在实现最低可能的天线反射器给进损耗(feedloss)，并允许从低地球轨道卫星接收高速信息数据流。此外，所公开的天线尺寸提供了轻便且易于运输的装置。

还需要注意的是，通过控制装置(未示出)移动馈源，该控制装置构造成将控制信号发送到馈源4定位器3。控制装置允许将馈源4精确地引导至焦点平面4中的所需位置，并且还允许通过移动馈源2来跟踪最大可能的卫星轨迹部分。独立的馈源4操作能力不需要专家的现场拜访就可以简化天线的维护。

由于将天线反射器安装在固定位置(相对于地球表面静止)，因此所提出的天线更易于制造，即天线中没有用于定位天线反射器的机构，这排除了大量的组件，进一步简化了结构并提供了更方便的天线运输。此外，天线易于安装在任何表面上。

天线反射器1的优选定向相对于地球表面固定地安装在水平面中。所提供的天线反射器1的布置简化了安装过程，并且由于影响结构的力的均匀分布而有助于结构的安全性和耐用性。此外，天线反射器1的水平定位允许缩放(例如，放大)其直径，而不会显著增加天线固定组件的重量，也不会增加组件的费用。所公开的解决方案旨在使用反射器的表面时提供最大的效率。

本发明的另一个重要特征是馈源定位器的辅助旋转轴8在天线反射器1内的定位。定位器3的臂11、12在位于辅助旋转轴8处的点处彼此接合，从而使馈源4能够接近焦点平面上的任何所需的点。将辅助旋转轴8定位在天线反射器1外部是不切实际的。此外，将所述轴定位在天线反射器1内导致定位器3的等臂结构9中的金属用量的减少，并且因此导致结构的重量减轻。

此外，馈源可以执行其线性和/或曲线运动。定位器结构允许将馈源2移动到焦点平面4上的任何点。馈源2的曲线运动有助于实现其最佳轨迹。

为了保护天线的机械和电气部件免受对数据接收质量产生重大影响的降水的影响，在某些实施方式中，使用了安装在天线反射器1和馈源2定位器3上方的透射线的盖子13。此外，透射线的盖子13可以是馈源定位器的支撑结构的一部分。在优选的实施方式中，盖子由在x频带中的数据损失最小的塑料或树脂玻璃(plexiglas)制成。

提供从低地球轨道卫星接收数据的最合适的频带是x频带。此外，在上述范围内操作的小尺寸天线易于制造、便于运输，从而简化了天线的使用。

为了移动定位器并因此移动馈源，可以在等臂结构的连接点处使用驱动器，所述点位于主轴和辅助轴上。该解决方案允许同时和单独移动定位器的臂，从而提供精确的馈源定位。

设想了一个实施方式，其中控制装置被配置为基于预定的控制模式来控制馈源定位器。如果已知位于天线接收区域内的卫星的时间间隔和运动轨迹，则可以预先确定焦点平面中的馈源运动轨迹。因此，基于预定控制模式的馈源定位器提供了自动化的结构。

可以如下所述地通过天线从低地球轨道卫星接收数据。当没有安装天线时，将天线运送到安装区域，并以捕获所需卫星轨迹的方式定位天线反射器1。然后安装天线框架6，并且在其上安装定位机构3和馈源2。当卫星接近时，控制装置(未示出)接收到关于正在接近的卫星的信号；然后，控制信号从控制装置发送到馈源2定位器3。然后，根据控制信号通过定位器3相对于天线反射器1移动馈源2。馈源2在至少一个时间间隔内移动，在该时间间隔内，第一臂11和/或第二臂12旋转以提供线性和/或曲线的馈源运动。

所公开的用于通过天线接收数据的方法提供了以下技术结果：在使用天线进行扫描期间增加了覆盖面积，同时还提供了高的卫星数据接收精度。

进一步设想到，控制信号基于预定的控制模式通过定位器提供馈源运动。例如，在这种情况下，通过以任何所需的方式同时或相继地旋转第一臂和第二臂，在设定的时间移动馈源，以根据需要定位馈源。

在优选的实施方式中，用于从低地球轨道卫星接收数据的天线应包括f/d比等于或大于0.6的长焦反射器。这种配置允许仅利用反射器的焦点平面中的平行馈源运动来控制束扫描，从而最大程度简化了运动图。直径为2m、焦距为1.4m的天线反射器可以最好地满足上述参数；另外，x频段波长馈源旋转区域半径高达0.5m。这样的天线参数允许在较短的天顶轨迹段(约30秒，对应于200km的轨迹距离)内跟踪低地球轨道的卫星(在地球表面上方约600-650km)，以接收来自太空的高速(高达500mbit/s)地球表面信息数据流，提供具有1米或更高空间分辨率的地球表面图像。在所公开的实施方式中，天线服务于距安装点半径为100-150km的局部区域。这种天线配置可提供最佳的数据接收参数，同时保持紧凑的天线尺寸。

应当注意，本发明可以用于各种应用中，包括紧急情况、教育计划、生态监测、本地(区域)天气预报、林业、农业、基础设施监测(监测建筑物、道路、石油和天然气管道等)、物流服务等。

为了证明天线的功能，图3示出了2016年12月7日在莫斯科由本发明的用于接收本数据的天线从terra卫星接收到的图像。

因此，所提供的天线结构允许通过使用长焦天线反射器和相对于该反射器可移动的馈源来从尽可能宽的卫星轨迹部分接收信号。所提供的定位器结构可在焦点平面上提供稳定和平稳的馈源运动，从而可以从低地球轨道卫星接收高分辨率的高速地球观测数据流。所提供的天线符合所有结构安全性和耐用性要求，技术简单且易于安装。

本发明不限于通过示例方式在说明书中公开的特定实施方式；本发明包括落入所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有可能的修改和替代实施方式。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于从低地球轨道卫星接收数据的天线，所述天线包括：

固定安装的天线反射器，

可移动的馈源，

馈源定位器，其配置为在所述天线反射器的焦点平面内移动所述馈源，所述馈源定位器具有主旋转轴和辅助旋转轴，以及

控制装置，其配置为向所述馈源定位器发送控制信号，

所述馈源定位器包括第一臂和第二臂，

所述馈源连接到所述第二臂的一端，以及

所述第一臂和所述第二臂在所述辅助旋转轴处彼此连接并且适于相对于彼此旋转，以及

其中，所述第一臂在其一端连接至所述主旋转轴，并适于围绕所述主旋转轴旋转，其特征在于，

所述馈源定位器的主旋转轴穿过所述天线反射器的中心，并且所述主旋转轴垂直于所述天线反射器的焦点平面，所述馈源定位器的辅助旋转轴与主旋转轴平行；

所述第一臂和所述第二臂形成等臂结构，每个臂布置在垂直于所述主旋转轴和所述辅助旋转轴的平面中；

其中，所述天线反射器的直径为至少1.5m，并且所述天线反射器的焦距为至少1.0m。

2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线反射器相对于地球表面固定在水平面中。

3.根据权利要求1或2所述的天线，其中，所述馈源定位器的辅助旋转轴布置在所述天线反射器内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其中，所述馈源配置为执行曲线运动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线，还包括安装在所述天线反射器和所述馈源定位器上方的透射线的盖子。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线，其中，所述天线在x频带中操作。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线，其中，所述馈源定位器包括适于驱动所述馈源定位器的组件的驱动器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线，其中，所述控制装置配置为基于预定的控制模式来控制所述馈源定位器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线，其中，所述天线反射器的直径为2.0m，并且所述天线反射器的焦距为1.4m。

10.一种通过权利要求1所述的用于从低地球轨道卫星接收数据的天线接收数据的方法，包括：

-通过控制装置接收关于即将到来的卫星的信号，

-从控制装置向馈源定位器发送控制信号，

-根据控制信号通过定位器相对于天线反射器移动馈源，

其中，在第一臂和/或第二臂旋转的至少一个时间间隔内移动馈源。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，控制信号基于预定的控制模式来提供馈源的运动。