一种摇摆平台下的天线极化稳定装置及方法与流程

1.本发明属于天线极化稳定控制技术领域，特别是一种摇摆平台下的天线极化稳定装置及方法。


背景技术：

2.以线极化工作方式的测量雷达、通讯设备等在摇摆平台下工作时，平台的姿态变化会对天线电轴形成旋转效应，导致极化失配，恶化测量误差。
3.目前常规的解决办法是通过方位-俯仰-交叉三轴天线叉架，利用坐标变换解算出极化失配角后，然后通过电机控制交叉轴旋转实现极化稳定。这种方法无法补偿方位俯仰叉架结构的变形、轴系安装误差以及平台姿态角误差所带来的极化失配角度，存在较大的补偿剩余；同时由于结构形变过程的弹性导致极化失配修正存在延时，恶化实时性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种控制精度高、响应速度快的摇摆平台下的天线极化稳定装置及方法。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种摇摆平台下的天线极化稳定装置，在方位-俯仰-交叉三轴天线支架的基础上，在交叉轴上增加极化稳定装置；
6.所述极化稳定装置包括姿态仪和位置传感器，通过姿态仪和位置传感器实时测量极化失配角，利用交叉轴上的电机带动馈源对天线极化进行旋转修正，使天线极化与大地保持相对稳定。
7.进一步地，所述极化稳定装置由姿态仪及安装基准面、电机、齿轮、位置传感器、控制电路、馈源、极化稳定平台、数据接口构成。
8.进一步地，所述交叉轴和馈源同轴设计，并同步旋转。
9.进一步地，所述姿态仪固定在安装基准面上，用于实时测量安装基准面相对大地的偏角θ1，位置传感器固定在交叉轴上，用于实时测量极化稳定平台的角度位置θ2。
10.进一步地，所述姿态仪、位置传感器通过数据接口与控制电路相连，并将安装基准面和极化稳定平台的角度数据实时发送至控制电路。
11.进一步地，所述控制电路将偏角θ1和θ2做减法运算后将角误差θ1－θ2通过数据线送至电机，电机通过齿轮带动极化稳定平台旋转，角误差θ1－θ2趋近于0时，表明交叉轴的位置修正到和大地一致的角度上。
12.进一步地，所述控制电路连续读取偏角θ1和θ2，并持续控制电机的旋转，在实时控制条件下实现天线极化与大地保持相对固定，实现极化稳定。
13.一种摇摆平台下的天线极化稳定方法，包括以下步骤：
14.步骤s1，在方位-俯仰-交叉三轴天线支架的交叉轴上安装位置传感器，实时测量交叉轴旋转角度值，馈源和交叉轴同轴设计，并同步旋转；
15.步骤s2，在俯仰轴所在安装基准面上安装姿态仪，姿态仪实时测量安装基准面相
对大地的偏转角度；
16.步骤s3，利用控制电路实时读取姿态仪的偏转角度值和交叉轴旋转角度值，两个角度值之差作为角误差控制交叉轴上的电机，电机通过齿轮带动交叉轴和馈源旋转，实现馈源极化偏转角度的修正；
17.步骤s4，重复执行步骤s3，实现极化偏转角度的实时修正，达到极化稳定。
18.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
19.（1）控制精度高：可实现的精度不受三轴天线叉架结构形变、方位轴、俯仰轴安装误差的影响；
20.（2）响应速度快：仅对交叉轴进行控制，不受方位俯仰叉架结构形变及回弹过程带来的响应滞后；
21.（3）控制系统实现简单，且运算量较小、体积较小，便于系统的小型化设计。
附图说明
22.图1为本发明摇摆平台下的天线极化稳定装置的结构示意图
23.图2为本发明中天线极化稳定装置的结构示意图。
24.图3为本发明摇摆平台下的天线极化稳定方法的流程图。
具体实施方式
25.本发明提出了一种摇摆平台下的天线极化稳定装置及方法，用于线极化工作方式的测量雷达、通讯设备等在舰船、飞机等运动平台下的极化稳定控制。
26.本发明一种摇摆平台下的天线极化稳定装置，在方位-俯仰-交叉三轴天线支架1的基础上，在交叉轴2上增加极化稳定装置3；
27.所述极化稳定装置3包括姿态仪4和位置传感器8，通过姿态仪4和位置传感器8实时测量极化失配角，利用交叉轴2上的电机6带动馈源10对天线极化进行旋转修正，使天线极化与大地保持相对稳定。
28.作为一种具体示例，所述极化稳定装置3由姿态仪4及安装基准面5、电机6、齿轮7、位置传感器8、控制电路9、馈源10、极化稳定平台11、数据接口12构成。
29.作为一种具体示例，所述交叉轴2和馈源10同轴设计，并同步旋转。
30.作为一种具体示例，所述姿态仪4固定在安装基准面5上，用于实时测量安装基准面5相对大地的偏角θ1，位置传感器8固定在交叉轴2上，用于实时测量极化稳定平台11的角度位置θ2。
31.作为一种具体示例，所述姿态仪4、位置传感器8通过数据接口12与控制电路9相连，并将安装基准面5和极化稳定平台11的角度数据实时发送至控制电路9。
32.作为一种具体示例，所述控制电路9将偏角θ1和θ2做减法运算后将角误差θ1－θ2通过数据线送至电机6，电机6通过齿轮7带动极化稳定平台11旋转，角误差θ1－θ2趋近于0时，表明交叉轴2的位置修正到和大地一致的角度上。
33.作为一种具体示例，所述控制电路9连续读取偏角θ1和θ2，并持续控制电机6的旋转，在实时控制条件下实现天线极化与大地保持相对固定，实现极化稳定。
34.本发明还提供一种摇摆平台下的天线极化稳定方法，包括以下步骤：
35.步骤s1，在方位-俯仰-交叉三轴天线支架1的交叉轴2上安装位置传感器8，实时测量交叉轴2旋转角度值，馈源10和交叉轴2同轴设计，并同步旋转；
36.步骤s2，在俯仰轴所在安装基准面5上安装姿态仪4，姿态仪4实时测量安装基准面5相对大地的偏转角度；
37.步骤s3，利用控制电路9实时读取姿态仪4的偏转角度值和交叉轴2旋转角度值，两个角度值之差作为角误差控制交叉轴2上的电机6，电机6通过齿轮7带动交叉轴2和馈源10旋转，实现馈源10极化偏转角度的修正；
38.步骤s4，重复执行步骤s3，实现极化偏转角度的实时修正，达到极化稳定。
39.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
40.实施例
41.图1为本实施例中的天线极化稳定装置的示意图。结合图1，天线极化稳定装置在方位-俯仰-交叉三轴天线支架1的基础上，在交叉轴2上增加极化稳定装置3。
42.结合图1、图2，极化稳定装置3由姿态仪4及安装基准面5、电机6、齿轮7、位置传感器8、控制电路9、馈源10、极化稳定平台11、数据接口12构成。
43.姿态仪4固定在安装基准面5上，可以实时测量安装基准面5相对大地的偏角θ1，位置传感器8固定在交叉轴2上，可以实时测量极化稳定平台11的角度位置θ2。
44.姿态仪4、位置传感器8通过数据接口12与控制电路9相连，并实时向控制电路9发送安装基准面5和极化稳定平台11的角度数据，控制电路9将偏角θ1和θ2做减法运算后将角误差θ1－θ2通过数据线送至电机6，电机6通过齿轮7带动极化稳定平台11旋转，同轴安装的馈源10与交叉轴2同步旋转，将角误差θ1－θ2近似为0时，即表明交叉轴2的位置修正到和大地一致的角度上，在实时控制条件下，实现与大地保持相对固定，实现极化稳定。为保证实时性，控制电路9需要连续读取偏角θ1和θ2并持续控制电机6的旋转。
45.图3为摇摆平台下的天线极化稳定方法的流程图：
46.在方位-俯仰-交叉三轴天线支架1的交叉轴2上安装位置传感器8，实时测量交叉轴2旋转角度值，馈源10和交叉轴2同轴设计，并同步旋转；
47.在俯仰轴所在安装基准面5上安装姿态仪4，姿态仪4实时测量安装基准面5相对大地的偏转角度；
48.利用控制电路9实时读取姿态仪4的偏转角度值和交叉轴2旋转角度值，两个角度值之差作为角误差控制交叉轴2上的电机6，电机6通过齿轮7带动交叉轴2和馈源10旋转，实现馈源10极化偏转角度的修正；重复执行本步骤，实现极化偏转角度的实时修正，达到极化稳定。
49.综上所述，本发明摇摆平台下的天线极化稳定装置，通过角度传感器和位置传感器实时测量极化失配角，利用交叉轴电机带动馈源对天线极化进行旋转修正，使其极化与大地保持相对稳定。本发明通过角度传感器和控制电路实现极化稳定，无需获取天线方位角、俯仰角以及平台的姿态角度信息等多个中间环节，可有效降低现有极化稳定系统的设备量，提高极化稳定系统的响应速度和控制精度，适用于测量雷达在摇摆平台下实现极化的稳定控制。

技术特征：
1.一种摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，在方位-俯仰-交叉三轴天线支架（1）的基础上，在交叉轴（2）上增加极化稳定装置（3）；所述极化稳定装置（3）包括姿态仪（4）和位置传感器（8），通过姿态仪（4）和位置传感器（8）实时测量极化失配角，利用交叉轴（2）上的电机（6）带动馈源（10）对天线极化进行旋转修正，使天线极化与大地保持相对稳定。2.根据权利要求1所述的摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，所述极化稳定装置（3）由姿态仪（4）及安装基准面（5）、电机（6）、齿轮（7）、位置传感器（8）、控制电路（9）、馈源（10）、极化稳定平台（11）、数据接口（12）构成。3.根据权利要求2所述的摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，所述交叉轴（2）和馈源（10）同轴设计，并同步旋转。4.根据权利要求3所述的摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，所述姿态仪（4）固定在安装基准面（5）上，用于实时测量安装基准面（5）相对大地的偏角θ1，位置传感器（8）固定在交叉轴（2）上，用于实时测量极化稳定平台（11）的角度位置θ2。5.根据权利要求4所述的摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，所述姿态仪（4）、位置传感器（8）通过数据接口（12）与控制电路（9）相连，并将安装基准面（5）和极化稳定平台（11）的角度数据实时发送至控制电路（9）。6.根据权利要求5所述的摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，所述控制电路（9）将偏角θ1和θ2做减法运算后将角误差θ1－θ2通过数据线送至电机（6），电机（6）通过齿轮（7）带动极化稳定平台（11）旋转，角误差θ1－θ2趋近于0时，表明交叉轴（2）的位置修正到和大地一致的角度上。7.根据权利要求6所述的摇摆平台下的天线极化稳定装置，其特征在于，所述控制电路（9）连续读取偏角θ1和θ2，并持续控制电机（6）的旋转，在实时控制条件下实现天线极化与大地保持相对固定，实现极化稳定。8.一种摇摆平台下的天线极化稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，在方位-俯仰-交叉三轴天线支架（1）的交叉轴（2）上安装位置传感器（8），实时测量交叉轴（2）旋转角度值，馈源（10）和交叉轴（2）同轴设计，并同步旋转；步骤s2，在俯仰轴所在安装基准面（5）上安装姿态仪（4），姿态仪（4）实时测量安装基准面（5）相对大地的偏转角度；步骤s3，利用控制电路（9）实时读取姿态仪（4）的偏转角度值和交叉轴（2）旋转角度值，两个角度值之差作为角误差控制交叉轴（2）上的电机（6），电机（6）通过齿轮（7）带动交叉轴（2）和馈源（10）旋转，实现馈源（10）极化偏转角度的修正；步骤s4，重复执行步骤s3，实现极化偏转角度的实时修正，达到极化稳定。

技术总结
本发明公开了一种摇摆平台下的天线极化稳定装置及方法。所述装置具体为：在方位-俯仰-交叉三轴天线支架的交叉轴上安装极化稳定装置，极化稳定装置由姿态仪及安装基准面、电机、齿轮、位置传感器、控制电路、馈源、极化稳定平台、数据接口构成，馈源和交叉轴同轴设计并同步旋转。所述方法具体为：在俯仰轴所在安装基准面上安装姿态仪，姿态仪实时测量安装基准面相对大地的偏转角度；控制电路实时读取姿态仪的偏转角度值和交叉轴旋转角度值，两个角度值之差作为角误差控制交叉轴上的电机，电机通过齿轮带动交叉轴和馈源旋转，实现极化偏转角度的实时修正。本发明有效降低了极化稳定系统的设备量，提高了极化稳定系统的响应速度和控制精度。制精度。制精度。


技术研发人员：刘军 陈永森 季凯源 戴志强 杨蕾 陈翰
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七二三研究所
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/9/9