УСТРОЙСТВО НАВЕДЕНИЯ АНТЕНН НАЗЕМНОЙ СТАНЦИИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и может использоваться в составе наземных станций спутниковой связи.
Известны устройств наведения антенн наземных станций спутниковой связи. Так устройство наведения антенны наземной станции спутниковой связи по пат. США №4.100.472 от 11.07.1978 г.состоит из блока управления, выходы которого подключены к исполнительным элементам опорно-поворотного устройства. Концевые выключатели обеспечивают остановку вращения антенны при достижении предельных углов поворота.
Недостатком аналога является невысокая точность наведения антенны на спутник.
Наиболее близким аналогом к заявленному является устройство наведения антенны наземной станции спутниковой связи Р-440, описанное в книге: Власенко В.И., Серков В.П., Чернолес В.П. «Антенны военной техники связи». - Л.: ВАС, 1986. - с.110-112.
Устройство-прототип состоит из процессора (специализированной вычислительной машины), формирующего сигналы управления исполнительными механизмами (электромоторами), моторного интерфейса, панели управления для задания режима работы процессора. Выход панели управления подключен к управляющему входу процессора. Устройство также снабжено концевыми выключателями, предотвращающими поворот антенны за пределы заданного сектора углов в азимутальной и вертикальной плоскостях.
Устройство обеспечивает наведение антенны, как в ручном, так и в автоматическом режимах.
Недостатком ближайшего аналога является невысокая точность наведения антенны в заданном направлении, и ее смещение под воздействием дестабилизирующих факторов (например, ветровых нагрузок).
Целью заявленной полезной модели является разработка устройств наведения антенны наземной станции спутниковой связи, обеспечивающей повышение точности наведения антенны и сохранение ее положения в заданном направлении при воздействии дестабилизирующих факторов.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве наведения антенн наземной станции спутниковой связи, содержащем процессор, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам моторного интерфейса (МИ), панель управления, выход которой подключен к управляющему входу процессора, и концевые выключатели, выходы которых подключены к сигнальным входам процессора, дополнительно введены радиоприемник (РПРМ), пульт выбора режимов работы (ПВРР), таймер, дисплей и датчики положения антенн (ДПА). Выходы ДПА подключены к дополнительным сигнальным входам процессора. Информационный выход процессора подключен к входу дисплея.
Выход РПРМ подключен к входу «сигнал» процессора. Управляющие выходы «настройка» и «усиление» процессора подключены к соответствующим управляющим входам РПРМ. Выходы «редакция» и «работа» ПВРР подключены к входам соответственно «редакция» и «работа» процессора. Выход таймера подключен к входу «время» процессора.
МИ состоит из первого и второго частотных преобразователей (ЧП). Выходы ЧП подключены к питающим входам соответствующих исполнительных элементов вращения антенны. Сигнальный вход РПРМ подключен к выходу антенны.
Перечисленная новая совокупность признаков благодаря оперативному реагированию устройства на возможные отклонения ориентации антенны от
заданного направления повышает как точность, так и неизменность положения антенны относительно искусственного спутника земли (ИСЗ) при воздействии дестабилизирующих факторов и в процессе перемещения ИСЗ по орбите относительно наземной станции спутниковой связи.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - общая структурная схема устройства;
на фиг.2 - таблица возможных видов и режимов работы устройства;
на фиг.3, 4, 5, 6, 7 - варианты отображения на дисплее параметров выбранных режимов работы при их редактировании.
Устройство наведения антенн наземной станции спутниковой связи, показанное на фиг.1, состоит из процессора 1, моторного интерфейса (МИ) 2, датчиков положения антенн (ДПА) 3, концевых выключателей (KB) 4, радиоприемника (РПРМ) 5, пульта выбора режима работы (ПВРР) 6, панели управления (ПУ) 7, дисплея 8, таймера 9 и ЭВМ 10. МИ 2 состоит из первого 2.1 и второго 2.2 частотных преобразователей (ЧП) и первого 2.3 и второго 2.4 исполнительных элементов (электродвигателей) вращения антенны соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Выходы KB 4 подключены к информационным входам процессора 1. Выходы ДПА 3 подключены к дополнительным информационным входам процессора 1.
Выход РПРМ 5 подключен к входу «сигнал» процессора 1. Управляющие выходы «настройка» и «усиление» процессора 1 подключены к соответствующим управляющим входам РПРМ 5. Выходы «редакция» и «работа» ПВРР 6 подключены к входам соответственно «редакция» и «работа» процессора 1. Вход «время» процессора 1 подключен к выходу таймера. Выходная шина ПУ 7 подключена к управляющему входу процессора 1, информационный выход которого подключен к входу дисплея 8.
Сигнальный вход РПРМ 5 подключен к выходу антенны (на фиг.1 не показана).
Управляющие выходы процессора 1 «установка вертикаль» и «установка азимут» подключены к соответствующим входам МИ 2, которые в
свою очередь являются питающими входами соответствующих исполнительных элементов вращения антенны в вертикальной плоскости 2.3 и в азимутальной плоскости 2.4.
ДПА 3 предназначены для выработки сигнала, пропорционального отклонению антенны от исходного положения. ДПА 3 устанавливают непосредственно на азимутальной и угломестных осях антенной системы, а в случае управления положением поляризатора антенны дополнительно и на его оси. В качестве ДПА 3 могут использоваться выпускаемые промышленностью оптические инкрементные датчики, имеющие угловое разрешение до 0,01°.
KB 4 устанавливают на опорно-поворотных устройствах антенной системы в точках, соответствующих максимально допустимому повороту антенны от исходного положения в одну и другую сторону в азимутальной и вертикальной плоскостях. KB 4 предназначены для отключения питания исполнительных элементов 2.3 и 2.4 вращения антенны. Сигнал на отключение формируют в процессоре 1.
Первый 2.1 и второй 2.2 ЧП предназначены для управления скоростью вращения исполнительных элементов 2.3 и 2.4, в качестве которых могут быть использованы асинхронные трехфазные двигатели.
В качестве ЧП 2.1 и 2.2 могут быть использованы выпускаемые промышленностью частотные преобразователи, например, типа MOVITRAC VCO7.
РПРМ 5 предназначен для приема сигнала сопровождения от ИСЗ. Принятый сигнал от РПРМ 5 используют для формирования в процессоре сигналов управления моторным интерфейсом с целью поддержания требуемой ориентации на ИСЗ для достижения заданного уровня сигнала от ИСЗ. В качестве РПРМ 5 может быть использован любой выпускаемый промышленностью радиоприемник, работающий в диапазоне 920-2150 МГц с шагом перестройки 50 кГц и снабженный органами управления его усиления и настройкой на заданную частоту в пределах его рабочего диапазона.
ПВРР6 предназначен для формирования сигнала перехода от режима «редакция» к режиму «работа» устройства по команде, поступающей от ПУ 7.
ПУ 7 предназначен для формирования команд процессору на выбор режима работы в процессе предварительного задания параметров (режим «редакция») в процессе реальной работы устройства (режим «работа»), В качестве ПУ 7 может быть использована стандартная клавиатура, применяемая для ПЭВМ.
Дисплей 8 предназначен для отображения информации, необходимой для работы автоматического наведения антенны. В качестве дисплея 8 может быть использован жидкокристаллический экран (ЖКЭ), на котором допускается отображение 4×40 символов.
Таймер 9 предназначен для синхронной записи данных о положении антенны в процессе ее автосопровождения и соответствующих им временных данных. Это позволяет сохранить всю необходимую информацию в случае отключения электропитания.
ЭВМ 10 предназначена для формирования команд на выбор режимов и видов работы устройства при их поступлении от центрального поста наземной станции спутниковой связи.
Процессор 1 предназначен для формирования сигналов управления моторным интерфейсом 2 в зависимости от выбранных режима и вида работы и заданных для них исходных данных, уровня принятого радиоприемником 5 сигнала сопровождения от ИСЗ и информационных сигналов от ДПА 3 и KB 4. Процессор 1 программируют предварительно в соответствии с известными правилами формирования выходящих управляющих сигналов в зависимости от значений заданных входных сигналов.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Устройство обеспечивает следующие виды работы (см. также Таблицу 1 на фиг.2):
«ручное» - управление положением антенны и поляризатора осуществляют вручную с ПУ 7;
«перейти в позицию» - контроллер автоматически переводит антенну в позицию с предварительно заданными угловыми координатами;
«найти максимум сигнала» - контроллер однократно выполняет алгоритм поиска экстремума сигнала по углу места и азимуту;
«экстремальный автомат» - контроллер периодически корректирует положение антенны в направлении на ИСЗ по максимуму принимаемого РПРМ сигнала, поступающего от спутника;
«программный автомат» - контроллер осуществляет перемещение антенны в соответствии с предварительно заданной таблицей, хранимой в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) процессора 1;
«инициализация» - устанавливают исходные параметры для управления положением антенны, в режиме «редакция».
Предварительно оператор производит редактирование видов работы и соответствующих им параметров. Для этого устройство по команде с ПВРР 6 переводят в режим «редакция». Затем последовательно выбирая из меню соответствующую позицию с помощью ПУ 7 вводят в процессор 1 исходные данные и необходимые параметры:
«управление»: дистанционное/автономное;
«режим работы»: ручное управление (антенной и/или поляризатором)/перейти в позицию/найти максимум/экстремальный автомат (непрерывный или пошаговый)/программный автомат/инициализация;
«контроль уровня» сигнала на соответствие порогам: включено/выключено;
«разрешение записи» в таблицу угловых координат текущего положения антенны (запись включена/отключена);
«пороги»: устанавливают нижнее и верхнее допустимые значения уровня сигнала сопровождения.
Для инициализации устройства в меню выбирают режим «инициализация» и редактируют тип поляризатора (механический/электрический), скорость перемещения антенны (номинальная / максимальная), адрес контроллера;
время, число, месяц и год таймера 9; допустимый диапазон перемещения антенны по азимуту и углу места и поляризатора по углу поляризации.
При выходе антенны за пределы указанного диапазона ее движение останавливается и на экране дисплея 8 выдается сигнал «тревога».
Вид отображения указанной информации на дисплее 8 показан на фиг.3а, б, в.
В режиме «перейти в позицию» в подменю этого режима задают угловые координаты позиции антенны, угол поляризации, редактируют параметры «контроль уровня» и «пороги». Отображение указанной информации показано на фиг.4. После чего устройство переводят в режим «работа» и антенна перемещается в заданные координаты.
В режиме «найти максимум сигнал» предварительно выбирают указанный режим в меню и редактируют соответствующие параметры: уровни верхнего, нижнего и экстремального порогов сигнала сопровождения. Экстремальный порог выбирают в пределах 1/150 от текущего уровня сигнала. После ввода исходных параметров устройство переводят в режим «работа».
Отображение параметров на дисплее 8 показано на фиг.5.
В режиме «экстремальный автомат» (непрерывный), в отличие от режима «найти максимум сигнала» процессор 1 выполняет алгоритм поиска экстремума по углу места и азимуту непрерывно. Для перехода в данный режим в главном меню редактируют соответствующие этому режиму параметры: контроль уровня включен, признак начала очередного цикла автоподстройки, период автоподстройки. Исполнение режима начинается после перевода контроллера в режим «работа». В случае если уровень сигнала выйдет за пределы заданных порогов, контроллер автоматически перейдет в указанный режим автосопровождения.
В режиме «экстремальный автомат» (пошаговый) антенна постоянно позиционирует с заданным шагом и периодом накопления в направлении максимума сигнала. Выбор режима производится в главном меню. Задают параметры:
контроль уровня, запись, пороги, как и в рассмотренных выше режимах. Шаг задается в пределах 0,01-0,09°. Период-время накопления в пределах 1-99 с.
Отображение заданных параметров на дисплее 8 показано на фиг.6.
Режим «программный автомат» использует предварительные данные в процессоре 1, описывающие суточное угловое положение спутника с привязкой ко времени. При редактировании вводят параметры: контроль уровня и пороги (фиг.7).
Исходные данные во всех рассмотренных режимах поступают от ПУ 7 в процессор 1, где формируют соответствующие сигналы на наведение антенны в заданном направлении.
Таким образом, в заявленном устройстве обеспечивается широкий класс режимов работы с использованием сигнала сопровождения непосредственно от спутника, что обеспечивает высокую точность ориентирования антенны в требуемом направлении, т.е. реализуется сформулированная цель разработки устройства: повышение точности наведения антенны.