[发明专利]四轴框架天线稳定系统及快速启动方法

权利要求书

1.一种四轴框架天线稳定系统，包括框架部分和控制机箱；其特征是：框架部包括基座、方位控制框、俯仰控制框、横摇控制框，在基座和每个框架上均装有控制电机和位置检测器；方位控制框架安装在基座上，在基座内部装有方位控制框的驱动电机和角度检测器；在方位控制框架上安装有俯仰控制轴，通过俯仰控制轴将方位控制框架与俯仰控制框架连接，在俯仰控制轴两端安装有俯仰轴驱动电机和俯仰轴角度检测器；俯仰控制框架与方位控制框架两个框架平面重合时为俯仰控制框架初始位置，初始俯仰角度为零度；在俯仰框架内安装横摇控制框，横摇框安装初始位置与俯仰框垂直，在俯仰框上下分别安装有用来驱动横摇框的电机和角度传感器；在横摇控制框架上安装有用于姿态检测的惯性测量单元；在横摇控制框架内，安装有垂直于横摇控制框架运动轴的用于控制天线极化角方向的极化控制轴，天线安装在极化控制轴前端。

2.根据权利要求1所述的四轴框架天线稳定系统，其特征是：所述方位控制框架呈U型，所述俯仰控制框架和横摇控制框呈O型。

3.基于四轴框架天线稳定系统的快速启动方法，其特征是：

天线安装在四轴框架天线稳定系统上，所述四轴框架天线稳定系统包括框架部分和装有控制系统的控制机箱；框架部包括基座、方位控制框、俯仰控制框、横摇控制框，在基座和每个框架上均装有控制电机和位置检测器；方位控制框架安装在基座上，在基座内部装有方位控制框的驱动电机和角度检测器；在方位控制框架上安装有俯仰控制轴，通过俯仰控制轴将方位控制框架与俯仰控制框架连接，在俯仰控制轴两端安装有俯仰轴驱动电机和俯仰轴角度检测器；俯仰控制框架与方位控制框架两个框架平面重合时为俯仰控制框架初始位置，初始俯仰角度为零度；在俯仰框架内安装横摇控制框，横摇框安装初始位置与俯仰框垂直，在俯仰框上下分别安装有用来驱动横摇框的电机和角度传感器；在横摇控制框架上安装有用于姿态检测的惯性测量单元；在横摇控制框架内，安装有垂直于横摇控制框架运动轴的用于控制天线极化角方向的极化控制轴，天线安装在极化控制轴前端；

第一，四轴框架天线稳定系统上电后，控制系统将天线框架伺服到初始位置，这时，整体框架在控制系统的控制下保持初始位置并与传播载体共同纵横摇运动；电子罗盘与惯性测量单元开始工作，控制系统连续接收方位信息和天线姿态信息；

第二，控制系统计算所需跟踪的卫星在载体所在地点地理坐标系中的方位角和俯仰角参数；

第三，根据计算出的俯仰角值，按照大于70度和小于70度为界限，进行判断，小于70度进入第四步骤；大于70度进入第五步骤；

第四，

(1)控制系统控制方位框架运动，使得天线法线方向对准计算得出的初始方位角，在这一过程中，控制系统进行方位角伺服，船舶航向的变化和由纵横摇引起的方位角的微量变化将被补偿掉，并实时记录下位置伺服偏差值，这时控制系统进行为方位角单回路伺服控制，将实时记录的位置伺服偏差值与预设的控制精度进行比较，待位置伺服精度达到要求后进入下一的阶段；

(2)对比惯性测量单元测量的天线俯仰角，根据计算得到的天线俯仰角数值进行天线俯仰角的位置伺服控制，此时，天线框架结构横摇框保持与俯仰框的垂直状态；控制系统控制俯仰框的进行单回路控制，实时记录惯性测量单元俯仰角测量值，对比预设控制精度，待精度达到要求后，进入下一阶段；

(3)待俯仰框和方位框进入单独控制后，跟踪记录惯性测量单元的横摇角数值，待横摇角度值为零时，控制系统启动联合控制程序，控制系统将根据惯性测量单元检测到的纵横摇值，进行方位控制框、俯仰控制框、横摇控制框控制量计算，控制系统根据计算结果对三个框架结构驱动电机进行位置伺服控制，待控制系统进如联合控制阶段稳定工作后，既完成天线框架的启动工作；

(4)转第六；

第五，

(1)重新定义惯性测量单元测量基准；

(2)利用电子罗盘测量得到的方位信息，对方位框进行位置伺服，控制方位框架指向计算得到的卫星方位角；

(3)利用惯性测量单元的俯仰角度为输入信息，进行天线俯仰框架的伺服控制，惯性测量单元测量的俯仰角度与天线俯仰角度关系为，两者之和为90度，天线俯仰框控制量等于按照公式计算得到的值；

(4)利用惯性测量单元的横摇角度为输入信息，进行天线横摇框架的控制，天线横摇角控制量等于按照公式计算得到的值；

(5)转第六；

第六，完成海面上天线控制系统的快速启动。