[发明专利]用于低轨卫星的动中通相控阵天线及其控制方法

权利要求书

1.一种用于低轨卫星的动中通相控阵天线，其特征在于，包括天线主体、机械转向补偿机构和控制器，所述机械转向补偿机构包括天线安装平台、转向执行单元和底座；所述天线主体固定在天线安装平台上，所述天线安装平台通过转向执行单元连接到底座，所述底座固定安装在运动载体上，所述转向执行单元带动天线安装平台和天线主体在底座上转动；所述天线安装平台上设置有方位传感单元和运动传感单元，所述天线主体、转向执行单元、方位传感单元和运动传感单元与控制器电连接。

2.如权利要求1所述的用于低轨卫星的动中通相控阵天线，其特征在于，所述天线主体发射和接收对卫星通信的电磁波，所述方位传感单元和运动传感单元获取天线主体的方位和姿态信息并发送到控制器；所述转向执行单元带动天线安装平台和天线主体相对于底座进行俯仰运动和滚转运动；所述控制器通过天线主体接收的电磁能量信息控制天线主体调整电扫描角度并控制转向执行单元调整天线主体的姿态和方位；所述天线主体的电扫描角度的调整范围为法向±60°。

3.如权利要求1所述的用于低轨卫星的动中通相控阵天线，其特征在于，所述方位传感单元包括GNSS双天线测向模块和/或陀螺罗经，所述方位传感单元实时检测天线主体的方位；所述运动传感单元包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述运动传感单元实时检测天线主体的姿态。

4.如权利要求1所述的用于低轨卫星的动中通相控阵天线，其特征在于，所述转向执行单元包括至少三个电动推杆，所述电动推杆的通过运动副连接到底座和天线安装平台，调节所述电动推杆的长度实现天线安装平台的姿态调整。

5.如权利要求1所述的用于低轨卫星的动中通相控阵天线，其特征在于，所述转向执行单元包括外部运动框架和内部运动框架，所述外部运动框架与底座连接并由外框电机带动相对底座进行俯仰运动；所述内部运动框架设置在外部运动框架中随外部运动框架进行俯仰运动，所述外部运动框架上设置有内框电机，所述内框电机与外框电机在外部运动框架所在平面内垂直正交，所述内框电机带动内部运动框架进行转动构成垂直于俯仰运动的滚转运动，所述天线安装平台固定在内部运动框架中。

6.如权利要求1-5任一项所述的用于低轨卫星的动中通相控阵天线的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：控制器读取方位传感单元和运动传感单元数据，获取天线主体当前方位和姿态信息；

S2：控制器控制转向执行单元对天线主体进行姿态校正和/或姿态补偿；

S3：控制器根据天线主体的方位信息、姿态信息和卫星星历信息，计算得到天线本体坐标系下的卫星的方位角和俯仰角，并控制天线主体的无线电波束指向卫星；

S4：天线主体收到卫星信号后，控制器控制天线主体在卫星周围进行电扫描寻找电磁能量最强信号方位，并控制天线主体的无线电波束始终指向电磁能量最强信号方位，实现卫星信号持续跟踪；

S5:重复步骤S1、S2、S4，使天线主体与卫星持续通信。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中天线主体的姿态校正包括：所述转向执行单元调整天线主体姿态使姿态向俯仰角和滚转角减小的方向运动，直到运动传感单元检测的天线主体的俯仰角和滚转角为零，从而在运动载体姿态不断变化的情况下动态的控制天线主体进行姿态校正，使得天线主体始终处于水平状态。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2天线主体的姿态补偿包括：控制器根据卫星星历信息预判当前卫星移动方向，在卫星到达相控阵扫描边界之前，预设天线主体的姿态补偿角度x，所述转向执行单元调整天线主体姿态使得天线主体的姿态角度增加x，完成天线主体的姿态补偿。