專利名稱：無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線電接收天線控制系統(tǒng)，具體說是無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無人機(jī)近些年來備受各國青睞，它不僅可以用于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視，提前預(yù)警等軍事領(lǐng)域， 在民用領(lǐng)域更有廣闊的應(yīng)用前景。它可以攜帶高清晰可見光或紅外攝像系統(tǒng)，能方便的進(jìn) 入人類無法抵達(dá)的地區(qū)進(jìn)行空中偵察和空中攝影，可以用來進(jìn)行地形測(cè)繪、災(zāi)情監(jiān)測(cè)等，特 別是在要求快速信息獲取與實(shí)時(shí)影像回傳等方面的應(yīng)用上，接收天線的方向是否正確，是 保證圖像傳輸質(zhì)量、消除重影和抗干擾的重要因素。目前人們已經(jīng)發(fā)明了一些不同形式的 天線自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，例如申請(qǐng)日為2004. 5. 20、申請(qǐng)?zhí)枮?00410045441. X、發(fā)明名稱為 天線伺服跟蹤系統(tǒng)的中國專利，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，功耗高，不適宜野外作業(yè)，并且成本 較高，只能實(shí)現(xiàn)水平方向的控制，精度有限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制系統(tǒng)成本高、功耗高、不適宜野外作業(yè)等 缺陷，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式、低功耗的無人機(jī)便攜式天線自動(dòng) 足艮S宗胃 充。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括機(jī)械平臺(tái)及安裝在其上的天線；機(jī)械平臺(tái) 上設(shè)有ARM控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置，ARM控制裝置的輸入端連接位姿傳感器及無人機(jī)地面站 的PC機(jī)，輸出端與驅(qū)動(dòng)裝置相連接。所述機(jī)械平臺(tái)包括三角架、殼體及水平轉(zhuǎn)臺(tái)，其中三角架位于機(jī)械平臺(tái)最下方，殼 體安裝在三角架上，水平轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在殼體的頂端。所述驅(qū)動(dòng)裝置包括水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置，分別驅(qū)動(dòng)天線實(shí)現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動(dòng)及 俯仰擺動(dòng)；所述水平驅(qū)動(dòng)裝置安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上、并容置于殼體的內(nèi)部空間，俯仰驅(qū)動(dòng)裝置 與水平驅(qū)動(dòng)裝置連接、與水平驅(qū)動(dòng)裝置連動(dòng)。所述水平驅(qū)動(dòng)裝置包括水平電機(jī)、第一齒輪及滑環(huán)，其中水平電機(jī)安裝在水平轉(zhuǎn) 臺(tái)上，滑環(huán)通過第三軸承安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，水平電機(jī)通過第一齒輪驅(qū)動(dòng)滑環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)；滑環(huán) 的頂部與俯仰驅(qū)動(dòng)裝置相連。所述俯仰驅(qū)動(dòng)裝置包括俯仰電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)桿、連接件及第一支架，俯仰電機(jī)通過第一 支架與水平驅(qū)動(dòng)裝置連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的一端與俯仰電機(jī)的輸出軸相連、另一端通過連接件安 裝在第二支架上，天線插接在轉(zhuǎn)動(dòng)桿內(nèi)。所述位姿傳感器包括水平角度傳感器、俯仰角度傳感器和天線位置傳感器，檢測(cè) 天線的水平指向角度的水平角度傳感器設(shè)于機(jī)械平臺(tái)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，檢測(cè)天線的俯仰角度 的俯仰角度傳感器與天線的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出軸固連，檢測(cè)天線的位置信息的天線位置傳感器設(shè)于機(jī)械平臺(tái)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上。所述ARM控制裝置具有ARM模塊、串口驅(qū)動(dòng)芯片和多個(gè)串口驅(qū)動(dòng)接口 ；ARM模塊的 天線輸入端和無人機(jī)地面站的PC機(jī)輸入端通過串口驅(qū)動(dòng)芯片和相應(yīng)串口接口接有天線位 置傳感器和無人機(jī)地面站的PC機(jī)；ARM模塊的其他輸入端通過其他串口驅(qū)動(dòng)接口分別與俯 仰角度傳感器、天線水平角度傳感器相連；ARM模塊的輸出端通過串口驅(qū)動(dòng)接口分別與水 平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置相連。本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，便于攜帶，操作容易，功耗低，并能夠?qū)崿F(xiàn)天線自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤 無人機(jī)，以準(zhǔn)確獲得無人機(jī)回傳的視頻信息，提高通信質(zhì)量。2.采用了雙轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，通過獲取水平角度和俯仰角度，通過計(jì)算獲得的數(shù)據(jù)控制 天線與無人機(jī)的位置關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到對(duì)無人機(jī)的控制。3.使用了高集成度的單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)，實(shí)用性和準(zhǔn)確性得到了提高。
圖1為本實(shí)用新型的原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型部分機(jī)械結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖4為本實(shí)用新型電氣結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本實(shí)用新型電氣原理圖；圖6為本實(shí)用新型程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖4所示，本實(shí)用新型無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括機(jī)械平臺(tái)19及安 裝在其上的天線1 ；機(jī)械平臺(tái)19上設(shè)有ARM控制裝置20和驅(qū)動(dòng)裝置21，ARM控制裝置20 的輸入端連接位姿傳感器22及無人機(jī)地面站的PC機(jī)23，輸出端與驅(qū)動(dòng)裝置21相連接。如圖2和圖3所示，機(jī)械平臺(tái)19包括三角架18、殼體17及水平轉(zhuǎn)臺(tái)9，其中三角 架18位于機(jī)械平臺(tái)19最下方，殼體17安裝在三角架18上，水平轉(zhuǎn)臺(tái)9設(shè)置在殼體17的 頂端。驅(qū)動(dòng)裝置21包括水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置，本實(shí)施例的水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯 仰驅(qū)動(dòng)裝置均采用型號(hào)為CW230的集成驅(qū)動(dòng)模塊用以提高驅(qū)動(dòng)能力，此集成驅(qū)動(dòng)模塊還可 細(xì)分水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)設(shè)置電機(jī)的步距角以提高控制精度，同時(shí)可以控制電 機(jī)的正反轉(zhuǎn)，提高電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性；該水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)天線1實(shí) 現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動(dòng)及俯仰擺動(dòng)；水平驅(qū)動(dòng)裝置安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)9上、并容置于殼體17的內(nèi)部空間， 俯仰驅(qū)動(dòng)裝置與水平驅(qū)動(dòng)裝置連接、與水平驅(qū)動(dòng)裝置連動(dòng)；水平驅(qū)動(dòng)裝置包括水平電機(jī)16、第一齒輪15及滑環(huán)11，其中水平電機(jī)16設(shè)置在 電機(jī)座13內(nèi)，電機(jī)座13安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)9上，滑環(huán)11通過第三軸承12安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)9 上，滑環(huán)兩邊分別設(shè)有第一齒輪15和第二齒輪14，水平電機(jī)16通過第一齒輪15驅(qū)動(dòng)滑環(huán) 11轉(zhuǎn)動(dòng)；滑環(huán)11的頂部與俯仰驅(qū)動(dòng)裝置相連，水平轉(zhuǎn)臺(tái)9通過滑環(huán)11與三角架18相接實(shí)現(xiàn)水平360°任意旋轉(zhuǎn)而不繞線。俯仰驅(qū)動(dòng)裝置包括俯仰電機(jī)2、轉(zhuǎn)動(dòng)桿4、連接件5及第一 支架3 ；第一支架3通過第二軸承10固接在水平轉(zhuǎn)臺(tái)9上，俯仰電機(jī)2通過第一支架3與 水平驅(qū)動(dòng)裝置連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿4的一端與俯仰電機(jī)2的輸出軸相連、另一端通過連接件5安裝 在第二支架8上，天線1插接在轉(zhuǎn)動(dòng)桿4內(nèi)。位姿傳感器22包括水平角度傳感器、俯仰角度傳感器6和天線位置傳感器，本實(shí) 施例采用羅盤型號(hào)為HMR3300作為水平角度傳感器，該檢測(cè)天線1的水平指向角度的水平 角度傳感器設(shè)于機(jī)械平臺(tái)19的水平轉(zhuǎn)臺(tái)9上，以地磁北極為零點(diǎn)測(cè)量天線的水平指向角 度；采用滑動(dòng)變阻器作為俯仰角度傳感器6，該檢測(cè)天線1的俯仰角度的俯仰角度傳感器6 與天線1的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出軸固連，并通過第一軸承7固接在第二支架8上；采用型號(hào) 為LEA-5S的GPS定位設(shè)備作為天線的位置傳感器，該檢測(cè)天線的位置信息的天線位置傳感 器設(shè)于機(jī)械平臺(tái)19的水平轉(zhuǎn)臺(tái)9上。ARM控制裝置20放置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)9上，如圖5所示，本實(shí)施例的ARM控制裝置采用 型號(hào)為LPC236820的單片機(jī)，該單片機(jī)具有ARM模塊U2、2個(gè)串口驅(qū)動(dòng)接口、2個(gè)A/D接口 J4 和2個(gè)定時(shí)器驅(qū)動(dòng)接口 ；其中，串口驅(qū)動(dòng)芯片Ul采用的是型號(hào)為MAX232的單片機(jī)；ARM模 塊U2內(nèi)存有控制程序，串口驅(qū)動(dòng)接口分別為第一接口 J1、第二接口 J2，A/D接口分別為第三 A/D接口 J3、第四A/D接口 J4，定時(shí)器驅(qū)動(dòng)接口分別為第五定時(shí)器驅(qū)動(dòng)接口 J5和第六定時(shí) 器驅(qū)動(dòng)接口 J6 ；ARM模塊U2輸入端通過與串口驅(qū)動(dòng)芯片Ul相連后，通過第一接口 Jl連接 無人機(jī)地面站的PC機(jī)、通過第二接口 J2連接天線位置傳感器；ARM模塊輸入端通過第三A/ D接口 J3接有天線水平角度傳感器和通過第四A/D接口 J4與俯仰角度傳感器6相連，ARM 模塊U2輸出端通過第五定時(shí)器驅(qū)動(dòng)接口 J5與水平電機(jī)16相連及通過第六定時(shí)器驅(qū)動(dòng)接 口 J6與俯仰電機(jī)2相連。本實(shí)用新型工作原理如下如圖1所示，本實(shí)用新型ARM控制裝置20通過串口驅(qū)動(dòng)接口獲得無人機(jī)地面23 站提供的無人機(jī)的位置信息，ARM控制裝置20通過串口驅(qū)動(dòng)接口獲得水平角度傳感器測(cè)量 天線的水平指向角度信息，通過A/D模塊獲得俯仰角度傳感器6測(cè)量天線的俯仰指向角度 信息，通過串口驅(qū)動(dòng)接口獲得天線位置傳感器測(cè)量天線的位置信息，將采集到的天線位置 信息與無人機(jī)的位置信息經(jīng)過計(jì)算來確定無人機(jī)當(dāng)前相對(duì)天線的水平偏角β和俯仰偏角 α，同時(shí)通過串口驅(qū)動(dòng)接口采集水平角度傳感器的數(shù)據(jù)，通過存儲(chǔ)在ARM控制裝置20的數(shù) 據(jù)確定上一狀態(tài)天線水平指向角及俯仰指向角度，將天線上一狀態(tài)指向和當(dāng)前狀態(tài)指向?qū)?比，算出水平電機(jī)16應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的角度及俯仰電機(jī)2應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，接著ARM控制裝置20 控制相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度以保證天線1指向無人機(jī)。如圖6所示，本實(shí)用新型控制流程如下ARM控制裝置系統(tǒng)初始化；ARM控制裝置讀取天線位置傳感器采集的天線位置信息；判斷天線位置信息是否正確；如果正確，ARM控制裝置讀取無人機(jī)地面站的PC機(jī)發(fā)送的無人機(jī)位置信息；判斷無人機(jī)位置信息是否正確；如果不正確，返回ARM控制裝置讀取無人機(jī)地面站的PC機(jī)發(fā)送的無人機(jī)位置信息 步驟；
5[0038]如果正確，通過程序計(jì)算出天線和無人機(jī)兩點(diǎn)連線方位角；水平角度傳感器和俯仰角度傳感器采集天線當(dāng)前角度信息；通過程序計(jì)算出角度差；ARM控制裝置根據(jù)角度差控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線跟蹤；返回并繼續(xù)天線位置傳感器采集天線位置信息步驟。
權(quán)利要求無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括機(jī)械平臺(tái)(19)及安裝在其上的天線(1)；其特征在于機(jī)械平臺(tái)(19)上設(shè)有ARM控制裝置(20)和驅(qū)動(dòng)裝置(21)，ARM控制裝置(20)的輸入端連接位姿傳感器(22)及無人機(jī)地面站的PC機(jī)(23)，輸出端與驅(qū)動(dòng)裝置(21)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)械平臺(tái) (19)包括三角架(18)、殼體(17)及水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9)，其中三角架(18)位于機(jī)械平臺(tái)(19)最 下方，殼體(17)安裝在三角架(18)上，水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9)設(shè)置在殼體(17)的頂端。
3.按權(quán)利要求1或2所述無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝 置(21)包括水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置，分別驅(qū)動(dòng)天線(1)實(shí)現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動(dòng)及俯仰擺動(dòng)； 所述水平驅(qū)動(dòng)裝置安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上、并容置于殼體(17)的內(nèi)部空間，俯仰驅(qū)動(dòng)裝置 與水平驅(qū)動(dòng)裝置連接、與水平驅(qū)動(dòng)裝置連動(dòng)。
4.按權(quán)利要求3所述無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述水平驅(qū)動(dòng)裝 置包括水平電機(jī)(16)、第一齒輪(15)及滑環(huán)(11)，其中水平電機(jī)(16)安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9) 上，滑環(huán)(11)通過第三軸承(12)安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上，水平電機(jī)(16)通過第一齒輪(15) 驅(qū)動(dòng)滑環(huán)(11)轉(zhuǎn)動(dòng)；滑環(huán)(11)的頂部與俯仰驅(qū)動(dòng)裝置相連。
5.按權(quán)利要求3所述無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述俯仰驅(qū)動(dòng)裝 置包括俯仰電機(jī)(2)、轉(zhuǎn)動(dòng)桿(4)、連接件(5)及第一支架(3)，俯仰電機(jī)⑵通過第一支架 ⑶與水平驅(qū)動(dòng)裝置連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿⑷的一端與俯仰電機(jī)⑵的輸出軸相連、另一端通過連 接件(5)安裝在第二支架(8)上，天線(1)插接在轉(zhuǎn)動(dòng)桿(4)內(nèi)。
6.按權(quán)利要求1所述無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述位姿傳感器 (22)包括水平角度傳感器、俯仰角度傳感器(6)和天線位置傳感器，檢測(cè)天線(1)的水平指 向角度的水平角度傳感器設(shè)于機(jī)械平臺(tái)(19)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上，檢測(cè)天線(1)的俯仰角度 的俯仰角度傳感器(6)與天線⑴的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出軸固連，檢測(cè)天線的位置信息的 天線位置傳感器設(shè)于機(jī)械平臺(tái)(19)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上。
7.按權(quán)利要求1所述無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述ARM控制裝 置(20)具有ARM模塊(U2)、串口驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)和多個(gè)串口驅(qū)動(dòng)接口 ；ARM模塊(U2)的天 線輸入端和無人機(jī)地面站的PC機(jī)輸入端通過串口驅(qū)動(dòng)芯片(Ul)和相應(yīng)串口接口接有天線 位置傳感器和無人機(jī)地面站的PC機(jī)(23) ；ARM模塊(U2)的其他輸入端通過其他串口驅(qū)動(dòng) 接口分別與俯仰角度傳感器(6)、天線水平角度傳感器相連；ARM模塊(U2)的輸出端通過串 口驅(qū)動(dòng)接口分別與水平驅(qū)動(dòng)裝置及俯仰驅(qū)動(dòng)裝置相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及無線電接收天線控制系統(tǒng)，具體說是無人機(jī)便攜式天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。具體包括機(jī)械平臺(tái)及安裝在其上的天線；機(jī)械平臺(tái)上設(shè)有ARM控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置，ARM控制裝置的輸入端連接位姿傳感器及無人機(jī)地面站的PC機(jī)，輸出端與驅(qū)動(dòng)裝置相連接。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，便于攜帶，操作容易，功耗低，并能夠?qū)崿F(xiàn)天線自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤無人機(jī)的特點(diǎn)，并且能夠準(zhǔn)確獲得無人機(jī)回傳的視頻信息，提高通信質(zhì)量。
文檔編號(hào)H04L12/40GK201654563SQ20092028841
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者何虎, 吳鎮(zhèn)煒, 戴磊, 肖天富, 韓建達(dá), 齊俊桐 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所