SE513732C2 - Antennanordning - Google Patents

Description

513 732 2 ningen ett system av sensorer, avsett för dels avkänning av icke önskade ändringar i an- tennreflektorns inriktning och dels inställning och bibehållning av önskad antennposi- tion relativt ett målobjekt; en grupp av sensorer placerad på reflektorns baksida, och en annan grupp av sensorer placerad på respektive rotationsaxel. Båda grupperna är anordnade att nollställas i och med att optimal signaldetektering erhållits genom att signalkonverterns frekvensomfång undergår stegvis minskning från en viss bandbredd till närmast lägre bandbredd tills bästa möjliga signalvärde uppnåtts.

Sensorsystemet ger information om den lägesförändring som externa krafter utsätter an- tennanordningen för. Denna lägesförändring definieras utifrån hastighetsdata (AVx; AVy; AVz) som integreras för erhållande av relativa positionsdata, vilket sker inom en be- räkningsenhet. Med kännedom om erhållna förändrade hastighetsdata, som skett inom en fastställd tidsrymd, bestämd av sensorsystemets rapporttid, kan informationen använ- das som ingångsvärden för en övergripande, datoriserad systemkontrollenhet, vilken sänder dessa värden till en drivenhet för kompensering av den lägesförändring som de externa krafterna utsatt anordningen för.

Sensorsystemet kan härvidlag användas för minst två skilda syften: att kompensera för de externa krafter som via monteringsunderlagets rörelse påverkar antennanordningen, och att även kunna detektera ett förbestämt önskat och tilldelat rörelsemönster avse- ende antennreflektorn och dess följning av ett signalmål med känd orbital och/eller un- der pågående tid med hjälp av beråkningsenheten beräknat rörelsemönster.

Sensorsystemet har alltså ett övergripande ansvar för anordningens förmåga att konti- nuerligt kompensera för samtliga externa krafters inverkan på anordningen.

På motsvarande sätt är det viktigt med korrekta kompensationsdata även för i anord- ningen ingående elektroniska komponenters temperaturberoende, åldring etc., som an- nars kan generera systemdrift avseende utdata fràn samtliga i systemet ingående elek- troniska komponenter.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, där schematiskt Fig 1 visar en antennanordning enligt uppfinningen; och Fig 2 visar ett blockschema över i antennanordningen ingående signaldetekteringsen- het och sensorsystems detekteringsenheter för rörelsekompensation.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Antennanordningen enligt Fig 1 omfattar antennreflektor 10, sändar/mottagarhorn 11, som över en arm 110 är fäst vid reflektorns baksida, samt signaldetekteringsenhet 12 och sensorenhet 13 med sensorer 131, 132, 133 (se Fig 2) för tredimensionell detek- tering av reflektoms rörelse, vilka två enheter såsom en sammansatt enhet också är fäst vid reflektorns 10 baksida. Sensorerna är anordnade för rörelsedetektering av externa krafters inverkan på respektive rotationsaxel.

Sändarlmottagarhornet är lämpligen av det slag som framgår av det svenska patentet 513 752 3 9402587-1, "Matarhorn, avsett speciellt för tvåvägs-satellitkommunikationsutrustning".

Antennreflektorn 10 är mekaniskt förankrad vid ett fundament 16, som är förankrat t.ex. på ett fartyg eller ett fordon, och som innehåller en drivenhet 15 med motorer 151, 152, 153, 154 för mekanisk styrning av antennreflektorns 10 inriktning mot avsett mål, t.ex. en satellit, i beroende av av en beräkningsenhet 123 inom signaldetekteringsenheten 12 alstrade styrsignaler. Antennreflektorn 10 och sändar/mottagarhornet 11 är kombine- rade till en kompakt antennenhet, lämpligen utformad så som framgår av svenska patentet fsE 507 288.Anordning omfattande antennreflektor och sändarl mottagarhorn kombinerade till en kompakt enhet".

Blockschemat enligt Fig 2 visar signaldetekteringsenhet 12 med i serie efter varandra kopplade högfrekvent signalkonverter 121, mellanfrekvent signalkonverter 122 och beräkningsenheten 123; samt sensorsystemets rörelsedetekteringsenhet 13 för an- tennreflektorn, innehållande hastighets-sensorer och accelerations-sensorer för detek- tering i tre dimensionerßVxAVyAVz) resp. (AaxA ay,Aaz), arbetande med fiberoptik resp. halvledarelement. All elektronisk utrustning är behäftad med en med tiden verkande drift och instabilitet. Detta kräver en mer eller mindre kontinuerlig korrektion för elimine- ring av fel i utdata. Den föreslagna signaldetekteringsenheten 12 ger möjlighet till erfor- derliga korrektionsdata för sensorsystemets samtliga givare. - Den högfrekventa signal- konvertern 121 är på sin utgångssida ansluten till den mellanfrekventa delen 122, där den automatiska minskningen av bandbredd är anordnad att ske.

Sändar/mottagarhornet 11 har signalutgångar anslutna till signalingångar på den hög- frekventa signalkonvertern 121, och sensorsystemets rörelsedetekteringsenhet 13 för antennreflektorn har signalutgångar anslutna över ledare 130 till signalingång på beräk- ningsenheten 123. Beräkningsenheten har utgångar anslutna till systemkontrollen 14, som på utgångssidan är ansluten till drivenheten 15. Beräkningsenheten 123 är alltså på utgångssidan i princip ansluten till ingång på drivenheten 15, som omfattar styrmoto- rer 151-154 för överföring av vridningsförelser till antennanordningens rörliga delar.

En andra rörelsedektorenhet 17 med sensorerna 171-174 har signalutgång 170 anslu- ten till signalingång 1240 på en andra beräkningsenhet 124 med signalutgång 1241 an- sluten till signalingång 140 på systemkontrollenheten 14. Denna har signalingång 141 ansluten till signalutgång 1231 på beräkningaenheten 123 samt signalutgång 142 an- sluten till signalingång 150 på drivenheten 15.

En tredje rörelsedetektorenhet 18 med sensorerna 181-184, avsedda för avkännlng av reellt verkställd rörelsekompensation som skett hos varje rotationsaxel y, x, z, p inom an- ordningen till följd av kompensationsdata initierade via systemkontrollenheten 14, har signalutgång 180 ansluten till signalingång 1250 på en tredje beräkningsenhet 125 med signalutgång 1251 ansluten tilíåënåšigríalingång 143 på systemkontrollenheten 14.

Med hjälp av sensor för bestämning av latitud och longitud för aktuell position (GPS), in- klinometer och kompass sker initialtflt grovinställning av antennreflektorn mot målet.

Samtidigt sker en kontinuerlig kompensation för de externt verkande krafter som under arbetet att grovinstâlla antennreflektorn mot målet påverkar denna. Denna rörel- sekompensation handhas av sensorsystemets rörelsedetekteringsenhet för den kom- pakta antennenhetens skilda rotationšälar (azimuth z, elevation y, elevation x, polarisa- tion pol). ' ' ' 513 732 4 Målet antages avge en pilotfrekvens på t.ex. 12.541 GHz med viss drivning inom ett om- råde +/- 40 kHz. Den mellanfrekventa signalkonvertern 122 är inställd för maximalt frek- vensomfång på +/- 8 kHz. Signaldetekteringsenheten 12 är anordnad att arbeta på den inkommande signalens maximivärde (peak, signalkurvans tangent = O). Så snart detta påträffats avläses (AVx;AVy;AVz) resp. (A ax;áay;baz) för nya korrigerade ingångsvärden till systemkontrollen 14, samtidigt som den mellanfrekventa signalkonvertern 122 auto- matiskt minskar sitt frekvensomfång till närmast lägre nivå, t.ex. 3.75 kHz. Under tiden kan såväl pilotfrekvensen ha drivit något som antennens underlag ha undergått någon förskjutning i någon riktning (genom t.ex. påverkan av externa krafter verkande på un- derlaget och därigenom på antennanordningen) men sökning sker nu inom en smalare bandbredd och därigenom med mindre inkommande signalbrus, varvid signalen detek- teras med större noggrannhet.

Eventuellt minskas frekvensomfånget ytterligare till en lägre nivå. t.ex. 1,9 kHz. Vid varje maximivärde erhålls på samma sätt nytt utgångsvärde från sensorsystemets rörelsede- tekteringsenhet 13.

Fördelen med denna automatiska "skalning", som regleras utifrån erhållen och detekte- rad pilotfrekvens, till närmast lägre vald bandbredd ger ett kraftigt undertryckt signalbrus, då allt mindre signalbrus tillåts störa detekteringen av pilotfrekvensen i förhållande till amplituden (peak-värdet) hos pilotfrekvensen.

För det fall att pilotfrekvensen skulle förloras inom skalningsområdet återgår sökandet till närmast högre bandbredd.

Eftersom föreslaget signaldetekteringsförfarande kräver tid för ett stabilt erhållet mätre- sultat är det av största vikt att det överordnade sensorsystemets och dess rörelsede- tekteringsenhets interna drift och instabilitet är mycket ringa över tid för att tid skall med- ges för ett gott signaldetekteringsresultat och därigenom ge möjlighet att korrigera för systemets samtliga ingående komponenters drift och instabilitet.

Att härigenom låta sensorsystemet vara av överordnad betydelse gentemot signaldetek- teringsenheten, vars huvudsakliga uppgift är att korrigera rörelsedetekteringsenhetens utdata avseende komponentdrift och instabilitet, utgör en väsentlig grund för den kost- nadseffektivitet som präglar denna antennanordnings prestanda och begränsade krav på kostnadskrävande komponenter. l beskrivningen ovan har medtagits endast de enheter som erfordras för redogörelse av uppfinningstanken. Givetvis skall finnas även de ytterligare enheter som normalt ingår i och är nödvändiga för kommersiell kommunikationsutrustning via t.ex. satellit.

Den överordnade rörelsedetekteringsenhetens 13 3D-sensorer 131-133, som är mon- terade i samma instrumenthölje som signaldetekteringsenheten 12 på antennreflektorn 10, tillsammans med de sensorer 171-174 resp. 181-184, som monterats på respektive rotationsaxel, sänder samtliga kontinuerligt korrektionsdata via systemkontrollen 14 till drivenheten 15 med en periodicitet mindre än 15 ms.

Utrustningen kan för vissa applikationer kompletteras med en tredje 3D-sensorenhet, som då monteras på fundamentet. Härigenom erhålles större upplösning av utdata ßvx AVy; AVz) resp. (Aax;Aay;Aaz) samt möjlighet att dynamiskt och kontinuerligt mäta an- tennanordningens mekaniska flexibilitet och korrigera för oönskade rörelser inom an- 513 732 5 ordningen.

Då signaldetekteringsenheten 12 detekterat en aktuell pilotsignal från skilda mäthorn i mottagarhornet 11 och därvid beräknat korrektionsdata och skickat dem med en periodi- citet mindre än 92 ms, kan en tillräckligt god korrektion av anordningens aktuella posi- tion initieras. Detta innebär att signaldetekteringsenhetens 12 utdata används som s.k. "sant värde", varvid rörelsedetekteringsenhetens 13 utdatavärden noteras; härvid över- tager rörelsedetekteringsenheten 13 återigen den överordnade funktionen avseende kompenseringsdata för de på anordningen externt verkande krafterna.

Ovan nämnda växelverkan sker kontinuerligt och möjliggör användning av signaldetek- teringsenhet med variabel bandbredd och därmed möjlighet att utnyttja en mycket smal bandbredd för optimal riktningskorrektion, baserad på en stabil men relativt svag pilot- signal. Den smala bandbredden ger möjlighet att detektera mycket svaga pilotsignaler, som vid större bandbredder vanligtvis "drunknar" i omgivande signalbrus. Detta möjlig- görs genom sensorsystemets stabila överordnade funktion över tiden.

Antennanordningens sensorsystem omfattar ytterligare ett antal sensorer, nämligen en inklinometer med tillhörande digitala kompass, som är monterade i direkt anslutning till anordningens fundament, ovanför gränssnittet för monterade chock- och vibrations- dämpare som skiljer anordningen i övrigt från fundament och förband med monterings- underlag. Vidare finns en extern sensorenhet bestående av GPS ( global positioneering system) med tillhörande digitala kompass. Tillsammans med systemkontrollens 14 lagringsdata för inprogrammerade målobjekts positionsdata kan ett teoretiskt beräknat riktningsvärde för aktuellt mâlobjekt utifrån aktuell geografisk position erhållas, dock ej med större noggrannhet än vad sensorsystemet med sina skilda sensorer i sig erbjuder.

Genom de dubbla digitala kompasserna kan en kalibrering av de här enskilda sensorerna ske, vilket medför en något mindre missvisning än i annat fall. På grund av detta kan denna metod för beräkning av riktningsvärde till ett mâlobjekt sägas utgöra en grovinställning. Då gyrokompass finns att tillgå ansluts denna till systemkontrollen, vilket ger bättre noggrannhet av kompassku-fsfilíenna grova inställning är tillräcklig för att signaldetekteringsenheten 12 skall kunna finna en pilotsignal för optimerad riktnings- verkan mot målobjektet.

Då gyrokompass ej kan användas av miljöskäl erhålles bäring genom inklinometer och känd elevation till målsändaren. Under det att rotering av antennen sker och erhållet signaldata analyseras av en bredbandig spektrumanalysator kan unik sändarkombina- tion fastställa identitet och därigenom aktuell bäring.

Rörelsedetekteringsenheten 13 tillsammansmed de rörelsesensorer som monterats på respektive axel sänder kontinuerligt kompensationsdata för de externa krafter, som ver- kar på anordningen, under hela den inledande fasen och fortsättningsvis kontinuerligt för att kunna behålla det horisontella plan som inklinommetrarna ger anvisning om, vilket naturligtvis också utgör en förutssättning för inställning av önskad elevationshöjd till målobjektet. (Om detta inte sker på adekvat sätt kan signaldetekteringsenheten 12 inte med säkerhet antas hamna inom sitt detekteringsområde +/- 2 vinkelgrader).

Samtidigt erhålles kontinuerligt information om skillnaden mellan beräknat, initierat kompensationsdata, s.k. "bör-värde". och reellt verkställt värde, s.k."är-värde”, genom sensorerna 181-184. i* 513 732 6 Av ovanstående följer att det är ytterst viktigt att investera i kvalitet vad det gäller de skil- da sensorenhetema, med tyngdpunkt lagd på de 3D-sensorer (AVx;AVy;AVz) resp. (Aax; Aayyiaz) och 2D-inklinometrar (x;y) som anordningen är beroende av.

Genom val av digitala komponenter minimeras risken för att yttre signalstörningskällor skall negativt inverka på anordningens funktion. Utan att utgöra krav gör härvid CAN- Bus-teknik anordningen än mindre störningskänslig samt kostnadseffektiv.

Claims (4)

513 732 7 PATENTKRÅV

1. Antennanordning omfattande antennreflektor (10), sändar/mottagarhorn (11), samt signaldetekteringsenhet (12) för Signalbehandling av från ett mål inkommande signaler och för alstring av av dessa inkommande signaler beroende styrsignaler avsedda för styrning av antennreflektorns (10) inriktning mot målet, varvid detekteringsenheten ( 12) omfattar i serie signalkonverter (121-122) och beräkningsenhet (123), kännetecknad därav, att signalkonvertern (121-122) är anordnad för automatisk stegvis minskning av dess bandbredd från erforderligt maximalt frekvensomfång till ett smalbandigt frekvensom- fång, varvid dess bandbredd är aktiverad och bibehållen till dess att sökt ingångssignal kan detekteras inom bandbredden ifråga, varigenom högsta detekterbara känslighet för nämnda ingångssignal erhålles; och att anordningen dessutom omfattar; rörelsedetektorenhet (13) med 3D-sensorer (131, 132, 133), avsedd för avkänning av ändringar i antennreflektorns (10) inriktning, varvid 3D-sensorerna är placerade på an- tennreflektorns (10) baksida, och mëtfšignalutgång (130) ansluten till signalingång (1230) på beräkningsenheten (123) för alstring av ytterligare styrsignaler; samt drivenhet (15) för mekanisk styrning av antennreflektorns (10) inriktning i beroende av dels de utifrån från antennreflektorn härrörande styrsignalerna och dels de från rörelse- detektorenheten (13) härrörande ytterligare styrsignalerna.

2. Antennanordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av en andra rörelsedetektoringsenhet (17) med sensorer (171 -174), avsedda för avkänning av ändringar i position hos varje rotationsaxel (y,x,z,p) inom anordningen till följd av yttre krafter verkande på och inom anordningen, och med signalutgàng (170) ansluten till sig- nalingång (1240) på en andra beräkningsenhet (124), som har signalutgàng (1241) an- sluten till signalingång (140) på en systemkontrollenhet (14), vilken i sin tur har signal- ingång (141) ansluten till signalutgàng (1231) på den först nämnda beräkningsenheten (123) samt signalutgàng (142) ansluten till signalingång (150) på drivenheten (15).

3. Antennanordning enligt patentkravet 2, kännetecknad av en tredje rörelsedetektorenhet (18) med sensorer (181-184), avsedda för avkänning av reellt verkställd rörelsekompensation som skett hos varje rotationsaxel (y,x,z,p) inom anordningen till följd av kompensationsdata initierade via systemkontrollenheten (14), och med signalutgàng (180) ansluten till signalingång (1250) på en tredje beräknings- enhet (125), som har signalutgàng (1251) ansluten till en signalingång (143) på system- kontrollenheten (14). 515 732 8

4. Antennanordning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att signalkonvertern (121-122) omfattar en högfrekvent dei (121) ansluten på sin in- gångssida till sändarlmottagarhornets (11) mottagarsida øch på sin utgångssida till en mellanfrekvent del (122), där den automatiska minskningen av bandbredd är anordnad att ske.