一种动中通天线余弦扫描的惯导航向修正方法技术

本发明专利技术公开了一种动中通天线余弦扫描的惯导航向修正方法，使用余弦扫描的方法搜索卫星信号，该方法只存在方位轴的转动，省去的俯仰运动，降低了控制复杂度；且在信标机精度不高的情况下，通过圆锥扫描方式得到的信号偏差曲线具有随机性，因此该方法更适用于信标机精度不高的动中通设备，进而节约了成本；通过使用AGC信号差值通过比例控制方法对天线方位偏差进行补偿，通过AGC信号最大值反解航向进行方位补偿的方式，该方法由于找出了AGC信号余弦扫描左右差值与方位偏差角之间的线性关系与最佳线性系数，省去了复杂的计算过程，且通过比例控制使得补偿更加平稳，点击扰动更小。

An inertial navigation direction correction method for the cosine scanning of the moving medium antenna

The invention discloses a mobile communication antenna scanning ins heading cosine correction method, method of using cosine scanning search satellite signal, this method only exists in azimuth rotation, eliminating the pitching motion, reduce the complexity of the control; and the beacon accuracy is not high, the deviation signal is obtained the conical scanning mode is random, so this method is more suitable for communication equipment in the beacon machine precision motion, thereby saving cost; through the use of AGC signal difference by proportional control method to compensate the antenna azimuth deviation, the maximum range of AGC signal through inverse compensation course, because of the method to find out AGC about the difference between signal and cosine scanning and azimuth angle deviation linear with the best linear coefficient, complex calculation process is saved, and the proportional control The system makes the compensation more stable, and the click perturbation is smaller.

【技术实现步骤摘要】
一种动中通天线余弦扫描的惯导航向修正方法
本专利技术属于卫星通讯
，具体涉及一种动中通天线余弦扫描的惯导航向修正方法，适用于低成本惯导且要求系统长时间保持天线跟踪卫星精度的场合。
技术介绍
动中通就是利用固定业务卫星资源和安装于载体上的天线系统，在静止和运动状态下建立和保持载体与目标卫星之间卫星链路的宽带移动卫星通信系统。其实质就是在运动状态下，时刻保持天线方位、俯仰、极化三维对准卫星。现有技术条件下大多动中通产品需要昂贵的姿态航向参考系统AHRS(Attitudeandheadingreferencesystem,航姿参考系统)来得到载体姿态，进而补偿天线由于载体姿态变化引起的扰动，始终保持与目标卫星的三维对准。由于高精度的AHRS产品价格昂贵，使用低成本MEMS惯导代替昂贵的高精度AHRS产品，已经成为当前动中通系统的研究热点。针对精度不高的MEMS惯导，根据惯导系统误差传播特性可知，载体俯仰角与横滚角满足84.4min的舒拉振荡周期，在舒拉周期的限制下载体俯仰角与横滚角保持在一定的角度范围内振荡。由于惯导系统姿态解算精度较高，又受到舒拉周期限制，所以载体两水平姿态角长期漂移误差较小，可以忽略其对天线跟踪卫星精度的影响。但惯导系统航向角不满足舒拉振荡周期，其误差随时间增长而不断增加，惯导长时间使用过程中航向角将存在较大的误差累积，从而导致天线系统卫星指向精度不断变差。单纯依靠惯导系统高精度导航技术来实现动中通天线系统长期高精度卫星信号跟踪功能，成本较高，如何克服低成本惯导系统航向角误差随时间不断累积的弊端，实现长时间不间断运行情况下天线系统的高精度稳定卫星跟踪功能是目前基于惯导方案动中通系统的一个难点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种动中通天线余弦扫描的惯导航向修正方法，实现了对卫星信号的闭环跟踪，解决了惯导系统产生航向漂移误差对动中通产生的影响。一种动中通天线的余弦扫描的惯导航向修正方法，包括如下步骤：步骤1、动中通天线进行360度扫描寻星，完成初始化对准卫星；然后利用卫星信号反向解算惯导航向角，并据此校准惯导的航向角；步骤2、根据卫星坐标、天线坐标以及惯导的姿态数据解算方位误差角及俯仰误差角，并通过PID控制方法实现天线跟踪控制；其中，在天线的方位角控制量上叠加余弦函数控制量Ecos，以通过PID跟踪控制天线进行余弦扫描运动；其中，A为余弦扫描幅度控制量，N为扫描节拍控制变量，Tcos为余弦扫描周期，Tcon为控制节拍周期，N的取值范围为步骤3、采用方位偏差角Eoffset对天线的余弦扫描运动的方位误差进行修正，其中，Eoffset＝KAAGCoffset，KA为比例控制系数，AGCoffset＝AGCL-AGCR，AGCR为天线进行余弦扫描运动过程中扫描到右侧时采集到的AGC值，AGCL为天线进行余弦扫描运动过程中扫描到左侧时采集到的AGC值；步骤4、在天线完成一个余弦扫描周期时，在惯导输出的航向角上叠加Yoffset修正量，来修正惯导航向角Yoffset；其中，Yoffset＝KBAGCoffset，KB为比例控制系数。较佳的，所述步骤3对天线的余弦扫描运动进行误差修正过程中，将方位偏差角Eoffset分散到天线余弦扫描运动前半周期的固定节拍中。较佳的，方位偏差角Eoffset均匀分散到天线余弦扫描运动前半周期的固定节拍中，当控制节拍的个数为X时，对方位误差在每个节拍上调整较佳的，AGCR和AGCL的计算方法为：令天线每周期余弦扫描的节拍数为Nmax，则以左侧为余弦扫描的起始点，则在右侧五个控制节拍分别记录AGC值，并按如下公式计算AGCR；Nmax为扫描节拍数；同理，以右侧为余弦扫描的起始点，则在左侧五个控制节拍分别记录AGC值，并计算AGCL的值。较佳的，为AGCoffset设定上限值和下限值；当计算得到的AGCoffset大于上限值时，此时AGCoffset取该上限值；当计算得到的AGCoffset小于下限值时，此时AGCoffset取该下限值。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术使用余弦扫描的方法搜索卫星信号，相对于传统机械扫描方式的圆锥扫描的方法，该方法只存在方位轴的转动，省去的俯仰运动，降低了控制复杂度。且在信标机精度不高的情况下，通过圆锥扫描方式得到的信号偏差曲线具有随机性，因此该方法更适用于信标机精度不高的动中通设备，进而节约了成本。2、本专利技术通过使用AGC信号差值通过比例控制方法对天线方位偏差进行补偿，相对于传统的圆锥扫描方法中，通过AGC信号最大值反解航向进行方位补偿的方式，该方法由于找出了AGC信号余弦扫描左右差值与方位偏差角之间的线性关系与最佳线性系数，省去了复杂的计算过程，且通过比例控制使得补偿更加平稳，点击扰动更小。3、通过以上两个过程，对于低成本动中通中精度不高的惯导航向的漂移进行了有效的补偿。附图说明图1为本专利技术惯导航向修正的流程图；图2为RIU300惯导航向静态漂移速度测试图；图3为天线方位信标信号方向图；图4为AGC差值与中心位置偏差角关系曲线；图5为通过余弦扫描修正后方位偏差角与惯导航向角度曲线图；图6为比例控制惯导航向校准效果图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术的惯导航向修正方法包括如下具体步骤：步骤1、初始化：动中通天线进行360度扫描寻星，完成初始化对准卫星。然后利用卫星信号反向解算惯导航向角，并校准惯导航向角。步骤2、惯导跟踪控制：根据卫星坐标、天线坐标、惯导姿态数据解算方位及俯仰误差角，通过PID控制算法实现天线跟踪控制。在跟踪过程中由于惯导航向的漂移，天线方位指向逐渐偏离卫星，导致信号丢失。瑞特RIU300惯导的静态航向漂移测试数据如附图2，可见每分钟惯导将会有大约1度的航向漂移，因此需要借助卫星信标信号实现对卫星的闭环跟踪。步骤3、本专利技术通过余弦扫描方法实现方位误差修正：在天线的方位角控制量上叠加余弦函数控制量Ecos，通过PID跟踪控制实现天线不断进行余弦扫描运动，所叠加的余弦扫描控制函数为：其中Ecos为方位误差余弦叠加控制量，A余弦扫描幅度控制量，N为扫描节拍控制变量，Tcos为余弦扫描周期，Tcon为控制节拍周期，N的取值范围A的取值根据信标机的灵敏度设定，取值越大余弦扫描范围将越大，但会损链路信号功率。本实施例中，取A为0.1°，Tcos为1s，Tcon为0.01s，则N的取值范围为N∈[1,100]。即在100个控制节拍完成一次余弦扫描，扫描幅度为±0.1°。步骤4、余弦扫描修正：在方位误差角上叠加余弦控制量Ecos实现方位余弦扫描，通过N控制余弦扫描节拍。在余弦扫描的最左侧和最右侧采集AGC值，为了减小AGC取值的噪声误差，采用多次采样取平均值的方法减小噪声误差，若每周期余弦扫描的节拍数为Nmax则以左侧为余弦扫描的起始点，则在右侧五个控制节拍分别记录AGC值按如下公式计算。AGCR为余弦扫描右侧采集AGC值，同理得AGCL左侧采集AGC值。当控制节拍N为Nmax时，单个余弦扫描结束，根据AGCR和AGCL计算方位偏差角Eoffset。上述实时例中天线方位方向图如附图3所示，其中x轴代表方位偏差角，取天线正对卫星方向天线方位的偏差角为0，则y轴表示随天线扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动中通天线的余弦扫描的惯导航向修正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、动中通天线进行360度扫描寻星，完成初始化对准卫星；然后利用卫星信号反向解算惯导航向角，并据此校准惯导的航向角；步骤2、根据卫星坐标、天线坐标以及惯导的姿态数据解算方位误差角及俯仰误差角，并通过PID控制方法实现天线跟踪控制；其中，在天线的方位角控制量上叠加余弦函数控制量Ecos，以通过PID跟踪控制天线进行余弦扫描运动；其中，

【技术特征摘要】
1.一种动中通天线的余弦扫描的惯导航向修正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、动中通天线进行360度扫描寻星，完成初始化对准卫星；然后利用卫星信号反向解算惯导航向角，并据此校准惯导的航向角；步骤2、根据卫星坐标、天线坐标以及惯导的姿态数据解算方位误差角及俯仰误差角，并通过PID控制方法实现天线跟踪控制；其中，在天线的方位角控制量上叠加余弦函数控制量Ecos，以通过PID跟踪控制天线进行余弦扫描运动；其中，A为余弦扫描幅度控制量，N为扫描节拍控制变量，Tcos为余弦扫描周期，Tcon为控制节拍周期，N的取值范围为步骤3、采用方位偏差角Eoffset对天线的余弦扫描运动的方位误差进行修正，其中，Eoffset＝KAAGCoffset，KA为比例控制系数，AGCoffset＝AGCL-AGCR，AGCR为天线进行余弦扫描运动过程中扫描到右侧时采集到的AGC值，AGCL为天线进行余弦扫描运动过程中扫描到左侧时采集到的AGC值；步骤4、在天线完成一个余弦扫描周期时，在惯导输出的航向角上叠加Yoffset修正量，来修正惯导航向角Yoffset；其中，Yoffset＝KBAGCoffset，KB为比例控制系数。2.如权利要求1所述的一种动中通天线的余弦扫描的惯...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩泉城，杨志群，苗萍，石宝民，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37