动中通天线专用捷联惯导系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种动中通天线专用捷联惯导系统，包括依次连接的信号输入部分、A/D模拟转换模块、信号处理与解算模块和输出RS422接口，串口输入RS485接口也与信号处理与解算模块连接，所述的信号输入部分包括分别与A/D模拟转换模块连接的三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴温度传感器和卫星信标机。解决了现有技术中成本过高、体积和功耗偏大、可靠性底等问题。

Special strapdown inertial navigation system for moving middle pass antenna

The utility model discloses an inertial navigation system on moving antenna includes special sins, signal input, A/D connecting analog conversion module, signal processing and calculation module and RS422 output interface, RS485 interface and serial input signal processing module is connected with the solution, the signal input part comprises a respectively. A/D analog conversion module, three axis gyroscope connected three axis accelerometer, three axis temperature sensor and satellite beacon. The problems such as high cost, large volume and power consumption and reliability bottom are solved in the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
动中通天线专用捷联惯导系统
本技术属于卫星通信与导航
，涉及一种动中通天线专用捷联惯导系统。
技术介绍
“动中通”是一种基于固定卫星通信频段的移动卫星通信系统，是近年来迅速发展起来的一种基于固定卫星服务频段的移动卫星通信系统，具有通信能力强、保密性好、信息容量大等特点。动中通凭借出色的超视距传输能力和系统独立性，广泛应用于野外勘探、飞机、远洋运输船只、紧急搜救、突发公共事件处理以及应急指挥等领域，成为近年来国内外移动卫星通信领域研究的热点。动中通在运动过程中需要依靠测控系统快速隔离载体运动对天线的影响，以保持天线始终指向卫星。国内测控系统常采用高精度惯性器件组成的捷联惯导系统，其造价高昂，极大限制了动中通的推广及应用。为了降低动中通成本，本技术常采用低成本的微机械(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)传感器代替高精度惯性器件，在卫星信标辅助下完成捷联解算，形成动中通专用的捷联式惯导系统。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种动中通天线专用捷联惯导系统，解决了现有技术中成本过高、体积和功耗偏大、可靠性底等问题。本技术所采用的技术方案是，一种动中通天线专用捷联惯导系统，包括依次连接的信号输入部分、A/D模拟转换模块、信号处理与解算模块和输出RS422接口，串口输入RS485接口也与信号处理与解算模块连接，所述的信号输入部分包括分别与A/D模拟转换模块连接的三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴温度传感器和卫星信标机。本技术的特点还在于，所述的信号输入部分还包括与RS485接口连接的GPS接收机。所述的信号处理与解算模块，即DSP模块，其结构包括内部解算模块和与其连接的看门狗模块、电源、非易失存储器及静态存储器。所述的内部解算模块的数据输入接口与A/D模拟转换模块和RS485接口连接，同时信号处理与解算模块的数据输出端与RS422接口连接，RS485接口将GPS接收机的输入的GPS输出信号直接送到信号处理与解算模块中。所述的三轴加速计采用MS9002型加速度计。所述的三轴陀螺仪采用STIM210型三轴陀螺仪。所述的A/D模拟转换模块包含依次连接的模拟信号预处理模块、模拟开关及A/D转换器。三轴陀螺仪和三轴加速度计均采用基于MEMS技术的高性能、低价格的惯性传感器。本技术的有益效果是，采用MEMS技术的高性能、低价位的陀螺仪和加速度计传感器，在高性能的DSP硬件系统基础上，利用现代数字信号处理算法，使得捷联惯导系统体积小、功耗低重量轻、可靠性高的特点，已经广泛应用于车载、船载和机载动中通天线的伺服控制中，具有良好的应用价值及前景。能够在卫星信标辅助下的MEMS技术的陀螺仪和加速度组成的捷联惯导系统，在完全满足动中通伺服控制精度的前提条件下，解决了现有技术中成本过高、体积和功耗偏大、可靠性底等问题。附图说明图1为本技术动中通天线专用捷联惯导系统的功能模块框图；图2为本技术动中通天线专用捷联惯导系统的结构示意图。图中，1.信号处理与解算模块，2.A/D模拟转换模块，3.三轴陀螺仪，4.三轴加速度计，5.三轴温度传感器，6.卫星信标机，7.GPS接收机，8.RS485接口，9.看门狗模块，10.电源，11.非易失存储器，12.静态存储器，13.内部解算模块，14.RS422接口，15.模拟信号预处理模块，16.模拟开关，17.A/D转换器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术的动中通天线专用捷联惯导系统的结构，如图1所示，包括依次连接的信号输入部分、A/D模拟转换模块2、信号处理与解算模块1和输出RS422接口14，串口输入RS485接口8也与信号处理与解算模块1连接，所述的信号输入部分包括分别与A/D模拟转换模块2连接的三轴陀螺仪3、三轴加速度计4、三轴温度传感器5和卫星信标机6；所述的信号输入部分还包括与RS485接口8连接的GPS接收机7。所述的信号处理与解算模块1，即DSP模块，其结构包括内部解算模块13和与其连接的看门狗模块9、电源10、非易失存储器11及静态存储器12。所述的内部解算模块13的数据输入接口与A/D模拟转换模块2和RS485接口8连接，同时信号处理与解算模块1的数据输出端与RS422接口14连接，RS485接口8将GPS接收机7的输入的GPS输出信号直接送到信号处理与解算模块1中。所述的三轴加速计采用MS9002型加速度计。所述的三轴陀螺仪3采用STIM210型三轴陀螺仪。如图2，所述的A/D模拟转换模块2包含依次连接的模拟信号预处理模块15、模拟开关16及A/D转换器17。用于将三轴陀螺仪3、三轴加速度计4、三轴温度传感器5和卫星信标信号6分别测量得到的共计十组模拟信号进行预处理并实时转换为数字信号，输入到信号处理与解算模块(DSP)1中，进行导航解算。三轴陀螺仪3和三轴加速度计4均采用基于MEMS技术的高性能、低价格的惯性传感器，可精确测量动中通载体的三维运动角速度和三维加速度；三轴温度传感器5敏感惯性传感器工作温度，以此作为惯性传感器的温度补偿参考值；卫星信标机6来自动中通天线的卫星信号信标机，卫星信标机6输出的模拟信号直接送入A/D转换器，形成数字信号，该信号在天线的航向轴和俯仰轴上各自呈抛物面曲线分布，合成在一起形成圆锥曲面，当天线在航向轴和俯仰轴上正对上卫星时，信标信号值最大，在圆锥的最顶端，通常动中通天线在运动过程中，伺服控制系统要控制卫星信标信号值在-3dB内，通过采样卫星信标值就可以判断天线对准卫星的状况，同时由信标信号也可以推断出天线此时的航向角与俯仰角；GPS接收机7将动中通天线的位置和运动速度信息通过RS485接口8送到解信号处理与解算模块(DSP)1中，位置信息用于计算当地动中通天线接收卫星的理论航向角、俯仰角和极化角，速度信息用于捷联惯导解算修正Kalman滤波器的观测量，采用Kalman滤波进行导航参数的误差补偿保证动中通天线在动态环境下测量精度的前提。本技术的基本工作原理是：由三轴陀螺仪3和三轴加速度计4测量动中通天线载体的三维角速度和三维加速度信号；卫星信标机6给出动中通天线的对准卫星状态，外加GPS接收机7。这些信息一并送入信号处理与解算模块(DSP)1中进行解算。在解算时，一是由三维角速度和三维加速度解算出天线载体的俯仰角和横滚角；二是借助GPS输出的位置信息，卫星信标信号解算出航向角；三维利用GPS输出的速度信息作为Kalman滤波器的观测量，GPS每输出一次速度信息，就启动一次Kalman滤波器，对导航参数(航向角、俯仰角、横滚角和陀螺)误差进行修正，保证捷联惯导长时间的测量精度。系统输出：由信号处理与解算模块(DSP)1解算出的导航参数以及原始测量值三维角速度和三维加速度信息一起通过RS422接口14输出给动中通天线的伺服控制系统，伺服控制系统以此为依据对动中通天线进行控制，保证天线在运动过程中，始终对准卫星，满足通信带宽的要求。本技术动中通天线专用捷联惯导系统，在卫星信标信号的辅助下，一是能够完成独立的捷联解算，二是在器件完全相同的情况下，比常用GPS+IMU(惯性测量单元)组合捷联惯导的技术指标有所提高。具体指标为：(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动中通天线专用捷联惯导系统，其特征在于，包括依次连接的信号输入部分、A/D模拟转换模块（2）、信号处理与解算模块（1）和输出RS422接口（14），串口输入RS485接口（8）也与信号处理与解算模块（1）连接，所述的信号输入部分包括分别与A/D模拟转换模块（2）连接的三轴陀螺仪（3）、三轴加速度计（4）、三轴温度传感器（5）和卫星信标机（6）；所述的信号输入部分还包括与RS485接口（8）连接的GPS接收机（7）；所述的信号处理与解算模块（1），即DSP模块，其结构包括内部解算模块（13）和与其连接的看门狗模块（9）、电源（10）、非易失存储器（11）及静态存储器（12）。

【技术特征摘要】
1.一种动中通天线专用捷联惯导系统，其特征在于，包括依次连接的信号输入部分、A/D模拟转换模块（2）、信号处理与解算模块（1）和输出RS422接口（14），串口输入RS485接口（8）也与信号处理与解算模块（1）连接，所述的信号输入部分包括分别与A/D模拟转换模块（2）连接的三轴陀螺仪（3）、三轴加速度计（4）、三轴温度传感器（5）和卫星信标机（6）；所述的信号输入部分还包括与RS485接口（8）连接的GPS接收机（7）；所述的信号处理与解算模块（1），即DSP模块，其结构包括内部解算模块（13）和与其连接的看门狗模块（9）、电源（10）、非易失存储器（11）及静态存储器（12）。2.根据权利要求1所述的动中通天线专用捷联惯导系统，其特征在于，所述的内部解算模块（13）的数据输入接口与A/D模拟转换模块（2）和RS485接口（8）...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲国福，
申请(专利权)人：陕西瑞特测控技术有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61