一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统，包括：伺服控制子系统，其包括开环稳定模块、闭环跟踪模块和传感器融合模块，其中：开环稳定模块包括单惯性测量单元，单惯性测量单元用于测量载体的线加速度和角速率，开环稳定模块根据载体线加速度和角速率信息对天线进行控制；闭环跟踪模块对天线的指向进行校正，以保持天线准确地指向卫星；传感器融合模块对若干个传感器采集的数据进行融合，以快速得到并准确跟踪单惯性测量单元的陀螺零偏。根据本发明专利技术的系统，可以根据单惯性测量单元所获取的载体线加速度和角速率信息对天线进行控制；对天线的指向进行校正，保持天线准确地指向卫星，最大限度地保证视频传输的稳定性，提高抗干扰能力。

A satellite video transmission system based on airborne Ka band

【技术实现步骤摘要】
一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统
本专利技术涉及卫星通信
，特别涉及一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统。
技术介绍
进入21世纪以来，无线通信在军事、科研以及人类生活等很多领域得到了广泛的应用，已经成为人们工作、学习、娱乐和生活等各个方面必不可少的通信工具。但是，由于无线通信应用在越来越广泛和深入的领域，这样就使得通信频点变的更加拥挤，通信的信息量要求愈加巨大，需求的带宽也越来越宽，目前使用的波段和频点越来越不能满足以上的要求。Ka波段由于其抗干扰性能强，地球站直径偏小，便于安装以及更宽的频率分配，使得Ka频段卫星通信系统具有更广泛的应用前景和巨大潜力。载体在移动过程中，由于其姿态和地理位置发生变化，会引起原对准卫星天线偏离卫星，使通信中断，因此必须对载体的这些变化进行隔离，使天线不受影响并始终对准卫星，这就是卫星视频传输系统要解决的主要问题，也是移动载体进行不间断卫星通信的前提。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统，用以实现自动地根据载体线加速度和角速率信息对天线进行控制；并对天线的指向进行校正，保持天线准确地指向卫星。本专利技术提供一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统，包括：伺服控制子系统，所述伺服控制子系统包括开环稳定模块、闭环跟踪模块和传感器融合模块，其中：所述开环稳定模块包括单惯性测量单元，所述单惯性测量单元用于测量载体的线加速度和角速率，获得载体线加速度和角速率信息，所述开环稳定模块用于根据所述单惯性测量单元所获取的所述载体线加速度和角速率信息对天线进行控制；所述闭环跟踪模块用于对所述天线的指向进行校正，以保持所述天线准确地指向卫星；所述传感器融合模块用于对若干个传感器采集的数据进行融合，以快速得到并准确跟踪所述单惯性测量单元的陀螺零偏。进一步地，所述单惯性测量单元包括若干个单轴的加速度计和若干个单轴的陀螺，所述传感器融合模块包括速度传感器，其中：所述加速度计用于检测物体在所述载体所在的坐标系统中独立三轴的加速度信号，并用于感知飞机相对于地垂线的加速度分量；所述陀螺用于检测所述载体相对于导航坐标系的角速度信号；所述速度传感器用于感知所述飞机的角度信息，并测量物体在三维空间中的角度和加速度，并根据所述物体在三维空间中的所述角度和加速度解算出所述物体的姿态。进一步地，所述惯性测量单元还用于：将所述加速度计检测的所述加速度信号和所述陀螺检测的所述角速度信号进行空间坐标变换，将所述加速度计和所述陀螺所在的局部坐标系中的信息变换到当前统一的标准空间坐标系中的相应信息；根据所述统一的标准空间坐标系中的相应信息，采用卡尔曼滤波算法对所述载体的姿态信息进行估计；输出所述载体的所述姿态信息，所述姿态信息包括角速率和姿态角。进一步地，所述闭环跟踪模块包括电流环单元、速度环单元和位置环单元，其中，所述电流环单元用于接收电流环给定值和电流反馈值，并输出电流环输出值；所述速度环单元用于接收速度环给定值和速度反馈值，并计算所述电流环给定值；所述位置环单元用于接收位置环给定值和位置反馈值，并计算所述速度环给定值。进一步地，所述电流环单元接收电流环给定值和电流反馈值，并输出电流环输出值执行以下步骤：所述电流环单元接收所述电流环给定值和所述电流反馈值，所述电流环给定值包括所述速度环单元进行PID调节后的输出；将所述电流环给定值和所述电流反馈值进行比较，获得所述电流环给定值和所述电流反馈值的第一差值；将所述第一差值在所述电流环单元内进行PID调节，获得第一调节值，并将所述第一调节值输出到伺服电机，所述电流环单元的输出包括所述伺服电机的每相的相电流。进一步地，所述速度环单元接收速度环给定值和速度反馈值，并计算所述电流环给定值执行以下步骤：所述速度环单元接收所述速度环给定值和所述速度反馈值，所述速度环给定值包括所述位置环单元进行PID调节后的第二调节值；将所述速度环给定值和所述速度反馈值进行比较，获得所述速度环给定值和所述速度反馈值的第二差值；将所述第二差值在所述速度环单元内进行PID调节，获得第三调节值，并将所述第三调节值作为所述电流环给定值，输出到所述电流环单元。进一步地，所述位置环单元接收位置环给定值和位置反馈值，并计算所述速度环给定值执行以下步骤：所述位置环单元接收所述位置环给定值和所述位置反馈值，所述位置环给定值包括外部脉冲信号经过平滑滤波处理和电子齿轮计算得到的计算值，将所述位置环给定值和所述位置反馈值进行比较，获得所述位置环给定值和所述位置反馈值的第三差值；将所述第三差值在所述位置环单元内进行PID调节，获得所述第二调节值，并将所述第二调节值作为所述速度环给定值，输出到所述速度环单元。进一步地，所述传感器融合模块对若干个传感器采集的数据进行融合执行以下步骤：每隔预设时间，获取各传感器的检测数据；对当前时刻获得的所述数据进行特征提取，所述特征提取是指对当前时刻的所有检测数据进行时间校准和空间坐标变换，以形成融合计算所需的统一时间参考点和空间参考点，其中所述时间校准基于时间校准装置、GPS系统实现对各传感器的时间校准，所述时间校准装置与GPS系统通信取得时间信息并提供给所述各传感器，所述时间校准装置包括处理模块、通信接口和与所述GPS系统实现无线通信的GPS通信模块，所述时间校准的步骤包括：接收来自所述各传感器的时间校准请求，所述通信接口等待接收来自各传感器的时间校准请求，直到接收到时间校准请求；所述通信接口将来自设备的时间校准请求发送给所述处理模块；响应所述时间校准请求，从所述GPS系统取得时间信息，所述处理模块根据时间校准请求控制所述GPS通信模块发出时间校准请求，所述GPS通信模块接收GPS系统返回的信息，将信息转发给所述处理模块，所述处理模块提取时间信息或重新发出时间校准请求；将所述时间信息发送给所述各传感器，所述处理模块将所述时间信息发送给所述通信接口，所述通信接口启动中断通知所述各传感器，等待所述各传感器的反馈，所述通信接口向所述各传感器发出时间信息，进行对所述各传感器的时间校准；所述空间坐标变换的步骤包括：计算所述各传感器的各个基坐标系相对于所述各传感器中的第一传感器的基坐标系的空间坐标变换矩阵，根据所述各传感器在其对应的基坐标系的全部位置点上的角度和所述第一传感器在其对应的基坐标系的全部位置点上的角度，确定所述各传感器的各个基坐标系相对于所述第一传感器的基坐标系的空间坐标变换矩阵的校正参数，根据所述校正参数计算所述各传感器的基坐标系相对于所述第一传感器的基坐标系的空间坐标变换矩阵；根据所述空间坐标变换矩阵将所述各传感器与所述第一传感器的相对位置进行空间坐标变换；分别对特征提取后的所述检测数据进行参数估计，分别获得所述检测数据的下一时刻数据估计，其中所述参数估计为将特征提取后的所述检测数据形成一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统，其特征在于，包括：伺服控制子系统，所述伺服控制子系统包括开环稳定模块、闭环跟踪模块和传感器融合模块，其中：/n所述开环稳定模块包括单惯性测量单元，所述单惯性测量单元用于测量载体的线加速度和角速率，获得载体线加速度和角速率信息，所述开环稳定模块用于根据所述单惯性测量单元所获取的所述载体线加速度和角速率信息对天线进行控制；/n所述闭环跟踪模块用于对所述天线的指向进行校正，以保持所述天线准确地指向卫星；/n所述传感器融合模块用于对若干个传感器采集的数据进行融合，以快速得到并准确跟踪所述单惯性测量单元的陀螺零偏。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机载Ka波段的卫星视频传输系统，其特征在于，包括：伺服控制子系统，所述伺服控制子系统包括开环稳定模块、闭环跟踪模块和传感器融合模块，其中：
所述开环稳定模块包括单惯性测量单元，所述单惯性测量单元用于测量载体的线加速度和角速率，获得载体线加速度和角速率信息，所述开环稳定模块用于根据所述单惯性测量单元所获取的所述载体线加速度和角速率信息对天线进行控制；
所述闭环跟踪模块用于对所述天线的指向进行校正，以保持所述天线准确地指向卫星；
所述传感器融合模块用于对若干个传感器采集的数据进行融合，以快速得到并准确跟踪所述单惯性测量单元的陀螺零偏。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单惯性测量单元包括若干个单轴的加速度计和若干个单轴的陀螺，所述传感器融合模块包括速度传感器，其中：
所述加速度计用于检测物体在所述载体所在的坐标系统中独立三轴的加速度信号，并用于感知飞机相对于地垂线的加速度分量；
所述陀螺用于检测所述载体相对于导航坐标系的角速度信号；
所述速度传感器用于感知所述飞机的角度信息，并测量物体在三维空间中的角度和加速度，并根据所述物体在三维空间中的所述角度和加速度解算出所述物体的姿态。


3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述惯性测量单元还用于：
将所述加速度计检测的所述加速度信号和所述陀螺检测的所述角速度信号进行空间坐标变换，将所述加速度计和所述陀螺所在的局部坐标系中的信息变换到当前统一的标准空间坐标系中的相应信息；
根据所述统一的标准空间坐标系中的相应信息，采用卡尔曼滤波算法对所述载体的姿态信息进行估计；
输出所述载体的所述姿态信息，所述姿态信息包括角速率和姿态角。


4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闭环跟踪模块包括电流环单元、速度环单元和位置环单元，其中，
所述电流环单元用于接收电流环给定值和电流反馈值，并输出电流环输出值；
所述速度环单元用于接收速度环给定值和速度反馈值，并计算所述电流环给定值；
所述位置环单元用于接收位置环给定值和位置反馈值，并计算所述速度环给定值。


5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电流环单元接收电流环给定值和电流反馈值，并输出电流环输出值执行以下步骤：
所述电流环单元接收所述电流环给定值和所述电流反馈值，所述电流环给定值包括所述速度环单元进行PID调节后的输出；
将所述电流环给定值和所述电流反馈值进行比较，获得所述电流环给定值和所述电流反馈值的第一差值；
将所述第一差值在所述电流环单元内进行PID调节，获得第一调节值，并将所述第一调节值输出到伺服电机，所述电流环单元的输出包括所述伺服电机的每相的相电流。


6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述速度环单元接收速度环给定值和速度反馈值，并计算所述电流环给定值执行以下步骤：
所述速度环单元接收所述速度环给定值和所述速度反馈值，所述速度环给定值包括所述位置环单元进行PID调节后的第二调节值；
将所述速度环给定值和所述速度反馈值进行比较，获得所述速度环给定值和所述速度反馈值的第二差值；
将所述第二差值在所述速度环单元内进行PID调节，获得第三调节值，并将所述第三调节值作为所述电流环给定值，输出到所述电流环单元。


7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述位置环单元接收位置环给定值和位置反馈值，并计算所述速度环给定值执行以下步骤：
所述位置环单元接收所述位置环给定值和所述位置反馈值，所述位置环给定值包括外部脉冲信号经过平滑滤波处理和电子齿轮计算得到的计算值，
将所述位置环给定值和所述位置反馈值进行比较，获得所述位置环给定值和所述位置反馈值的第三差值；
将所述第三差值在所述位置环单元内进行PID调节，获得所述第二调节值，并将所述第二调节值作为所述速度环给定值，输出到所述速度环单元。


8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器融合模块对若干个传感器采集的数据进行融合执行以下步骤：
每隔预设时间，获取各传感器的检测数据；
对当前时刻获得的所述数据进行特征提取，所述特征提取是指对当前时刻的所有检测数据进行时间校准和空间坐标变换，以形成融合计算所需的统一时间参考点和空间参考点，
其中所述时间校准基于时间校准装置、GPS系统实现对各传感器的时间校准，所述时间校准装置与GPS系统通信取得时间信息并提供给所述各传感器，所述时间校准装置包括处理模块、通信接口和与所述GPS系统实现无线通信的GPS通信模块，
所述时间校准的步骤包括：接收来自所述各传感器的时间校...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢向荣，王力强，
申请(专利权)人：西安通航装备科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61