一种天线与转台齐次坐标变换模块制造技术

本发明专利技术公开了一种天线与转台齐次坐标变换模块，属于天线运动控制技术领域，包括变换矩阵单元、反求矩阵单元。本发明专利技术能够根据已知的一个固定点在阵面坐标系下的坐标以及阵面的姿态发生变化后该固定点在阵面坐标系下的坐标，求得该固定点的坐标变换矩阵；并能够当已知阵面坐标系当前的姿态及经过平移、俯仰、旋转之后阵面所对目标点的坐标时，求得卫星天线的变化参数，即卫星天线的平移量，俯仰角度和旋转角度，值得被推广使用。值得被推广使用。值得被推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种天线与转台齐次坐标变换模块


[0001]本专利技术涉及天线运动控制
，具体涉及一种天线与转台齐次坐标变换模块。

技术介绍

[0002]目前市场上或者国内的一些机械系统普遍采用电机驱动来完成各项运动，并且在很多情况下都是通过直接控制电机来完成的。随着自动化技术的发展，采用单片机或者PLC控制器来控制电机运动的方式越来越普遍。运动控制还是很多机械系统必备的组成部分，为了实现对机械系统的精确控制，需要可靠实用的运动控制软件系统来对其进行操作。
[0003]雷达卫星天线机械系统是很典型的机械运动系统，其运动主要分为平移运动，俯仰运动和旋转运动；并且其运动都是用电机来实现的。控制器主要是PLC或者单片机组成。要实现对雷达卫星天线的运动控制相当于发送指令来控制单片机或者PLC。
[0004]卫星天线的运动主要为平移、旋转、俯仰，通过调整这三个参数使卫星天线的阵面对着目标物体或者点，在上述运动过程中，对于目标物体或者点在卫星天线阵面上坐标的处理变换方式尤为重要，尤其在运动控制软件系统中，为此，提出一种天线与转台齐次坐标变换模块。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于：如何解决目标物体或者点在卫星天线阵面上坐标的处理变换问题，将该处理变换方式应用与运动控制软件系统中，以便更好地对卫星天线阵面的运动进行控制，提供了一种天线与转台齐次坐标变换模块。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括变换矩阵单元、反求矩阵单元；
[0007]所述变换矩阵单元，用于根据已知的一个固定点在阵面坐标系下的坐标以及阵面的姿态发生变化后该固定点在阵面坐标系下的坐标，求得该固定点的坐标变换矩阵；
[0008]所述反求矩阵单元，用于当已知阵面坐标系当前的姿态及经过平移、俯仰、旋转之后阵面所对目标点的坐标时，求得卫星天线的变化参数，即卫星天线的平移量，俯仰角度和旋转角度。
[0009]更进一步地，在所述变换矩阵单元中，卫星天线阵面运动时先要转台平移一个平移量，同时转台旋转一个角度，再将阵面俯仰一个角度。
[0010]更进一步地，所述卫星天线底部固定于大地的坐标系；O”为固定于阵面的坐标系，即阵面坐标系；O为平移坐标系，其坐标轴方位始终与大地坐标系相同，两者相差一个平移量；O
’
为俯仰坐标系。
[0011]更进一步地，阵面坐标系当前的姿态表示为其中θ0为相对于阵面标准位置的旋转角，为相对于阵面标准位置的俯仰角，z0为相对于阵面标准位置的平移量。
[0012]更进一步地，计算坐标变换矩阵的具体过程如下：
[0013]S11：已知P0点是在阵面坐标系下的坐标，平移和旋转都是在固定坐标系下下进行的，固定坐标系即大地坐标系，先平移一个量使得O”坐标系下的坐标变换得到O
’
坐标，变换矩阵A1如下：
[0014][0015]其中，z0为转台相对标准位置的平移量，L0为平台参数；
[0016]S12：经过A1的变换后，得到了O
’
坐标系下的坐标，O
’
坐标相对于固定坐标发生了相对运动，将其分解为一个平移和旋转运动，其中平移矩阵A2如下：
[0017][0018]其中，θ为旋转运动的角度值；
[0019]平移后得到了O
’
坐标系下的坐标旋转矩阵A3如下：
[0020][0021]S13：经过步骤S12中变换得到了中间坐标系的坐标，再在中间坐标系中进行俯仰运动，俯仰矩阵A4如下：
[0022][0023]其中，为俯仰运动的角度值；
[0024]S14：得到O坐标系下的坐标，最后将其平移到阵面坐标下，就得到最终姿态的阵面坐标系下P0点的坐标，其中平移矩阵A5如下：
[0025][0026]其中，a、b分别为平移到阵面中心水平和垂直方向上的平移量；
[0027]S15：得到最终的坐标变换矩阵如下：
[0028]A＝A1·
A2·
A3·
A4·
A5。
[0029]更进一步地，在所述反求矩阵单元中，已知阵面坐标系当前的姿态即已知当前卫
星天线的相对于标准位置的平移量、俯仰角度和旋转角度，当前的姿态为各参数分别表示相对于标准位置的旋转角、俯仰角、平移量。
[0030]更进一步地，在计算卫星天线的变化参数时，建立三个坐标系O1、O2、O3，其中坐标系O1为x1y1z1，坐标系O2为x2y2z2，坐标系O3为x3y3z3，坐标系O1为平移坐标系，坐标系O2为俯仰坐标系，坐标系O3为阵面坐标系，其z3轴即阵面方向。
[0031]更进一步地，已知一点P3(x3,y3,z3)，其坐标值是相对于阵面坐标系的坐标，在计算卫星天线的变化参数时，只需要阵面z3轴对着已知P3点即可，通过多种运动过程组合实现阵面对着目标点，需计算的参数为旋转角度θ和俯仰角度
[0032]更进一步地，旋转角度θ的计算过程如下：
[0033]S21：通过旋转使得P3点在y3O3z3这个平面上，由于O2坐标系和O3是固定在一起的，只是相差一个平移量，所以P3同样在y2O2z2平面上；
[0034]S22：再把P3在O1坐标系下向x1o1z1面投影得到点P1；
[0035]S23：把投影点与O1原点连接成线段P1O1，线段P1O1与坐标轴O1Z1方向所成的角就为相对于标准位置需要转动的旋转角度θ1；
[0036]S24：求得P3点在固定坐标系下的坐标M，由于固定坐标和O1坐标存在一个平移量z0，所以得到M坐标的z方向的值需要减去一个z0才是O1坐标系下的坐标：
[0037]M＝A P3
[0038]其中A为坐标变换矩阵；
[0039]S25：将M坐标的三个坐标值分开表示(x,y,z)，P3点O1坐标系下的坐标值为：
[0040]x1＝x，y1＝y，z1＝z
‑
z0；
[0041]S26：由坐标变换可知P1点o1坐标系的x、z方向上的坐标为θ1＝acos(z1/|O1P1|)，z1为点P1在O1坐标系的z轴坐标；
[0042]S27：将θ1减去初始旋转角度θ0即得到要求得的旋转角度θ，公式如下：
[0043]θ＝θ1‑
θ0[0044]其中，初始旋转角度θ0为一开始卫星天线的姿态与标准位置的旋转角度。
[0045]更进一步地，俯仰角度的计算过程如下：
[0046]S31：经过以上的变换，P3点的位置就在三个坐标系yoz平面上，要求得的俯仰角度在俯仰坐标系下进行，将坐标系转化到俯仰坐标系下，经过上面旋转后再平移一个参数量，P3点在O2坐标系下的坐标x方向为0，y方向不变，Z方向的值Z2发生变化，具体如下：
[0047][0048]其中，L为平移的参数量；
[0049]S32：将P3点再向y2O2z2平面上投影，阵面原点俯仰过程中所在位置的轨迹形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线与转台齐次坐标变换模块，其特征在于：包括变换矩阵单元、反求矩阵单元；所述变换矩阵单元，用于根据已知的一个固定点在阵面坐标系下的坐标以及阵面的姿态发生变化后该固定点在阵面坐标系下的坐标，求得该固定点的坐标变换矩阵；所述反求矩阵单元，用于当已知阵面坐标系当前的姿态及经过平移、俯仰、旋转之后阵面所对目标点的坐标时，求得卫星天线的变化参数，即卫星天线的平移量，俯仰角度和旋转角度。2.根据权利要求1所述的一种天线与转台齐次坐标变换模块，其特征在于：在所述变换矩阵单元中，卫星天线阵面运动时先要转台平移一个平移量，同时转台旋转一个角度，再将阵面俯仰一个角度。3.根据权利要求2所述的一种天线与转台齐次坐标变换模块，其特征在于：所述卫星天线底部固定于大地的坐标系；O”为固定于阵面的坐标系，即阵面坐标系；O为平移坐标系，其坐标轴方位始终与大地坐标系相同，两者相差一个平移量；O
’
为俯仰坐标系。4.根据权利要求3所述的一种天线与转台齐次坐标变换模块，其特征在于：阵面坐标系当前的姿态表示为其中θ0为相对于阵面标准位置的旋转角，为相对于阵面标准位置的俯仰角，z0为相对于阵面标准位置的平移量。5.根据权利要求4所述的一种天线与转台齐次坐标变换模块，其特征在于：计算坐标变换矩阵的具体过程如下：S11：已知P0点是在阵面坐标系下的坐标，平移和旋转都是在固定坐标系下下进行的，固定坐标系即大地坐标系，先平移一个量使得O”坐标系下的坐标变换得到O
’
坐标，变换矩阵A1如下：其中，z0为转台相对标准位置的平移量，L0为转台参数；S12：经过A1的变换后，得到了O
’
坐标系下的坐标，O
’
坐标相对于固定坐标发生了相对运动，将其分解为一个平移和旋转运动，其中平移矩阵A2如下：其中，θ为旋转运动的角度值；平移后得到了O
’
坐标系下的坐标旋转矩阵A3如下：
S13：经过步骤S12中变换得到了中间坐标系的坐标，再在中间坐标系中进行俯仰运动，俯仰矩阵A4如下：其中，为俯仰运动的角度值；S14：得到O坐标系下的坐标，最后将其平移到阵面坐标下，就得到最终姿态的阵面坐标系下P0点的坐标，其中平移矩阵A5如下：其中，a、b分别为平移到阵面中心水平和垂直方向上的平移量；S15：得到最终的坐标变换矩阵如下：A＝A1.A2.A3.A4.A5。6.根据权利要求1所述的一种天线与转台齐次坐标变换模块，其特征在于：在所述反求矩阵单元中，已知阵面坐标系当前的姿态即已知当前卫星天线的相对于标准位置的平移量、俯仰角度和旋转角度，当前的姿态为各参数分别表示相对于标准位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠华，章仁飞，周骏，王晓涛，王勇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：