天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及卫星测控技术领域，提供一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法，系统包括：依次连接的传感器电路、数据采集系统、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线；所述传感器电路用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，所述传感器电路包括水平传感器，该水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴；所述数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机；所述监控微机用于获取电压数据，得到最大不铅垂度及不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；所述天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。本方案能够快速测量天线方位轴不铅垂度，提高测量精度。提高测量精度。提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及卫星测控
，特别是涉及一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法。

技术介绍

[0002]在我国航天测控领域，出于对目标定位、跟踪的需要，地面测控设备需要对卫星相对于地面测控站的方位角、俯仰角进行测量。一般来讲，测量前需要对地面测控设备天线的角度测量系统误差进行标定。其中，方位轴不铅垂度标定是跟踪前标校的重要内容。方位轴指的是测控天线的方位转动轴，因安装原因导致该轴与水平面不垂直，其倾斜角度即为方位轴不铅垂度。如图1所示，γ平面为水平面，φ平面为与天线方位轴相垂直的平面。由于γ平面与φ平面不平行，当天线只转动方位时，机械轴（天线指向）与水平面的夹角将随天线方位角变化，而角度编码器输出俯仰角不变，引起测量误差。
[0003]方位误差：；俯仰误差： ；Ac：角度编码器输出方位角度值(测量值)；Ec：角度编码器输出俯仰角度值(测量值)；A0：方位角零值；E0：俯仰角零值；θm：最大不铅垂度；Am：最大不铅垂方位角。
[0004]由上述公式可以看出，因天线方位轴不铅垂引起的系统误差不是固定不变的，而是随天线的指向变化。解决办法是在天线转动过程中进行实时修正。
[0005]目前，国内测控设备的方位轴不铅垂度测量主要靠人工在测控前完成，自动化程度低，费时费力，精度不高。特别是在实战任务中，由于受到温度变化的影响，一天内方位轴不铅垂度最大变化可达四十角秒，但是方位轴不铅垂度测量必须在测控之前提前完成，如果采用人工完成，需要提前至少一小时进行测量，测量的时间与测控时间相距的时间越长，最大不铅垂度的误差越大。并且如果靠人工完成，至少需要3个人配合，每次测量不铅垂度都需要一个人爬到天线上记录数据，人的重量会对测量结果有影响，由此还会造成误差。
[0006]因此，亟需开发一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法，能够快速测量天线方位轴不铅垂度，提高测量精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法，能够快速测量天线方位轴不铅垂度，提高测量精度。
[0008]为解决上述技术问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种天线方位轴不铅垂度
的测量系统，包括：依次连接的传感器电路、数据采集系统、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线；所述传感器电路用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，所述传感器电路包括水平传感器，该水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴；所述数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机；所述监控微机用于获取电压数据，得到最大不铅垂度及不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；所述天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。
[0009]根据本专利技术一示例实施方式，所述传感器电路还包括依次连接的放大器、滤波器、模数转换模块及接口电路，所述水平传感器与放大器连接；所述数据采集系统与接口电路连接。
[0010]根据本专利技术一示例实施方式，所述水平传感器采用静态水平传感器，所述静态水平传感器是指不能用于测量面不水平度快速变化或快速震荡的应用场合、只能用于静止不动或不水平度变化缓慢的平面不水平度测量的传感器。
[0011]根据本专利技术一示例实施方式，所述数据采集系统包括传感器接口、单片机、程序存储器、数据存储器和微机接口；所述单片机与传感器接口、程序存储器、数据存储器和微机接口连接；所述监控微机与微机接口连接，所述传感器电路与传感器接口连接。
[0012]根据本专利技术一示例实施方式，所述测量系统还包括第一双绞线和第二双绞线，所述第一双绞线连接传感器电路和数据采集系统，所述第二双绞线连接数据采集系统和监控微机。
[0013]作为本专利技术的第二个方面，本专利技术提供一种天线方位轴不铅垂度的测量方法，采用所述的测量系统，包括如下步骤：监控微机通过天线控制单元控制天线静止指定时间，并获取测量位置方位角，天线静止指定时间后，传感器电路采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，并传输给数据采集系统；数据采集系统将该天线指向位置不铅垂度对应的电压数据采集后发送给监控微机；监控微机接收到电压数据后，通过天线控制单元控制天线驱动单元驱动天线转动指定旋转角度；重复获取测量位置方位角并传输给监控微机的测量步骤直到天线转动一圈360
°
；监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度对应的电压和测量位置方位角得到最大不铅垂度，并绘制出不铅垂度曲线。
[0014]根据本专利技术一示例实施方式，所述监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度的电压数据和测量位置方位角得到最大不铅垂度的方法包括：先通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度，然后计算出最大不铅垂度方位角和最大不铅垂度；最大不铅垂度方位角的计算方法采用公式一：
ꢀꢀꢀꢀ
公式一；最大不铅垂度的计算方法采用公式二：
ꢀꢀꢀ
公式二；其中，Am表示最大不铅垂度方位角；θm表示最大不铅垂度；；βi表示天线指向位置不铅垂度；αi表示测量位置方位角；n表示测量点数，即天线转动一圈的采集数据的次数。
[0015]根据本专利技术一示例实施方式，在测量前，先对水平传感器的输出进行线性拟合。
[0016]根据本专利技术一示例实施方式，所述线性拟合的方法包括：使水平传感器倾斜不同的角度，检测出多组模拟倾斜角度和对应的输出电压，通过公式三和公式四计算得到系统增益和归零参数；
ꢀꢀꢀꢀ
公式三；
ꢀꢀꢀꢀ
公式四；其中，Xi表示模拟倾斜角度，Yi表示输出电压，i为0以上的自然数，i的取值为0、1、2、......、n；A为归零参数，K为系统增益；所述通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度的方法包括通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度。
[0017]根据本专利技术一示例实施方式，所述通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度的方法包括：根据系统增益和归零参数得到公式五；从公式五计算得到电压数据对应的天线指向位置不铅垂度；Y=A+KX
ꢀꢀ
公式五；其中，Y表示电压数据，X表示天线指向位置不铅垂度，A表示归零参数，K表示系统增益。
[0018]本专利技术的有益效果是：本专利技术的系统和方法省去了大量的人工操作，缩短的测量时间，从而得到精确的测量结果。同时由于测量前对水平传感器进行线性拟合，减少了传感器输出的误差，进一步提高了测量结果的精确度。
附图说明
[0019]图1示意性示出了方位轴和水平面的关系图。
[0020]图2示意性示出了天线方位轴不铅垂度的测量系统的结构图。
[0021]图3示意性示出了传感器电路的结构图。
[0022]图4示意性示出了模数转换模块的结构图。
[0023]图5示意性示出了数据采集系统和传感器电路、监控微机的连接关系图。
[0024]图6示意性示出了传感器接口和单片机的连接关系图。
[0025]图7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，包括依次连接的传感器电路、数据采集系统、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线；所述传感器电路，用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据；所述传感器电路包括水平传感器，该水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴；所述数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机；所述监控微机用于获取电压数据，得到最大不铅垂度及不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；所述天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。2.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，所述传感器电路还包括依次连接的放大器、滤波器、模数转换模块及接口电路，所述水平传感器与放大器连接；所述数据采集系统与接口电路连接。3.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，所述水平传感器采用静态水平传感器，所述静态水平传感器是指不能用于测量面不水平度快速变化或快速震荡的应用场合、只能用于静止不动或不水平度变化缓慢的平面不水平度测量的传感器。4.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，所述数据采集系统包括传感器接口、单片机、程序存储器、数据存储器和微机接口；所述单片机与传感器接口、程序存储器、数据存储器和微机接口连接；所述监控微机与微机接口连接，所述传感器电路与传感器接口连接。5.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，还包括第一双绞线和第二双绞线，所述第一双绞线连接传感器电路和数据采集系统，所述第二双绞线连接数据采集系统和监控微机。6.一种天线方位轴不铅垂度的测量方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
5中任一项所述的测量系统，包括如下步骤：监控微机通过天线控制单元控制天线静止指定时间并获取测量位置方位角，天线静止指定时间后，传感器电路采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，并传输给数据采集系统；数据采集系统将该天线指向位置不铅垂度对应的电压数据采集后发送给监控微机；监控微机接收到电压数据后，通过天线控制单元控制天线驱动单元驱动天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁立明，赵磊，朱太平，陈新宁，王际舟，王青松，郝洋，詹炳光，苏新军，展跃全，林彤，胡科飞，赵鹏，
申请(专利权)人：北京航天驭星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：