用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统，由嵌入式天线控制器、姿态传感器、高频信号处理器、ＧＰＳ接收机、方位一体化驱动与控制电机、俯仰一体化驱动与控制电机、横滚一体化驱动与控制电机、机械传动装置及卫星通信天线组成。本发明专利技术采用设计的一体化驱动与控制电机，输出轴可直接驱动天线，简化了系统结构，方便安装与维护。系统各主要部件及用户操作终端之间通过现场总线方式进行连接，简化了连接的复杂度，也有利于多个天线系统进行组网工作。设计了基于切换控制理论的新型切换控制算法，提高系统控制性能。采用本发明专利技术可有效保证运动载体上卫星通信天线的指向稳定和跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星通信天线控制技术，特别是一种用于运动载体的卫星通信天线稳定 跟踪控制系统。
技术介绍
随着电子信息产业的飞速发展，我国多媒体宽带卫星通信(含卫星电视)产业生机 勃勃。在军事行动、公共安全、应急通讯、抢险救灾、电视转播、长途客运等领域，用 于运动载体进行卫星通信的市场需求日益扩大。运动载体通信系统是一种通过在运动载 体平台上安装卫星通信天线，利用地球同步轨道卫星的相关频段转发器实现移动终端与 固定终端、移动终端之间的无线通信业务的通信系统。这种卫星通信系统不同于固定的 卫星天线通信系统，它需要在运动载体进行快速运动或者转动的情况下，完成对卫星的 精确对准以保证通信畅通。因而，如何克服运动载体对卫星通信天线的扰动，保证天线 高精度指向卫星的稳定控制技术成为运动载体上卫星通信畅通的关键技术。近年来国外相关民用设备发展迅速，如海事卫星车载站、船载站、机载站、移动通 信车载站等已形成产品并推向市场。国外主要从事此类产品的公司有美国格鲁曼公司、KVH公司、海洋通信(SEATEL)公司、日本NKH公司等，专门生产车用、船用卫星通 讯及电视接收的系列产品。但上述产品普遍存在如下问题1)驱动控制大多采用步进 电机，利用误差补偿控制，但步进电机存在调速性能差、丢步等缺点，难以满足高精度 和快速性要求；2)系统控制结构大多采用上下位机模式，结构复杂、难以维护；3)通 信接口单一， 一般只提供RS422接口。国内四川压电与声光技术研究所研制的天线稳定跟踪平台系统由三部分组成户外 设备、户内设备和主控计算机，但体积较大。总的来说，国内此类产品主要存在如下明 显不足工作频段低、天线运动速度慢、运动范围有限、跟踪速度慢，天线结构多为两 轴稳定体系、初始捕获和重新捕获时间长、通信业务量少等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统，该控 制系统在运动载体运动过程中对平台上的天线姿态进行自动调整，始终保持天线对卫星禾急^足艮0。实现本专利技术目的技术解决方案为 一种用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制 系统，将嵌入式天线控制器通过现场总线与用户操作终端连接，该用户操作终端将卫星 三维位置信息发送给嵌入式天线控制器，所述的嵌入式天线控制器根据用户操作终端发 送的卫星三维位置信息、GPS接收机输出的天线三维位置信息、姿态传感器输出的天线三轴姿态信息及高频信号处理器输出的AGC电平进行信息处理，得到方位、俯仰和横 滚三轴运动控制指令，然后通过现场总线分别发送给方位一体化驱动与控制电机、俯仰 -体化驱动与控制电机和横滚一体化驱动与控制电机，所述的方位一体化驱动与控制电 机、俯仰一体化驱动与控制电机和横滚一体化驱动与控制电机的输出轴分别与机械传动 装置连接，该机械传动装置带动卫星通信天线运动，安装在卫星通信天线上的姿态传感 器和高频信号处理器将天线的姿态信息和AGC电平信息传输给嵌入式天线控制器，从 而构成完整的卫星通信天线稳定跟踪控制系统。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为1)设计了调速性能好的一体化驱动与控 制电机，取代步进电机，同时电机转轴位置检测传感器采用旋转变压器，使系统适用于 强冲击、强振动场合；2)构造了高性能嵌入式天线控制器，在运动载体运动过程中对 平台上的天线姿态进行自动调整，实现天线对卫星的全自动稳定跟踪，克服了传统天线 系统结构复杂、体积大的缺点，更利于系统的小型化；3)将组成系统的各主要部件及 用户操作终端之间通过现场总线的方式进行连接，简化了系统连接的复杂度，同时也有 利于多个天线系统进行组网工作；4)天线运行范围大、姿态调整速度快、跟踪精度高， 天线结构采用三轴稳定体系、初始捕获和重新捕获时间短。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统的总体组成结构图。图2是本专利技术用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统的工作原理图。 图3是本专利技术的方位、俯仰和横滚一体化驱动与控制电机的组成结构图。 图4是本专利技术的方位、俯仰和横滚一体化驱动与控制电机的工作原理图。 图5是本专利技术中的三轴稳定角速度补偿坐标变换示意图。 图6是本专利技术方位控制器工作原理图。图7是本专利技术俯仰控制器工作原理图。 图8是本专利技术横滚控制器工作原理图。 图9是本专利技术切换控制算法流程图。 图10是本专利技术中姿态传感器组成结构图。 图11是本专利技术用户操作终端的示意图。图12是本专利技术的一种用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统的具体实现 示意图。具体实施例方式结合图l，本专利技术用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统，将嵌入式天线 控制器1通过现场总线与用户操作终端IO连接，该用户操作终端IO将卫星三维位置信 息发送给嵌入式天线控制器l，所述的嵌入式天线控制器1根据用户操作终端IO发送的卫星三维位置信息、GPS接收机9输出的天线三维位置信息、姿态传感器7输出的天线 三轴姿态信息及高频信号处理器8输出的AGC电平进行信息处理，得到方位、俯仰和 横滚三轴运动控制指令，然后通过现场总线分别发送给方位一体化驱动与控制电机2、 俯仰一体化驱动与控制电机3和横滚一体化驱动与控制电机4，所述的方位一体化驱动 与控制电机2、俯仰一体化驱动与控制电机3和横滚一体化驱动与控制电机4的输出轴 分别与机械传动装置5连接，该机械传动装置5带动卫星通信天线6运动，安装在卫星 通信天线6上的姿态传感器7和高频信号处理器8将天线的姿态信息和AGC电平信息 传输给嵌入式天线控制器1，从而构成完整的卫星通信天线稳定跟踪控制系统。结合图2，本专利技术用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统的嵌入式天线控 制器1由一片高性能数字信号处理器作为核心单元构成，包括方位控制器11、俯仰控制 器12、横滚控制器13和信息处理模块14;用户操作终端10通过现场总线将卫星经度、 纬度及高度三维位置信息;t,、 A、 /^发送给嵌入式天线控制器1;该嵌入式天线控制器 1通过姿态传感器7采样卫星通信天线6的三轴角速度信息《az 、 A, 、 wd和角度信息6az 、《,、&，通过GPs接收机9获取天线经度、纬度及高度三维位置信息;t、 p、 嵌入式天线控制器l中的信息处理模块14根据所述的卫星三维位置信息4、 A、 /z,和天线 三维位置信息;i、 p、 / ，通过地理坐标系与天线坐标系的转换关系计算出天线方位与俯仰两轴跟踪指令信号《M、《,，并对天线角速度信息《。7、 A/和角度信息^^、《,、《,进行平滑滤波处理，然后分三路输出，其中第一路输出信号C^、 <z、 ^:输送给方 位控制器ll，第二路输出信号《,、《、《输送给俯仰控制器12、第三路输出信号《,、 <z、《,输送给横滚控制器13;所述的方位控制器ll、横滚控制器12与俯仰控制器13 根据上述信号分别进行处理，从而得到天线三轴运动控制指令^2、化,、并将上述 控制量通过现场总线分别输送给方位一体化驱动与控制电机2、俯仰一体化驱动与控制电机3、横滚一体化驱动与控制电机4来带动卫星接收天线6运动，从而获得性能优良 的天线稳定跟踪控制效果。结合图3，本专利技术用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统中的方位一体化 驱动与控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统，其特征在于：将嵌入式天线控制器（１）通过现场总线与用户操作终端（１０）连接，该用户操作终端（１０）将卫星三维位置信息发送给嵌入式天线控制器（１），所述的嵌入式天线控制器（１）根据用户操作终端（１０）发送的卫星三维位置信息、ＧＰＳ接收机（９）输出的天线三维位置信息、姿态传感器（７）输出的天线三轴姿态信息及高频信号处理器（８）输出的ＡＧＣ电平进行信息处理，得到方位、俯仰和横滚三轴运动控制指令，然后通过现场总线分别发送给方位一体化驱动与控制电机（２）、俯仰一体化驱动与控制电机（３）和横滚一体化驱动与控制电机（４），所述的方位一体化驱动与控制电机（２）、俯仰一体化驱动与控制电机（３）和横滚一体化驱动与控制电机（４）的输出轴分别与机械传动装置（５）连接，该机械传动装置（５）带动卫星通信天线（６）运动，安装在卫星通信天线（６）上的姿态传感器（７）和高频信号处理器（８）将天线的姿态信息和ＡＧＣ电平信息传输给嵌入式天线控制器（１），从而构成完整的卫星通信天线稳定跟踪控制系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆伟，郭健，吴益飞，樊卫华，吴晓蓓，胡维礼，姜君，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]