一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于衛(wèi)星通信和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測 與控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著衛(wèi)星通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交 換將會變得越來越普遍。在信息時(shí)代的今天，人們迫切需要在旅途中能夠及時(shí)了解到新聞 時(shí)事，觀看到現(xiàn)場直播的體育賽事和其它電視節(jié)目，移動(dòng)衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)就能夠滿足人 們的這一愿望。
[0003] 目前在國內(nèi)外，移動(dòng)衛(wèi)星接收系統(tǒng)主要應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域。由于采用了大型天 線、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、復(fù)雜的天線穩(wěn)定平臺等先進(jìn)技術(shù)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)體積龐大、價(jià)格昂貴，無 法在民用領(lǐng)域普及應(yīng)用。
[0004] 近年來，國內(nèi)正在加快研究發(fā)展專用于廣播電視服務(wù)的大功率直播衛(wèi)星技術(shù) (DBS)，相應(yīng)的衛(wèi)星也將于近期發(fā)射。經(jīng)過技術(shù)分析論證得知，接收該大功率直播衛(wèi)星信號 的天線口徑可以小到30~50cm，波束寬度也相應(yīng)的增加。這對研制開發(fā)實(shí)用的小型化、低價(jià) 格的普及型移動(dòng)衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)提供了有利的信息服務(wù)平臺。
[0005] 對于高性價(jià)比的移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，國內(nèi)市場有強(qiáng)烈的需求，比較突出的如:大型 輪船的移動(dòng)電視接收、豪華客車的移動(dòng)電視接收、鐵道部數(shù)字化列車規(guī)劃中客車的移動(dòng)衛(wèi) 星通信、電視接收、網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)等。歷屆奧運(yùn)會上的一些運(yùn)動(dòng)員反映，在從賓館到比賽場 館路途的大巴上，看不到當(dāng)時(shí)的體育比賽實(shí)況，深感遺憾。目前一些新聞采訪車都還在使用 固定方式轉(zhuǎn)播節(jié)目，特別不適宜戰(zhàn)地記者實(shí)況采訪、實(shí)況轉(zhuǎn)播，如果有了移動(dòng)接收衛(wèi)星通訊 的天線跟蹤系統(tǒng)，只需增加收發(fā)雙工器，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采訪、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播，增加新聞的時(shí)效性 和真實(shí)感。
[0006] 現(xiàn)在的客車上都還沒有配置移動(dòng)衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)，只能觀看光碟，由于成本和 安裝空間等原因，在火車上也未普及應(yīng)用移動(dòng)衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)，僅能在少量軟臥車廂觀 看錄像。如果能以較低成本開發(fā)出實(shí)用的小型化移動(dòng)衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)，將有很大的市場 需求。每天乘坐火車、汽車、輪船的人非常多，如果本系統(tǒng)能在交通工具上安裝使用，不僅服 務(wù)上了檔次，對乘客是一件很大的好事，而且給交通運(yùn)輸業(yè)也帶來了經(jīng)濟(jì)效益。因此，移動(dòng) 衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)研制開發(fā)項(xiàng)目的市場前景廣闊。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的是提供一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中 存在的移動(dòng)衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)安裝成本高、空間局限大的問題。
[0008] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，其特征在 于，包括設(shè)置于衛(wèi)星通訊接收端的三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸地磁傳感器，三軸陀螺 儀、三軸加速度計(jì)、三軸地磁傳感器均依次通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器后連接至DSP控制 器，DSP控制器又與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端分為兩路，一路與航向電機(jī)連接 后連接至二自由度天線體，航向電機(jī)用于控制二自由度天線體的方位旋轉(zhuǎn)，另一路與俯仰 電機(jī)連接后也連接至二自由度天線體，俯仰電機(jī)用于控制二自由度天線體的俯仰角，航向 電機(jī)和俯仰電機(jī)還分別又與DSP控制器反控制連接。
[0009] 本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，
[0010] DSP控制器的輸入端還與設(shè)置于衛(wèi)星通訊接收端的北斗接收機(jī)連接。
[0011] DSP控制器內(nèi)還設(shè)置有卡爾曼濾波模塊。
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果是，移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，通過三軸陀螺儀、三軸 加速度計(jì)、三軸地磁傳感器依靠自身的測量參數(shù)實(shí)時(shí)解算出運(yùn)載體的航向角、俯仰角、橫滾 角，然后利用卡爾曼濾波器修正各參數(shù)信息，同時(shí)系統(tǒng)也輸出運(yùn)載體的經(jīng)煒度、高度、空速 和三維角速率、三維線加速度，最后由DSP控制器結(jié)合天線體在載體坐標(biāo)系的航向角和俯仰 角單元，發(fā)出控制指令給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使二自由度天線體指向控制角度。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本實(shí)用新型一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本實(shí)用新型一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)中PID函數(shù)框圖。
[0015]圖中，1.三軸陀螺儀，2.三軸加速度計(jì)，3.三軸地磁傳感器，4.北斗接收機(jī)，5.多路 轉(zhuǎn)換開關(guān)，6 . A/D轉(zhuǎn)換器，7.卡爾曼濾波模塊，8. DSP控制器，9.電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，10 .航向電機(jī)， 11.俯仰電機(jī)，12.二自由度天線體。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017] 本實(shí)用新型一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括設(shè)置于衛(wèi)星 通訊接收端的三軸陀螺儀1、三軸加速度計(jì)2、三軸地磁傳感器3，三軸陀螺儀1、三軸加速度 計(jì)2、三軸地磁傳感器3均依次通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)5、A/D轉(zhuǎn)換器6后連接至DSP控制器8，DSP控 制器8又與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器9連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器9的輸出端分為兩路，一路與航向電機(jī)10連接后連 接至二自由度天線體12,航向電機(jī)10用于控制二自由度天線體12的方位旋轉(zhuǎn)，另一路與俯 仰電機(jī)11連接后也連接至二自由度天線體12,俯仰電機(jī)11用于控制二自由度天線體12的俯 仰角，航向電機(jī)10和俯仰電機(jī)11還分別又與DSP控制器8反控制連接，DSP控制器8的輸入端 還與設(shè)置于衛(wèi)星通訊接收端的北斗接收機(jī)4連接，DSP控制器8內(nèi)還設(shè)置有卡爾曼濾波模塊 7〇
[0018] 本實(shí)用新型一種移動(dòng)衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，首先，系統(tǒng)采用微機(jī)電系統(tǒng) (Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)技術(shù)的三軸陀螺儀1、三軸加速度計(jì)2、三軸地 磁傳感器3,完全依靠自身的測量參數(shù)實(shí)時(shí)解算出運(yùn)載體的航向角、俯仰角、橫滾角，在北斗 信號的輔助下利用卡爾曼濾波器7修正航向角、俯仰角、橫滾角和陀螺、加速度，同時(shí)系統(tǒng)也 輸出運(yùn)載體的經(jīng)煒度、高度、空速和三維角速率、三維線加速度；
[0019] 其次利用導(dǎo)航參數(shù)，計(jì)算出載體所攜帶的天線此時(shí)收衛(wèi)星信號所需要的航向角與 俯仰角；
[0020] 最后由DSP控制器8結(jié)合天線體在載體坐標(biāo)系的航向角和俯仰角單元，發(fā)出控制指 令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器9,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器9帶動(dòng)航向電機(jī)10和俯仰電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)，使二自由度天線體12 指向控制角度。
[0021 ]其中，1 )、電機(jī)控制算法具體如下：
[0022]根據(jù)MEMS技術(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)給出的姿態(tài)信息、結(jié)合電機(jī)自身的編碼器值，解算出 電機(jī)的控制量，采用PID控制算法控制電機(jī)，PID函數(shù)框圖如圖2所示，圖2中，r(t)是目標(biāo)值， y(t)是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，目標(biāo)值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t)，其中，e(t)=r(t)-y (t)，e(t)作為PID控制的輸入，u(t)作為PID控制器的輸出和被控對象的輸入。
[0023] PID的基本傳遞函數(shù)為：
[0024] u(t)=kp*e(t)+ki*[e(I)+e(2) + ···.+e(t)]+kd*[e(t)-e(t_l)]; (I)
[0025] 其中e(t)=r(t)-y(t);
[0026] Kp為比例項(xiàng)系數(shù);Ki為積分項(xiàng)系數(shù);Kd為微分項(xiàng)系數(shù);e (t)為t時(shí)刻的偏差值;r (t) 為t時(shí)刻的目標(biāo)值;y (t)為t時(shí)刻的實(shí)際值;u( t)為t時(shí)刻的輸出值。
[0027] 式（1)稱之為位置式PID函數(shù)，它是與之前時(shí)刻狀態(tài)相關(guān)的函數(shù)，而t與t-Ι時(shí)刻的 變化量則為：
[0028] u(t) =u(t)-u(t-l)
[0029] =kp*e(t)+ki*[e(l)+e(2)+···.+e(t)]+kd*[e(t)-e(t-l)]
[0030] -{kp*e(t_l)+ki*[e(l)+e(2)+···.+e(t-l)]+kd*[e(t-l)-e(t-2)]}
[0031] =kp*[e(t)_e(t_l)]+ki*e(t)+kd*[e(t)-2e(t_l)+e(t_2)]; (2)
[0032] 式（2)稱之為增量式PID函數(shù)，它只與上一時(shí)刻的狀