專利名稱：移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于通信與電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對移動載體衛(wèi)星通訊系統(tǒng)裝置的需求不 斷增加，比如在陸上或海上作長途旅行時為了收看衛(wèi)星電視節(jié)目，需要安裝車(船) 載衛(wèi)星通訊自動跟蹤系統(tǒng)；海上氣象衛(wèi)星云圖接收船等也必須依賴衛(wèi)星通訊自動跟蹤 系統(tǒng)以有效地接受衛(wèi)星信號；另外，在運鈔車、消防車、野外作業(yè)車、地質(zhì)和石油勘 探車(船)等上面加載衛(wèi)星通訊自動跟蹤系統(tǒng)以提高這些行業(yè)的工作效率和安全性等。 特別在林業(yè)中，隨著造林事業(yè)的不斷發(fā)展，林地面積、林業(yè)蓄積量逐年增加，防火工 作成為首要任務(wù)。目前在大興安嶺等許多重要林區(qū)巳實現(xiàn)森林防火衛(wèi)星靜態(tài)監(jiān)控，如 采用移動載體衛(wèi)星通訊技術(shù)，將會實現(xiàn)森林防火衛(wèi)星動態(tài)監(jiān)控，能大大提高防火效果。 衛(wèi)星天線自動跟蹤系統(tǒng)主要用于車、船載移動衛(wèi)星通訊中的天線跟蹤定向，以保證天 線能自動地對準指定的同步衛(wèi)星，并在車(船)輛的各種運動狀態(tài)下(高、低速、緊 急啟動、停止、轉(zhuǎn)彎等)以及在各種氣象、環(huán)境條件下始終高精度的對準衛(wèi)星，實現(xiàn) 衛(wèi)星與車載天線之間的不間斷通信。
在移動載體衛(wèi)星通訊方面，迄今為止，世界上只有美國和以色列有相關(guān)產(chǎn)品。如 美國TRACSTAR系統(tǒng)公司的2000L產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有方位角為土360。、俯仰角為 20度 70度的跟蹤范圍，能夠在時速120公里的車上，以±0.2°的跟蹤精度精確跟 蹤衛(wèi)星。它們主要用于移動式衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星電視接收，但其價格較昂貴。我國與國 外存在較大差距，目前尚無實用的用于移動式衛(wèi)星通訊自動跟蹤系統(tǒng)的產(chǎn)品。雖有不 少單位進行了該應(yīng)用領(lǐng)域的研究，但由于姿態(tài)敏感元件的技術(shù)不過關(guān)，成本較高，致 使該項技術(shù)的研究始終沒有取得突破性的進展，沒有形成實用性好的產(chǎn)品。在這些單 位中，航天北控集團和重慶巴山儀器廠已經(jīng)研制出一些功能樣機，具備了初步的功能，
3但成本仍然偏高。據(jù)報道，我國南極考察船"雪龍"號"船載氣象衛(wèi)星云圖接收系統(tǒng)" 采用了由航天北控集團公司研制的船用衛(wèi)星天線穩(wěn)定跟蹤平臺。該平臺利用GPS實時 確定接收系統(tǒng)的地理位置，利用羅經(jīng)敏感航向變化、利用慣性測量元件敏感船搖、通 過計算機控制接收天線的指向，保證氣象云圖接收系統(tǒng)始終處于最佳接收狀態(tài)。由重 慶巴山儀器廠研制的移動衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，采用了計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和巴山廠研制的衛(wèi)星 自跟蹤系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了在運動中衛(wèi)星天線實時跟蹤同步地球衛(wèi)星，實現(xiàn)了載體在移 動中寬帶連續(xù)不間斷通訊。但該產(chǎn)品造價昂貴，且還未正式規(guī)?；a(chǎn)。
目前該領(lǐng)域主要有機械平臺式與捷聯(lián)式。機械平臺式系統(tǒng)中，慣性元件(陀螺和加速 度計)被安裝在一物理平臺上，利用陀螺通過伺服電機驅(qū)動穩(wěn)定平臺，從而實現(xiàn)定向控 制。捷聯(lián)式系統(tǒng)中， 一種是IMU/GPS組合式，這是捷聯(lián)慣導技術(shù)與全球定位系統(tǒng)相融合 的導航方案。通過GPS接收機接收載體的方位信息，使用三個垂直安裝的速率陀螺組合 經(jīng)過捷聯(lián)慣導姿態(tài)解算軟件跟蹤天線平臺的姿態(tài)變化，使用其它姿態(tài)傳感器進行初始對 準。此方案中陀螺的動靜態(tài)性能和誤差補償方式將是影響精度的主要原因，可用于中等 精度要求的場合。另外一種是全自主捷聯(lián)慣導方案，使用高精度陀螺組合(動力調(diào)諧陀 螺、激光陀螺或光纖陀螺)和加速度計作為姿態(tài)敏感元件，利用計算機的數(shù)學解析平臺 完全代替常平架穩(wěn)定平臺，通過姿態(tài)解算軟件得出載體姿態(tài)、方位信息，不需要GPS信 號的輔助，進行完全自主的慣性導航?？梢?，兩種方案均需要根據(jù)慣性傳感器提供的信 號經(jīng)過姿態(tài)解算之后提供載體的數(shù)學姿態(tài)平臺，傳感器的性能、價格和姿態(tài)解算軟件的 精度將對系統(tǒng)的穩(wěn)定精度產(chǎn)生重大影響?？偟恼f來，采用捷聯(lián)式方案的造價較高，而且 技術(shù)實現(xiàn)難度較大。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的要解決的技術(shù)問題是提供一種移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)。 本實用新型的技術(shù)方案如下
一種移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制器、GPS接收機、 數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機、天線以及用于驅(qū)動天線運動以跟蹤衛(wèi)星的驅(qū)動機構(gòu)；所 述的GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機和驅(qū)動機構(gòu)均與所述的主控制器連接； 所述的天線連接所述的驅(qū)動機構(gòu)，所述的天線與所述的衛(wèi)星信號接收機通信連接。
所述的主控制器為工業(yè)控制計算機。所述的驅(qū)動機構(gòu)包括方位步進電機、俯仰步進電機和極化步進電機。 本實用新型的優(yōu)點與效果
本實用新型采用數(shù)字羅盤HMR3000完成載體的姿態(tài)(方位、俯仰及傾斜)的測量， 采用GPS接收機完成載體地理位置的測量，并將數(shù)據(jù)采集卡檢測到的信息傳送到工控 機進行處理。實現(xiàn)方案簡單、成本低、跟蹤效果好。與平臺式系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)去掉 了實體平臺，減少了機械零部件，減小了整個系統(tǒng)體積、重量和降低了制造成本。
采用數(shù)字羅盤和GPS組合，與捷聯(lián)式系統(tǒng)相比，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)復雜性， 提高了系統(tǒng)可靠性。
本系統(tǒng)的初始對準時間比較短， 一般不超過10min;平臺式慣導系統(tǒng)則需要20min 左右。
本系統(tǒng)去掉實體平臺，采用了 "數(shù)學姿態(tài)平臺"方式，使系統(tǒng)的維護比較簡便，故 障率較低，因而使用和維護費用較低。


圖l本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖2為實用新型實施例1中具體的結(jié)構(gòu)原理框圖3為本實用新型實施例1中系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施方式實施例h
如圖1所示， 一種移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制器、 GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機、天線以及用于驅(qū)動天線運動以跟蹤衛(wèi)星的驅(qū) 動機構(gòu)；所述的GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機和驅(qū)動機構(gòu)均與所述的主控 制器連接；所述的天線連接所述的驅(qū)動機構(gòu)，所述的天線與所述的衛(wèi)星信號接收機通 信連接。所述的主控制器為工業(yè)控制計算機。所述的驅(qū)動機構(gòu)包括方位步進電機、俯 仰步進電機和極化步進電機。
本實用新型采用"羅盤穩(wěn)定電平跟蹤"控制方案，利用現(xiàn)有的姿態(tài)和航向傳感器 直接提供載體姿態(tài)信息，其基本思想是通過接收GPS信號測得載體的方位信息，通過數(shù)字羅盤直接敏感載體的航向角、俯仰角和橫滾角等姿態(tài)信息通過計算機的坐標變 換和姿態(tài)解算得出天線平臺的即時俯仰和方位角，通過天線伺服系統(tǒng)保持天線平臺的 穩(wěn)定，控制流程如圖3所示。天線穩(wěn)定系統(tǒng)由位置姿態(tài)敏感器組合、伺服控制子系統(tǒng)、 信號接收子系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件四個子系統(tǒng)組成，其原理框圖如圖2所示。 各部分完成的主要功能如下-
位置姿態(tài)敏感組合由全球定位系統(tǒng)GPS接收器和數(shù)字羅盤HMR3000組成，主要 完成載體(船)的地理位置和姿態(tài)(方位、俯仰及傾斜)的測量并將數(shù)據(jù)采集卡檢測 到的信息傳送到控制機進行處理。
伺服控制子系統(tǒng)主要由工控機，運動控制器，步進電機及相應(yīng)驅(qū)動器組成，接 收控制計算機產(chǎn)生的控制信號，實現(xiàn)對天線的方位、俯仰角度的調(diào)節(jié)和跟蹤控制。
信號接收子系統(tǒng)由天線和衛(wèi)星信號接收機(和終端顯示器)組成，用于接收被鎖
定衛(wèi)星上的信號，經(jīng)處理后顯示出來。
天線穩(wěn)定系統(tǒng)的工作過程為開啟計算機，進入系統(tǒng)，打開數(shù)字羅盤電源，檢査 相關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)。如上述工作過程正常，系統(tǒng)則進入操作軟件LabWindows/CVI主 操作界面，LabWindows/CVI主操作界面提示操作人員選定衛(wèi)星型號、精度、緯度等必 要信息。然后系統(tǒng)進入初始對準界面，由串口讀出數(shù)字
羅盤顯示的姿態(tài)信息和GPS提供的位置信息，交計算機進行處理，計算機根據(jù)姿態(tài) 解算模塊算出天線的對星方位和俯仰角。系統(tǒng)根據(jù)初始跟蹤模塊發(fā)出控制指令給運動 控制器，驅(qū)動步進電機指向該角度。然后在電平搜索模塊的提示下，用戶輸入電平搜 索的范圍、搜索步數(shù)和搜索電平截止電等，完成搜索后鎖定該位置，將該位置作為平 臺穩(wěn)定的目標位置。當載體開始運行時，進入自動跟蹤界面，首先進行數(shù)字羅盤的零 點標定，然后系統(tǒng)開始進入自動跟蹤狀態(tài)，同時在一定時間分配范圍內(nèi)進行最大電平 跟蹤和電機零點漂移的修正等工作。在自動跟蹤狀態(tài)下，操作人員隨時可以中斷系統(tǒng) 的運行，選擇其他衛(wèi)星或關(guān)閉系統(tǒng)。
本系統(tǒng)具有以下功能
(1) 完成系統(tǒng)的初始化，VXD (虛擬設(shè)備驅(qū)動程序)的載入，中斷的調(diào)用處理等。
(2) 完成對數(shù)字羅盤和GPS信號接收以及對接收的信號的處理和提取。同時完成 衛(wèi)星參數(shù)輸入、修改、刪除和保存等編輯功能。已有衛(wèi)星參數(shù)主要存放在一個數(shù)據(jù)文
6件之中，供用戶在初始化之前從界面上選擇或手工輸入衛(wèi)星參數(shù)。
(3) 完成天線的初始對準和最大電平搜索功能。
(4) 實時采集姿態(tài)敏感器信號和電平信號，實現(xiàn)自動穩(wěn)定跟蹤和最大電平跟蹤。
權(quán)利要求1.一種移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制器、GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機、天線以及用于驅(qū)動天線運動以跟蹤衛(wèi)星的驅(qū)動機構(gòu)；所述的GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機和驅(qū)動機構(gòu)均與所述的主控制器連接；所述的天線連接所述的驅(qū)動機構(gòu)，所述的天線與所述的衛(wèi)星信號接收機通信連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的 主控制器為工業(yè)控制計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種移動載體衛(wèi)星天線定向跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制器、GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機、天線以及用于驅(qū)動天線運動以跟蹤衛(wèi)星的驅(qū)動機構(gòu)；所述的GPS接收機、數(shù)字羅盤、衛(wèi)星信號接收機和驅(qū)動機構(gòu)均與所述的主控制器連接；所述的天線連接所述的驅(qū)動機構(gòu)，所述的天線與所述的衛(wèi)星信號接收機通信連接。所述的主控制器為工業(yè)控制計算機。所述的驅(qū)動機構(gòu)包括方位步進電機、俯仰步進電機和極化步進電機。本實用新型采用數(shù)字羅盤HMR3000完成載體的姿態(tài)的測量，采用GPS接收機完成載體地理位置測量，并將數(shù)據(jù)采集卡檢測到的信息傳送到工控機進行處理，實現(xiàn)方案簡單、成本低、跟蹤效果好。
文檔編號H01Q1/27GK201387936SQ20092006417
公開日2010年1月20日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者葉自清, 朱俊杰 申請人:中南林業(yè)科技大學