一種移動衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于衛(wèi)星通信和自動控制技術領域，具體涉及一種移動衛(wèi)星天線檢測 與控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著衛(wèi)星通信技術和自動控制技術的不斷發(fā)展，在運動中實現(xiàn)與衛(wèi)星實時數(shù)據(jù)交 換將會變得越來越普遍。在信息時代的今天，人們迫切需要在旅途中能夠及時了解到新聞 時事，觀看到現(xiàn)場直播的體育賽事和其它電視節(jié)目，移動衛(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，移動衛(wèi)星接收系統(tǒng)主要應用于軍事通信領域。由于采用了大型天 線、慣性導航系統(tǒng)、復雜的天線穩(wěn)定平臺等先進技術，導致整個系統(tǒng)體積龐大、價格昂貴，無 法在民用領域普及應用。
[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的大功率直播衛(wèi)星技術 (DBS)，相應的衛(wèi)星也將于近期發(fā)射。經(jīng)過技術分析論證得知，接收該大功率直播衛(wèi)星信號 的天線口徑可以小到30~50cm，波束寬度也相應的增加。這對研制開發(fā)實用的小型化、低價 格的普及型移動衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)提供了有利的信息服務平臺。
[0005] 對于高性價比的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，國內(nèi)市場有強烈的需求，比較突出的如:大型 輪船的移動電視接收、豪華客車的移動電視接收、鐵道部數(shù)字化列車規(guī)劃中客車的移動衛(wèi) 星通信、電視接收、網(wǎng)絡接入系統(tǒng)等。歷屆奧運會上的一些運動員反映，在從賓館到比賽場 館路途的大巴上，看不到當時的體育比賽實況，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)地記者實況采訪、實況轉(zhuǎn)播，如果有了移動接收衛(wèi)星通訊 的天線跟蹤系統(tǒng)，只需增加收發(fā)雙工器，就能實現(xiàn)實時采訪、實時轉(zhuǎn)播，增加新聞的時效性 和真實感。
[0006] 現(xiàn)在的客車上都還沒有配置移動衛(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用移動衛(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)出實用的小型化移動衛(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 務上了檔次，對乘客是一件很大的好事，而且給交通運輸業(yè)也帶來了經(jīng)濟效益。因此，移動 衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)研制開發(fā)項目的市場前景廣闊。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是提供一種移動衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中 存在的移動衛(wèi)星通訊接收系統(tǒng)安裝成本高、空間局限大的問題。
[0008] 本實用新型所采用的技術方案是，一種移動衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，其特征在 于，包括設置于衛(wèi)星通訊接收端的三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸地磁傳感器，三軸陀螺 儀、三軸加速度計、三軸地磁傳感器均依次通過多路轉(zhuǎn)換開關、A/D轉(zhuǎn)換器后連接至DSP控制 器，DSP控制器又與電機驅(qū)動器連接，電機驅(qū)動器的輸出端分為兩路，一路與航向電機連接 后連接至二自由度天線體，航向電機用于控制二自由度天線體的方位旋轉(zhuǎn)，另一路與俯仰 電機連接后也連接至二自由度天線體，俯仰電機用于控制二自由度天線體的俯仰角，航向 電機和俯仰電機還分別又與DSP控制器反控制連接。
[0009] 本實用新型的特點還在于，
[0010] DSP控制器的輸入端還與設置于衛(wèi)星通訊接收端的北斗接收機連接。
[0011] DSP控制器內(nèi)還設置有卡爾曼濾波模塊。
[0012] 本實用新型的有益效果是，移動衛(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、三軸地磁傳感器依靠自身的測量參數(shù)實時解算出運載體的航向角、俯仰角、橫滾 角，然后利用卡爾曼濾波器修正各參數(shù)信息，同時系統(tǒng)也輸出運載體的經(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系的航向角和俯仰 角單元，發(fā)出控制指令給驅(qū)動系統(tǒng)，進而帶動電機轉(zhuǎn)動使二自由度天線體指向控制角度。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型一種移動衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；
[0014] 圖2是本實用新型一種移動衛(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，3.三軸地磁傳感器，4.北斗接收機，5.多路 轉(zhuǎn)換開關，6 . A/D轉(zhuǎn)換器，7.卡爾曼濾波模塊，8. DSP控制器，9.電機驅(qū)動器，10 .航向電機， 11.俯仰電機，12.二自由度天線體。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0017] 本實用新型一種移動衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，結(jié)構如圖1所示，包括設置于衛(wèi)星 通訊接收端的三軸陀螺儀1、三軸加速度計2、三軸地磁傳感器3，三軸陀螺儀1、三軸加速度 計2、三軸地磁傳感器3均依次通過多路轉(zhuǎn)換開關5、A/D轉(zhuǎn)換器6后連接至DSP控制器8，DSP控 制器8又與電機驅(qū)動器9連接，電機驅(qū)動器9的輸出端分為兩路，一路與航向電機10連接后連 接至二自由度天線體12,航向電機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11連接后也連接至二自由度天線體12,俯仰電機11用于控制二自由度天線體12的俯 仰角，航向電機10和俯仰電機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 還與設置于衛(wèi)星通訊接收端的北斗接收機4連接，DSP控制器8內(nèi)還設置有卡爾曼濾波模塊 7〇
[0018] 本實用新型一種移動衛(wèi)星天線檢測與控制系統(tǒng)，首先，系統(tǒng)采用微機電系統(tǒng) (Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)技術的三軸陀螺儀1、三軸加速度計2、三軸地 磁傳感器3,完全依靠自身的測量參數(shù)實時解算出運載體的航向角、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，同時系統(tǒng)也 輸出運載體的經(jīng)煒度、高度、空速和三維角速率、三維線加速度；
[0019] 其次利用導航參數(shù)，計算出載體所攜帶的天線此時收衛(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系的航向角和俯仰角單元，發(fā)出控制指 令給電機驅(qū)動器9,電機驅(qū)動器9帶動航向電機10和俯仰電機11轉(zhuǎn)動，使二自由度天線體12 指向控制角度。
[0021 ]其中，1 )、電機控制算法具體如下：
[0022]根據(jù)MEMS技術捷聯(lián)慣導系統(tǒng)給出的姿態(tài)信息、結(jié)合電機自身的編碼器值，解算出 電機的控制量，采用PID控制算法控制電機，PID函數(shù)框圖如圖2所示，圖2中，r(t)是目標值， y(t)是系統(tǒng)的實際輸出值，目標值與實際輸出值構成控制偏差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為比例項系數(shù);Ki為積分項系數(shù);Kd為微分項系數(shù);e (t)為t時刻的偏差值;r (t) 為t時刻的目標值;y (t)為t時刻的實際值;u( t)為t時刻的輸出值。
[0027] 式（1)稱之為位置式PID函數(shù)，它是與之前時刻狀態(tài)相關的函數(shù)，而t與t-Ι時刻的 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)，它只與上一時刻的狀