用于运动载体的卫星通信天线稳定跟踪控制系统

1、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。
2、根据权利要求1所述的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：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λr、hr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ωaz、ωel、ωcl和角度信息θaz、θel、θcl，通过GPS接收 机(9)获取天线经度、纬度及高度三维位置信息λ、h；嵌入式天线控制器(1) 中的信息处理模块(14)根据所述的卫星三维位置信息λr、hr和天线三维位置信息 λ、h计算出天线方位与俯仰两轴跟踪指令信号θraz*、θrel*，并对天线角速度信息ωaz、 ωel、ωcl和角度信息θaz、θel、θcl进行平滑滤波处理，然后分三路输出，其中第一路输出 信号θraz*、ωaz*、θaz*输送给方位控制器(11)，第二路输出信号θrel*、ωel*、θel*输送给俯仰 控制器(12)、第三路输出信号ωcl*、ωaz*、θcl*输送给横滚控制器(13)；所述的方位控制 器(11)、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ω′az、ω′el、ω′cl，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，从而实现天线稳定与跟踪控制。
3、根据权利要求1或2所述的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：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)均采用一体化驱动与控制电机结构，即在该一体化驱动 与控制电机中，减速器(21)与伺服电机(22)的输出轴同轴相连，电机转轴位置检测 传感器(23)与伺服电机(22)的输入轴同轴相连，设置有通信接口(25)、调试接口 (26)及电源接口(27)的驱动与控制器(24)通过线缆通道分别与电机转轴位置检测 传感器(23)和伺服电机(22)相连接；所述的驱动与控制器(24)通过通信接口(25) 接收外部的指令信号ω′，内部的速度计算器(245)对电机转轴位置检测传感器(23) 提供的转轴角度信息进行差分计算得到速度反馈信号ω1，速度控制器(241)首先对ω′ 与ω1做求差处理得误差信号Δω，然后根据Δω调用切换控制算法计算出控制量Ir送给 电流控制器(242)，该电流控制器(242)通过电流检测电路(244)得到电机电枢回路 电流Ic，然后对Ir与Ic做求差处理得误差信号ΔI，再根据ΔI调用切换控制算法计算出 控制量Uc传送给功率驱动电路(243)产生驱动电压Ud带动伺服电机(22)运转。
4、根据权利要求3所述的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：减速器(21)采用行星齿轮减速器，伺服电机(22)采用交流或直流伺服电机； 电机转轴位置检测传感器(23)采用旋转变压器。
5、根据权利要求2所述的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：方位控制器(11)根据信息处理模块(14)输出的姿态信息θraz*、ωaz*、θaz*，首 先判断θraz*值是否更新，若θraz*更新，则计算出误差信号 ${\mathrm{\Delta \theta }}_{\mathrm{az}}^{*}={\theta }_{\mathrm{raz}}^{*}-{\theta }_{\mathrm{az}}^{*},$ 然后调用切换 控制算法计算出方位电机速度运动控制指令ω′az；若θraz*没有更新，则输出方位电机速度 运动控制指令 ${\omega }_{\mathrm{az}}^{\prime }=\mathrm{k\Sigma }{\omega }_{\mathrm{az}}^{*}·T,$ 其中T为方位一体化驱动与控制电机速度环控制周期， k为比例系数，取值范围为120～150。
6、根据权利要求2所述的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：俯仰控制器(12)根据信息处理模块(14)输出的姿态信息θrel*、ωel*、θel*，首 先判断θrel*值是否更新，若θrel*更新，则计算出误差信号 ${\mathrm{\Delta \theta }}_{\mathrm{el}}^{*}={\theta }_{\mathrm{rel}}^{*}-{\theta }_{\mathrm{el}}^{*},$ 然后调用切换控 制算法计算出俯仰电机速度运动控制指令ω′el；若θrel*没有更新，则输出俯仰电机速度运 动控制指令ω′el＝-ωel。
7、根据权利要求2所述的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：横滚控制器(13)根据信息处理模块(14)输出的姿态信息ωcl*、ωaz*、θcl*，首 先判断θcl*值是否为零，若 ${\theta }_{\mathrm{cl}}^{*}=0,$ 则输出横滚电机速度运动控制指令ω′cl＝0；若 ${\theta }_{\mathrm{cl}}^{*}\ne 0,$ 则输出横滚电机速度运动控制指令ω′cl＝ηAsinα-ηR。

暂无