【正文】 位器，其性能特性如下：標(biāo)稱阻值范圍： 100Ω～47KΩ阻值偏差： 177。/s0～100比例因子mV/(176。它是一款低成本兩軸數(shù)字羅盤，輸入電壓低、功耗小。的二進(jìn)制數(shù)，數(shù)據(jù)的高7位為0，低9位為數(shù)據(jù)，共占用2 字節(jié)；（2）方向角：共占用2 字節(jié)，第114位表示羅盤的工作狀態(tài)(定義為：01 查詢狀態(tài)，10 正常狀態(tài)，11 標(biāo)定狀態(tài)) ，第112位空閑未使用，第19位表示羅盤的方向(定義為： 000 北，001 東北，010 東，011 東南，100 南，101 西南，110 西，111 西北)，第8位至第0位表示羅盤的角度，為0176。按照公式(31)計(jì)算的天線方位角來控制天線的轉(zhuǎn)動(dòng)，則必須將天線的指向與正北的夾角介入到計(jì)算過程中。主要性能如下：XY雙軸高分辨率雙向測(cè)量；單電源+5VDC供電，工作電流3mA；串行外部接口（SPI）兼容，輸出傾角和溫度信號(hào)；量程177。在過程控制中，按誤差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是目前應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。因此運(yùn)用這一原理有必要獲得數(shù)字式PID算法表達(dá)式。但在過程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大偏差，會(huì)造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能允許的最大動(dòng)作范圍對(duì)應(yīng)的極限控制量，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)較大的振蕩，這在生產(chǎn)過程中是絕對(duì)不允許的。低通濾波器的傳遞函數(shù)為 （45）式（45）中，低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。在第一個(gè)采樣周期里，不完全微分控制比普通微分控制器的輸出幅度要小得多，第二個(gè)周期以后，微分作用在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)在起作用，從而改善PID控制系統(tǒng)性能。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)反響偏差，u(k)逐漸從飽和區(qū)退出，進(jìn)入飽和區(qū)逾深，則退出飽和區(qū)所需時(shí)間就逾長(zhǎng)。衛(wèi)星對(duì)于平臺(tái)的穩(wěn)定性要求很高，因此選擇的角跟蹤體制必須有利于衛(wèi)星姿態(tài)的保持。當(dāng)目標(biāo)偏離中心時(shí)利用波束的和、差關(guān)系可以獲得誤差信號(hào)帶動(dòng)伺服系統(tǒng)使天線轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。圓錐掃描跟蹤實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但跟蹤精度和速度低，并且由于饋源永遠(yuǎn)偏離天線拋物面的焦點(diǎn)而使天線的增益下降。本系統(tǒng)掃描角177?！繕?biāo)在天線軸向時(shí)接收電平。據(jù)公開發(fā)表的文章介紹該方式的跟蹤精度為0．1（rms），給出的約束條件為三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，但未注明轉(zhuǎn)動(dòng)角度和角速率。接收信號(hào)振幅的交流分量為 （59） 式中,U表示目標(biāo)偏離等信號(hào)軸的大小。因?yàn)棣臎Q定了和。圖55 誤差信號(hào)與波束偏角關(guān)系圖 圓錐掃描頻率為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星的快速跟蹤，就必須提高誤差信號(hào)電平的采樣速率，這樣可以加快天線的調(diào)整速率，相應(yīng)就該提高。所謂衛(wèi)星移動(dòng)通信是指借助于通信衛(wèi)星在固定地面站與移動(dòng)站如車載站、機(jī)載站或者移動(dòng)站與移動(dòng)站之間提供通信鏈路的通信系統(tǒng)。在此，也對(duì)他們表示衷心感謝。求學(xué)歷程是艱苦的，但又是快樂的。衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，建站成本與通信距離無關(guān)，以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址鏈接，通信容量大，能傳送的業(yè)務(wù)類型多，性能穩(wěn)定可靠，靈活機(jī)動(dòng)，不受地理?xiàng)l件限制。當(dāng)=0時(shí)，最小為0，顯然這是不可行的。其包絡(luò)調(diào)制的幅度正比于天線偏離正確位置的角度大小，其相對(duì)于波束掃描的相位則表示偏離角的方向，調(diào)制頻率為天線的圓錐掃描頻率，調(diào)制波地起始相位則由衛(wèi)星偏離等天線對(duì)稱軸的方向決定。在跟蹤情況下，ε、δ、θ都很小，顯然OT≈ Rε、OB≈ Rδ、TB≈ Rθ，用余弦定理可得 （55）通常，且考慮 = 2πft （f為圓錐掃描頻率） ，則有 （56）設(shè)天線方向性圖為F () ，接收信號(hào)的電壓振幅為 （57）試中，K為比例系數(shù)。通常旋轉(zhuǎn)饋源大都會(huì)引起極化旋轉(zhuǎn)。為了獲得較寬的波束覆線機(jī)械軸一定的角度（偏焦角），并以錐掃頻率Ω（例如 24Hz）繞天線軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)目標(biāo)不在天線軸向方向時(shí)，天線所接收的信標(biāo)信號(hào)（或已調(diào)信號(hào)的殘留載波）包絡(luò)將受到一個(gè)調(diào)制頻率為Ω的幅度調(diào)制。當(dāng)整個(gè)圓周的信號(hào)差小于容許值后便認(rèn)為達(dá)到了最大信號(hào)處。饋源喇叭繞對(duì)稱軸作圓周運(yùn)動(dòng)或副反射面傾斜旋轉(zhuǎn)，可以使天線波束圍繞旋轉(zhuǎn)軸以一定的頻率（該頻率就是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率）呈圓錐狀旋轉(zhuǎn)當(dāng)衛(wèi)星偏離旋轉(zhuǎn)軸方向時(shí)，接收信號(hào)是被波束旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)制了的信號(hào)，調(diào)制的幅度和相位分別取決于衛(wèi)星偏離旋轉(zhuǎn)軸的大小和方向。這種體制的缺點(diǎn)是天線波束不能停留在對(duì)準(zhǔn)星體的方向上，而是在該方向的周圍不斷地?cái)[動(dòng)，因而跟蹤精度不高，這種體制適用于基本不動(dòng)的同步衛(wèi)星，對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星無法保證跟蹤精度。第五章 系統(tǒng)性能研究 三種衛(wèi)星通信跟蹤方式比較根據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工作原理，中繼衛(wèi)星跟蹤的是用戶衛(wèi)星的寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)，而用戶衛(wèi)星跟蹤的是中繼星的信標(biāo)信號(hào)。帶死去的控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)非線性系統(tǒng)，當(dāng)︱︱≤︱︱時(shí)，數(shù)字調(diào)器輸出為零；當(dāng)︱︱﹥?chǔ)颚驎r(shí)，數(shù)字輸出調(diào)節(jié)器有PID輸出。這種微分作用的突變應(yīng)該避免，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。其中之一的方法就是在PID算法中加入一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)（低通濾波器），可使系統(tǒng)性能得到改善。另一方面，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家控制是目前智能控制中最為活躍的領(lǐng)域，它與常規(guī)PID控制相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，形成所謂智能PID控制因此，在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用一些改進(jìn)算法，如積分分離算法、不完全微分PID控制算法、帶死區(qū)地PID控制和抗積分飽和PID控制算法等。微分控制器可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。傳統(tǒng)的PID控制主要是控制具有確定模型的線性過程，而實(shí)際上無刷直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)是多變量、非線性、強(qiáng)耦合的事變系統(tǒng)，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器在其高精度的伺服控制要求場(chǎng)合很難達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)。采用VTI公司的SCA100T系列芯片。對(duì)于車載天線通訊系統(tǒng)而言，當(dāng)天線開始對(duì)星時(shí)，天線是在360176。的二進(jìn)制數(shù)，數(shù)據(jù)的高7位為0，低9位為數(shù)據(jù)，共占用2字節(jié)；安裝角:磁偏角為0176。1啟動(dòng)時(shí)間s功耗mA50輸出阻抗ohm100 電子羅盤對(duì)于天線姿態(tài)，主要是獲取到天線的實(shí)際俯仰角和方位角，姿態(tài)傳感器安裝在天線系統(tǒng)上就可以不用考慮車體的姿態(tài)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其性能指標(biāo)如表33所示。其性能參數(shù)如表32所示。然而當(dāng)電機(jī)的頻率高于空載啟動(dòng)頻率時(shí)，容易造成步進(jìn)電機(jī)的失步，甚至無法正常工作。衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)是由衛(wèi)星上發(fā)射的一個(gè)頻率和幅度都固定的信號(hào)，主要用于衛(wèi)星上行地球站的天線對(duì)星和自動(dòng)跟蹤。串行通信有三種標(biāo)準(zhǔn)：RS23RS42RS485。要使這種載體上的天線始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，就必需使天線的指向不受載體姿態(tài)變化的影響，也即對(duì)天線進(jìn)行穩(wěn)定。圖中，天線指向角。將船只在航行時(shí)產(chǎn)生的搖擺分解成橫搖（船只橫向的搖擺）、縱搖（船只前后的搖擺）、艏搖（船只航向的變化）和升沉，在艦船移動(dòng)時(shí)衛(wèi)星天線跟蹤系統(tǒng)的平臺(tái)基準(zhǔn)線會(huì)在方位、俯仰和橫滾三個(gè)方向上發(fā)生偏移，船載伺服設(shè)備最重要的特性是能夠隔離船只的搖擺。對(duì)星完成后，控制軟件記錄衛(wèi)星天線在架設(shè)時(shí)方位和俯仰上實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度作為天線收起時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)角的依據(jù)。車體的姿態(tài)信息在車子停穩(wěn)，打開天線系統(tǒng)后采集并輸送到控制單元，作為下一步控制的依據(jù)。在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，采用圓錐滾子軸承支撐，這種結(jié)構(gòu)既減小了旋轉(zhuǎn)摩擦力，而且有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在需要撤收天線時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)按照相反的過程自動(dòng)完成天線收起的過程。由于車載站地址不固定,每到一個(gè)地點(diǎn)需要重新對(duì)星建立信道鏈接,加之目前車載衛(wèi)星站為了實(shí)現(xiàn)天線小型化，一般使用Ku波段通信，天線方向圖比較尖銳，對(duì)星難度比C波段大，而車載衛(wèi)星站所擔(dān)負(fù)的又常常是對(duì)時(shí)效性要求較高的通信任務(wù)，因此快速準(zhǔn)確地對(duì)星就成為衡量車載衛(wèi)星站應(yīng)用性能的重要指標(biāo)之一。前期的移動(dòng)通信設(shè)備都是可搬移的或方便搬移的設(shè)備，分為兩種。捕獲到衛(wèi)星后，再根據(jù)波束圓錐掃描輸出誤差信號(hào)對(duì)天線作閉環(huán)跟蹤補(bǔ)償，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)跟蹤。模塊化、數(shù)字化、高精度、長(zhǎng)壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測(cè)量元件的精度。（3）使輸出機(jī)械位移精確地跟蹤電信號(hào)，如記錄和指示儀表等。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對(duì)在軌衛(wèi)星的軌道、位置及姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正。我國國產(chǎn)的衛(wèi)星和地球站存在著性能差和市場(chǎng)占有率低等差距，國外大公司的產(chǎn)品幾乎壟斷了我國衛(wèi)星通信市場(chǎng)，這不僅嚴(yán)重阻礙了我國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)我國的通信安全構(gòu)成了極大的威脅。其中有代表性的是海事領(lǐng)域的“動(dòng)中通”提供商美國Sea Tel公司、KVH工業(yè)公司和ORBIT技術(shù)公司，陸地領(lǐng)域的TracStar和RaySat，航空領(lǐng)域的Rantec和Starling等。但是由于成本跟條件的限制，這樣的措施在一些人煙稀少的地區(qū)或者甚至海上便不能實(shí)現(xiàn)。 PID Algorithm。本文描述了衛(wèi)星通信地球站隨動(dòng)伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。而衛(wèi)星通信以其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)和越來越成熟的技術(shù)，正逐步融入人們的生活中。關(guān)鍵疑難技術(shù)則包括PID控制和圓錐掃描兩種。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：通信范圍大；只要在衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內(nèi)，從任何兩點(diǎn)之間都可進(jìn)行通信；不易受陸地災(zāi)害的影響（可靠性高）；只要設(shè)置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時(shí)可在多處接收，能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)廣播、多址通信（多址特點(diǎn)）；電路設(shè)置非常靈活，可隨時(shí)分散過于集中的話務(wù)量；同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間（多址聯(lián)接）。“動(dòng)中通”即運(yùn)動(dòng)中的通信方式，以這種方式通信為主的船載、車載窄波束天線跟蹤系統(tǒng)，能夠克服載體在運(yùn)動(dòng)過程中給天線帶來的擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)星的穩(wěn)定度和精確度，保證移動(dòng)中的通信質(zhì)量。其產(chǎn)品主要采用陀螺穩(wěn)定技術(shù)、實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，并可以切換到不同軌道上的第二顆衛(wèi)星，使用者能夠在本地頻道與付費(fèi)頻道之間自由切換。研究開發(fā)這種系統(tǒng)的成本和難度也相對(duì)較高，因此使用這種系統(tǒng)的費(fèi)用也是不菲。地球站的功能是以最佳的性價(jià)比和可靠的方式，從衛(wèi)星接收信息或向衛(wèi)星發(fā)送信息，同時(shí)保持要求的信號(hào)質(zhì)量。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。帶寬越大，快速性越好。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測(cè)粗測(cè)系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是用來控制被控對(duì)象的某種狀態(tài)，使其能自動(dòng)、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律，亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)，通常是閉環(huán)控制系統(tǒng)。地球站在接收轉(zhuǎn)發(fā)器通信業(yè)務(wù)的同時(shí)，也接收用于天線跟蹤的信標(biāo)，當(dāng)然信標(biāo)信號(hào)載頻不同于通信業(yè)務(wù)的載頻，以便實(shí)現(xiàn)頻分，所以在這里采用了頻分、時(shí)分、極化分的方法，從而確保信標(biāo)信號(hào)傳送到跟蹤接收機(jī)并分離出空間方位的誤差信號(hào)，再通過伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施天線自動(dòng)跟蹤。工作完成后收起來就可以轉(zhuǎn)移到別處。該車載站的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便可靠，可在車內(nèi)進(jìn)行全部操作。機(jī)械機(jī)構(gòu)部分為了實(shí)現(xiàn)天線的俯仰和方位旋轉(zhuǎn),且天線的俯仰和方位旋轉(zhuǎn)是兩個(gè)互相獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)模塊，結(jié)構(gòu)部分設(shè)置了兩個(gè)電機(jī)：一是俯仰電機(jī)，確定天線的俯仰角；二是方位旋轉(zhuǎn)電機(jī)，確定天線的方位角。因此根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的這些功能，該伺服系統(tǒng)采用8051單片機(jī)對(duì)它進(jìn)行控制。獲取到這些信息之后，軟件依據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出天線的方位角。主要實(shí)現(xiàn)從單片機(jī)中獲取信息，可以看到存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的衛(wèi)星信號(hào)，也可以從上位機(jī)程序界面中對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用了依靠自身慣性元件陀螺來實(shí)現(xiàn)三軸穩(wěn)定的策略。