【正文】 ciety that it can not be missing technology. The unique advantages of satellite munications for its more mature technology are gradually integrated into people39。自1957年前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來(lái)，人造衛(wèi)星即被廣泛應(yīng)用于通信，廣播，電視等領(lǐng)域。隨著軍用和民用衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)動(dòng)載體實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換將會(huì)變得越來(lái)越普遍。目前，國(guó)內(nèi)從事衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的單位有國(guó)防科技大學(xué)、原重慶巴山儀器廠、四川壓電與聲光研究所、與韓國(guó)WiWorld公司合作的北京賽錦諾公司等。在技術(shù)上受國(guó)外限制，售后也相當(dāng)麻煩。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求，地球站可以同時(shí)具有發(fā)送和接收能力，也可以只有發(fā)送和接收能力。伺服系統(tǒng)最初用于船舶的自動(dòng)駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來(lái)逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動(dòng)車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對(duì)象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性的限制。通過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測(cè)角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測(cè)角線路稱粗讀數(shù)通道。要求系統(tǒng)精確地跟蹤控制指令、實(shí)現(xiàn)理想運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程一般稱為，“伺服控制技術(shù)”。 基于不同載體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成隨著衛(wèi)星特性指標(biāo)的提高使得衛(wèi)星移動(dòng)通信的天線尺寸不斷下降。這種工作方式可稱為“快速通”。該車載站非常適合部隊(duì)、野外作業(yè)及流動(dòng)單位使用。如圖22所示。具體的系統(tǒng)框圖如圖23所示。實(shí)際工作中由于對(duì)方位的判斷是依據(jù)磁北，而磁北與真北之間的磁偏角隨時(shí)間和地理位置會(huì)有一定變化，可以根據(jù)地磁圖采用劃區(qū)查表的方法獲得。（3）結(jié)論文中采用電子羅盤(pán)、位置傳感器等先進(jìn)傳感器裝置，利用單片機(jī)系統(tǒng)優(yōu)良的控制功能，設(shè)計(jì)了全自動(dòng)車載衛(wèi)星天線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了Ku波段衛(wèi)星車載天線在無(wú)專業(yè)儀器和專業(yè)人員的條件下的全自動(dòng)對(duì)星。同時(shí)，為克服僅僅靠陀螺自身穩(wěn)定難以滿足衛(wèi)星通信對(duì)跟蹤精度要求的問(wèn)題，采取了在陀螺穩(wěn)定的基礎(chǔ)上配以水平儀實(shí)時(shí)校正和饋源電平信號(hào)步進(jìn)跟蹤來(lái)達(dá)到高精度穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星的目的。 天線控制器由于地面的顛簸，移動(dòng)衛(wèi)星通信天線跟蹤系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)功能上講可分為穩(wěn)定（補(bǔ)償）系統(tǒng)和自動(dòng)捕獲跟蹤系統(tǒng)兩大部分。圖31 移動(dòng)衛(wèi)星天線跟蹤典型原理圖整個(gè)地球站系統(tǒng)包括上下位機(jī)兩部分，因此這兩部分之間的數(shù)據(jù)交換是關(guān)系雙方能否協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵。當(dāng)然，RS422也有缺陷：因?yàn)槠淦胶怆p絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，所以在100kbps速率以內(nèi)，傳輸距離才可能達(dá)到最大值，也就是說(shuō)，只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。本系統(tǒng)采用的信標(biāo)接收機(jī)為南京寬超通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KCXBR505，該型號(hào)接收機(jī)集成度很高，體積很小，尺寸最小可僅為50*50*26(mm)，其性能指標(biāo)具體如下所示：工作頻率： 950～1750MHz幅度穩(wěn)定性： 捕獲時(shí)間： 100ms捕獲帶寬： 50kHz，100kHz，250kHz可選（或根據(jù)用戶需要設(shè)定）調(diào)諧精度： 100Hz動(dòng)態(tài)范圍： 100～40dBm輸出直流電平斜率： 最大可2dB/V（根據(jù)用戶需要設(shè)定）輸出直流電平： 010V（或根據(jù)用戶需要設(shè)定）可模擬與數(shù)字輸出調(diào)諧控制輸入： 根據(jù)客戶的需求對(duì)控制方式可變控制控制信號(hào)及電源接口形式：DB9（或者根據(jù)客戶需求改變接口形式）射頻輸入接口： SMA（或根據(jù)用戶需求）輸出接口： 直流電平，DB9中1引腳（可從串口數(shù)字輸出）最大功耗： ≤3W工作電源電壓： +12～+24V工作溫度： 40～+80176。無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用于天線系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)天線的連續(xù)控制，從而提高跟蹤精度。%機(jī)械角度： 1800176。零位偏差mV177。該產(chǎn)品精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)平衡調(diào)整，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸抗干擾能力強(qiáng),并具有標(biāo)定及越限報(bào)警的功能，其輸出波頻率可調(diào)，可選擇連續(xù)輸出及詢問(wèn)輸出方式,同時(shí)具有安裝角和磁偏角補(bǔ)償功能。的二進(jìn)制數(shù)。由于我國(guó)地處赤道以北，因此，在公式(33)中還應(yīng)加180176。90度；輸出靈敏度4V/g或2V/g；模擬量輸出和11為數(shù)字量輸出；AD轉(zhuǎn)換時(shí)間150uS；內(nèi)置溫度傳感器和溫度補(bǔ)償；數(shù)字激活內(nèi)部故障自測(cè)試；長(zhǎng)期穩(wěn)定性高；噪聲低，工作溫度范圍寬（40℃～+125℃）可承受超過(guò)20000g的機(jī)械沖擊。比例控制器能迅速反應(yīng)誤差，從而減少誤差；但比例控制器不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。位置式PID控制算法描述為： （41）式（41）中：k=0，1，2......為采樣序號(hào)；u(k)為第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e (k) 為第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；置K=T/T為積分系數(shù)；=T/T為微分系數(shù)；為比例系數(shù)；T為積分時(shí)間常數(shù)；T為微分時(shí)間常數(shù)；T為采樣周期。積分分離控制算法可表示為： （42）式（42）中，為積分項(xiàng)的開(kāi)關(guān)系數(shù)，且︱︱≤時(shí)，=1；︱︱＞時(shí)。下面分析一下PID控制器中微分環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，討論不完全微分是如何抑制高頻擾動(dòng)，達(dá)到改善PID控制性能目的。值得注意的是，不完全微分PID控制使微分作用在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)起作用，不是說(shuō)這種緩慢變化使微分的迅速調(diào)整能力減弱很多，而是在一定的快速響應(yīng)基礎(chǔ)上的緩慢變化，否則微分作用將失去其快速響應(yīng)能力。這種現(xiàn)象稱為飽和現(xiàn)象或積分失控現(xiàn)象。圓錐掃描跟蹤體制是把饋源嗽叭繞天線對(duì)稱軸作圓周運(yùn)動(dòng)，這樣天線波束呈圓錐狀旋轉(zhuǎn)，目標(biāo)在中心時(shí)，回波信號(hào)不受調(diào)制，目標(biāo)偏離中心時(shí)，回波信號(hào)幅度受圓錐掃描調(diào)制，利用調(diào)制信號(hào)，分解出方位和仰角誤差，帶動(dòng)天線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)跟蹤。由于相位比較單脈沖存在相位測(cè)量模糊和角度測(cè)量多值性問(wèn)題，因此采用振幅比較角跟蹤體制。天線的方位及仰角分別按照正弦及余弦關(guān)系運(yùn)動(dòng)構(gòu)成連續(xù)的圓軌跡，如圖52所示。該種方式的動(dòng)態(tài)誤差顯然要差于零值跟蹤因?yàn)闄C(jī)械圓錐掃描的頻率不可能很高（一般小于1Hz）。得到一組大小與天線偏離目標(biāo)角度成正比的誤差電壓（偏離方向與有關(guān)），由 KAZ、KEL推動(dòng)天線跟蹤目標(biāo)。圖53 圓錐掃描跟蹤方式的波束旋轉(zhuǎn)圖圓錐掃描跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是：（1）設(shè)備簡(jiǎn)單，跟蹤精度較高；（2）跟蹤和通信通道分離，饋源效率較高；（3）對(duì)導(dǎo)航、擾動(dòng)設(shè)備要求較低。 （514） （515）誤差電壓和將控制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，構(gòu)成位置閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天線姿態(tài)的穩(wěn)定跟蹤。很顯然，越大，跟蹤的靈敏度就越高越小，信噪比越高，跟蹤的靈敏度也就越高。與此同時(shí)，接收機(jī)能否及時(shí)的解算出信號(hào)電平也是提高掃描一個(gè)必須考慮的問(wèn)題，的選擇也受到信標(biāo)接收機(jī)反映速度的制約。移動(dòng)衛(wèi)星天線穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)采用激光制導(dǎo)、遙測(cè)天線控制技術(shù)、衛(wèi)星定位等技術(shù)，能自動(dòng)捕獲目標(biāo)衛(wèi)星采用先進(jìn)的自跟蹤技術(shù)，能在載體運(yùn)動(dòng)的情況下，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行高精度的自動(dòng)跟蹤。 Zhao, JianXun。對(duì)于衛(wèi)星通信方面還有更多方面更多的未知需要我們?nèi)ヌ剿?希望在將來(lái)可以用我們的知識(shí)來(lái)對(duì)我們國(guó)家乃至全世界的衛(wèi)星通信事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星在通信、廣播、導(dǎo)航定位、氣象服務(wù)遙感遙測(cè)、地球資源、環(huán)境監(jiān)測(cè)、技術(shù)偵查等方面顯示出了非常重要的價(jià)值。在MATLAB 中仿真得到如圖55所示的一組性能曲線，它們是 取不同值時(shí)誤差信號(hào)隨變化的曲線。當(dāng)有誤差時(shí)，衛(wèi)星偏離軸線，衛(wèi)星位置與天線軸線距離會(huì)隨著波束的旋轉(zhuǎn)而有一個(gè)周期性的變化，使輸出信號(hào)強(qiáng)度受到近似正弦波調(diào)制。圖54 圓錐掃描幾何關(guān)系圖圖54是描述圓錐掃描的幾何關(guān)系圖。當(dāng)天線軸對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，地球站接收到的信標(biāo)電平是一恒定值；當(dāng)天線軸偏離衛(wèi)星時(shí)，信標(biāo)電平將受到一個(gè)頻率極低的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行幅度調(diào)制。在一定數(shù)量的圓錐掃描后，在圓的相同位置處，計(jì)算出位置補(bǔ)償?shù)闹挡⒕C合所用的時(shí)間用于消除陀螺的漂移誤差。由于在256 個(gè)等分點(diǎn)的任意一點(diǎn)，夾角是已知的。信道體制上采用單信道跟蹤接收機(jī)，單信道跟蹤接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)主要有：傳輸信道為一個(gè)設(shè)備可以大大簡(jiǎn)化，可靠性明顯得到提高，設(shè)備成本也相應(yīng)降低；方位、俯仰角誤差載波信號(hào)采用微帶合集成技術(shù)，設(shè)備穩(wěn)定性很高；角跟蹤誤信號(hào)在中頻或低頻相關(guān)提取，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。多用于初次捕獲時(shí)的引導(dǎo)。若u(k1)﹥，則只累加負(fù)偏差；若u(k1)﹤,則只累加正偏差。 帶死區(qū)的PID控制算法在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免控制作用過(guò)于頻繁，消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，可采用帶死區(qū)的PID控制算法，控制算式為： （419）式（419）中，為位置跟蹤偏差，是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象由實(shí)驗(yàn)確定。它不僅在第一個(gè)采樣周期存在，由于，而，所以。 （44） 不完全微分算法在PID控制中，微分環(huán)節(jié)的引入，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但也易引進(jìn)高頻干擾，在誤差擾動(dòng)突變時(shí)顯出微分項(xiàng)的不足。 改進(jìn)型PID算法人們?cè)趯?duì)PID應(yīng)用的同時(shí)，也對(duì)其進(jìn)行了各種改進(jìn)。因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制器將能完全消除誤差。常規(guī)的PID控制原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。 水平儀水平儀又稱傾角傳感器，一般可以感知器件平面相對(duì)于水平面的兩軸傾斜角度。公式(31)中，天線方位角是以地平面的正北方向作為0176。電子羅盤(pán)數(shù)據(jù)格式定義如下：（1）磁偏角：磁偏角為0176。60全溫比例因子穩(wěn)定性%177。CRS0302型陀螺儀具有低功耗、快速啟動(dòng)、低漂移的特點(diǎn)，在劇烈沖擊和震動(dòng)的條件下仍能保持卓越的性能。其性能參數(shù)如表31所示。最常用的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。為擴(kuò)大應(yīng)用范圍，電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1983年在RS422基礎(chǔ)上制定了RS485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍。并行方式雖然數(shù)據(jù)傳輸速率較高，是串行的8倍，但當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)、位數(shù)又多時(shí)，導(dǎo)致了通信線路復(fù)雜且成本提高。在移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，載體的姿態(tài)直接影響天線的指向。圖26 系統(tǒng)總體框圖圖27 車船與衛(wèi)星相對(duì)平面示意圖控制器通過(guò)讀取GPS 接收機(jī)的輸出信息提取出船只的航向信息以及所處經(jīng)、緯度信息，作為計(jì)算天線方位角的部分輸入?yún)?shù)，計(jì)算出船只相對(duì)于衛(wèi)星的理論角度位置坐標(biāo)，再求出天線的實(shí)際指向角度與理論對(duì)星角度之，根據(jù)誤差引導(dǎo)天線轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。該系統(tǒng)設(shè)備在實(shí)際使用中得到了檢驗(yàn)?？刂萍皥?zhí)行模塊根據(jù)參數(shù)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生控制信息，在架設(shè)開(kāi)始后按照先俯仰后方位的順驅(qū)動(dòng)電機(jī)使天線指向預(yù)期位置。軟件主要包括三個(gè)部分：自動(dòng)信息采集、參數(shù)計(jì)算、控制及執(zhí)行。因此結(jié)構(gòu)部分的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)型式和驅(qū)動(dòng)單元的選擇。對(duì)于地球同步衛(wèi)星來(lái)講，只要地球站位置確定以后，調(diào)節(jié)天線的俯仰角和方位角就可以完成對(duì)星，在此基礎(chǔ)上再調(diào)整饋源極化方向就可以使天線系統(tǒng)效果達(dá)到最佳。其關(guān)鍵設(shè)備還是天線這種天線必須配備貫導(dǎo)系統(tǒng)和單脈沖跟蹤系統(tǒng)才能保證在快速移動(dòng)中不丟失目標(biāo)在發(fā)生阻擋時(shí)能迅速恢復(fù)通信。天線尺寸的大小主要考慮衛(wèi)星干擾協(xié)調(diào)的需要。從結(jié)構(gòu)功能上，可分為穩(wěn)定系統(tǒng)和自動(dòng)捕獲跟蹤系統(tǒng)兩大部分。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（電機(jī)、液壓缸等）、反饋元件和伺服驅(qū)動(dòng)器，但是要讓這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)還需要一個(gè)上位機(jī)構(gòu)，PLC，專門(mén)的運(yùn)動(dòng)控制卡，工控