【正文】 對于天線姿態(tài)，主要是獲取到天線的實際俯仰角和方位角，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)，簡化系統(tǒng)設(shè)計。60全溫比例因子穩(wěn)定性%177。零位偏差mV177。/s0～100比例因子mV/(176。其性能指標(biāo)如表33所示。CRS0302型陀螺儀具有低功耗、快速啟動、低漂移的特點，在劇烈沖擊和震動的條件下仍能保持卓越的性能。%機械角度： 1800176。實際選用的為WXD312精密多圈繞電位器，其性能特性如下：標(biāo)稱阻值范圍： 100Ω～47KΩ阻值偏差： 177。其性能參數(shù)如表32所示。其性能參數(shù)如表31所示。無刷直流電機應(yīng)用于天線系統(tǒng)，可以實現(xiàn)天線的連續(xù)控制，從而提高跟蹤精度。長期以來一直廣泛地應(yīng)用在各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中。然而當(dāng)電機的頻率高于空載啟動頻率時，容易造成步進(jìn)電機的失步，甚至無法正常工作。最常用的電機為步進(jìn)電機。本系統(tǒng)采用的信標(biāo)接收機為南京寬超通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KCXBR505，該型號接收機集成度很高，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)客戶的需求對控制方式可變控制控制信號及電源接口形式：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。這樣做的好處是準(zhǔn)確度高，不會出現(xiàn)SHARP接收機的誤跟蹤現(xiàn)象，并且響應(yīng)速度快，接收機的集成度很高，也便于操作。衛(wèi)星的信標(biāo)信號是由衛(wèi)星上發(fā)射的一個頻率和幅度都固定的信號，主要用于衛(wèi)星上行地球站的天線對星和自動跟蹤。為擴大應(yīng)用范圍，電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1983年在RS422基礎(chǔ)上制定了RS485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴展了總線共模范圍。當(dāng)然，RS422也有缺陷：因為其平衡雙絞線的長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，只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。RS232的傳送距離要求可達(dá)約15米，最高速率為20kbps。串行通信有三種標(biāo)準(zhǔn)：RS23RS42RS485。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，導(dǎo)致了通信線路復(fù)雜且成本提高。圖31 移動衛(wèi)星天線跟蹤典型原理圖整個地球站系統(tǒng)包括上下位機兩部分，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。后者是根據(jù) GPS 提供的運動物體的實時經(jīng)緯度、傳感器提供的航偏角經(jīng)計算機運算后，指示驅(qū)動器迅速捕獲到目標(biāo)衛(wèi)星。要使這種載體上的天線始終對準(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，也即對天線進(jìn)行穩(wěn)定。在移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，載體的姿態(tài)直接影響天線的指向。 天線控制器由于地面的顛簸，移動衛(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（補償）系統(tǒng)和自動捕獲跟蹤系統(tǒng)兩大部分。實際應(yīng)用中由于對方位的判斷是依據(jù)磁北信息，而磁北與真北之間的磁偏角隨時間和地理位置會有一定變化，可以根據(jù)地磁圖采用劃區(qū)查表的方法獲得。圖中，天線指向角。圖26 系統(tǒng)總體框圖圖27 車船與衛(wèi)星相對平面示意圖控制器通過讀取GPS 接收機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，作為計算天線方位角的部分輸入?yún)?shù)，計算出船只相對于衛(wèi)星的理論角度位置坐標(biāo)，再求出天線的實際指向角度與理論對星角度之，根據(jù)誤差引導(dǎo)天線轉(zhuǎn)動，對準(zhǔn)衛(wèi)星。同時，為克服僅僅靠陀螺自身穩(wěn)定難以滿足衛(wèi)星通信對跟蹤精度要求的問題，采取了在陀螺穩(wěn)定的基礎(chǔ)上配以水平儀實時校正和饋源電平信號步進(jìn)跟蹤來達(dá)到高精度穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星的目的。系統(tǒng)總體框圖如圖26所示，系統(tǒng)主要由電機伺服系統(tǒng)、天線座、GPS 定位系統(tǒng)、電子羅盤、角度編碼器、角速率傳感器（即陀螺儀）等組成。將船只在航行時產(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，在艦船移動時衛(wèi)星天線跟蹤系統(tǒng)的平臺基準(zhǔn)線會在方位、俯仰和橫滾三個方向上發(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。該系統(tǒng)設(shè)備在實際使用中得到了檢驗。（3）結(jié)論文中采用電子羅盤、位置傳感器等先進(jìn)傳感器裝置，利用單片機系統(tǒng)優(yōu)良的控制功能，設(shè)計了全自動車載衛(wèi)星天線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了Ku波段衛(wèi)星車載天線在無專業(yè)儀器和專業(yè)人員的條件下的全自動對星。上位機程序采用C++ Builder軟件編制。對星完成后，控制軟件記錄衛(wèi)星天線在架設(shè)時方位和俯仰上實際轉(zhuǎn)動的角度作為天線收起時電機轉(zhuǎn)角的依據(jù)?？刂萍皥?zhí)行模塊根據(jù)參數(shù)計算結(jié)果產(chǎn)生控制信息，在架設(shè)開始后按照先俯仰后方位的順驅(qū)動電機使天線指向預(yù)期位置。實際工作中由于對方位的判斷是依據(jù)磁北，而磁北與真北之間的磁偏角隨時間和地理位置會有一定變化，可以根據(jù)地磁圖采用劃區(qū)查表的方法獲得。計算這個參數(shù)必須的信息有兩個：存儲前車體與正北的夾角和現(xiàn)在車體與正北的夾角。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)。軟件主要包括三個部分：自動信息采集、參數(shù)計算、控制及執(zhí)行。具體的系統(tǒng)框圖如圖23所示。圖23 系統(tǒng)框圖 單片機控制部分系統(tǒng)要實現(xiàn)的控制功能比較復(fù)雜,主要體現(xiàn)在：俯仰角、方位角的確定及顯示，電子羅盤對停車位置的角度補償，單片機與PC機的通訊，電機驅(qū)動，手動微調(diào)控制，自動控制，衛(wèi)星位置的儲存,位置傳感器反饋信號的處理。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。因此結(jié)構(gòu)部分的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)型式和驅(qū)動單元的選擇。如圖22所示。本系統(tǒng)設(shè)計了三個部分的內(nèi)容：一是前端天線系統(tǒng)設(shè)備，包括天線、饋線；二是伺服系統(tǒng)和傳動機構(gòu)，伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動器和驅(qū)動電機，傳動機構(gòu)采用方位和俯仰二軸座架；三是系統(tǒng)控制部分。在需要撤收天線時，控制系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)按照相反的過程自動完成天線收起的過程。對于地球同步衛(wèi)星來講，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。該車載站非常適合部隊、野外作業(yè)及流動單位使用。天線和伺服系統(tǒng)可安裝在各種汽車頂上，汽車停下來的幾分鐘可找到衛(wèi)星，天線控制器有儲存記憶自動換星功能,可儲存記憶十顆衛(wèi)星位置，可分別接受衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的電視、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃l(wèi)星信號。由于車載站地址不固定,每到一個地點需要重新對星建立信道鏈接,加之目前車載衛(wèi)星站為了實現(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)的又常常是對時效性要求較高的通信任務(wù)，因此快速準(zhǔn)確地對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。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中不丟失目標(biāo)在發(fā)生阻擋時能迅速恢復(fù)通信。這種工作方式可稱為“快速通”。這兩種方式到達(dá)工作地點，組裝天線或展開天線后，對準(zhǔn)衛(wèi)星后就可以開始工作。前期的移動通信設(shè)備都是可搬移的或方便搬移的設(shè)備，分為兩種。天線尺寸的大小主要考慮衛(wèi)星干擾協(xié)調(diào)的需要。 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)星移動通信的天線尺寸不斷下降。圖21 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通常信標(biāo)信號的極化方向與地球站上行頻道的極化方向一致，以免信標(biāo)信號對廣大的接收用戶產(chǎn)生干擾。捕獲到衛(wèi)星后，再根據(jù)波束圓錐掃描輸出誤差信號對天線作閉環(huán)跟蹤補償，對衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)跟蹤。從結(jié)構(gòu)功能上，可分為穩(wěn)定系統(tǒng)和自動捕獲跟蹤系統(tǒng)兩大部分。要求系統(tǒng)精確地跟蹤控制指令、實現(xiàn)理想運動控制過程一般稱為，“伺服控制技術(shù)”。目前，新型的永磁交流伺服電機發(fā)展迅速，尤其是從方波控制發(fā)展到正弦波控制后，系統(tǒng)性能更好，它調(diào)速范圍寬，尤其是低速性能優(yōu)越。模塊化、數(shù)字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（電機、液壓缸等）、反饋元件和伺服驅(qū)動器，但是要讓這個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來還需要一個上位機構(gòu)，PLC，專門的運動控制卡，工控機+PCI卡，以便于給伺服驅(qū)動器發(fā)送指令。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，例如將測量元件（如自整角機）的測量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大，來提高相對測量精度。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于 15赫，大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1～2赫以下。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對象和執(zhí)行機構(gòu)的慣性的限制。頻帶寬度簡稱帶寬，由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來規(guī)定，反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。（3）使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。伺服系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。伺服系統(tǒng)：是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。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械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。 衛(wèi)星通信隨動地球站伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)，用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求，地球站可以同時具有發(fā)送和接收能力，也可以只有發(fā)送和接收能力。衛(wèi)星通信地球站通常工作在微波頻段（300MHZ～300GHZ）,因此，地球站實際上是微波無線電收信、發(fā)信站，用戶通過地球站接入衛(wèi)星線路進(jìn)行通信。跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對在軌衛(wèi)星的軌道、位置及姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正。研究一套自己的動中通系統(tǒng)顯得尤為重要，這項研究對船載或車載“動中通”加速走向民用具有重要實用價值，擁有潛在巨大市場前景。在技術(shù)上受國外限制，售后也相當(dāng)麻煩。 課題研究的目的和應(yīng)用前景長期以來，由于缺少獨立知識產(chǎn)權(quán)，中國的動中通系統(tǒng)應(yīng)用一直得不到很好的發(fā)展，巨大的市場只能任由國外企業(yè)和機構(gòu)占領(lǐng)。我國國產(chǎn)的衛(wèi)星和地球站存在著性能差和市場占有率低等差距，國外大公司的產(chǎn)品幾乎壟斷了我國衛(wèi)星通信市場，這不僅嚴(yán)重阻礙了我國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對我國的通信安全構(gòu)成了極大的威脅。從目前的研究狀況及具體測試性能結(jié)果來看，國內(nèi)在這方面的研究與國外相比有較大的差距。目前，國內(nèi)從事衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的單位有國防科技大學(xué)、原重慶巴山儀器廠、四川壓電與聲光研究所、與韓國WiWorld公司合作的北京賽錦諾公司等。美國KVH公司在寬帶衛(wèi)星通信領(lǐng)域有Trac Vision、TracPhone和TracNet等系列產(chǎn)品。其中有代表性的是海事領(lǐng)域的“動中通”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