【正文】 時間漂移的固有缺陷，保證了“動中通”天線在各種路況、各種行車速度和任意長時間行駛中的穩(wěn)定跟蹤，保證了車輛行駛時圖像和話音的傳輸質量。 國內研究現狀國內在移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)上起步較晚，但是發(fā)展速度較快，在軍用與民用領域都有很大的進展。 RaySat SpeedRay 1000以色列RaySat公司生產的平板“動中通”天線在軍用和民用都發(fā)揮了巨大的作用，其天線系統(tǒng)是一種低輪廓相控陣天線，它不僅由天線內一組陣列式的物理設備保障了在移動天線系統(tǒng)對衛(wèi)星的跟蹤，而且體積小，高度小于20厘米，便于安裝， SpeedRay 1000，用于Ku波段車載衛(wèi)星電視的接收，跟蹤速度在60176。 Sea Tel船載船載天線穩(wěn)定平臺美國Trac Star公司是專業(yè)設計制造“動中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)的廠家，主要生產低成本、高精度的商用車載衛(wèi)星雙向通信天線。在民用領域，美國Sea Tel公司是全球最大的船載天線穩(wěn)定平臺制造商()，其主要產品均通過了美國海軍軍用產品性能(MIL Spec)的測試，天線系統(tǒng)對船舶移動做出快速反應的速率是90度／秒，船上用戶可以觀看到衛(wèi)星電視娛樂節(jié)目，并可實現語音傳輸、傳真、氣象、高速數據傳輸、圖像傳輸和寬帶上網通信等應用。移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究工作開始于上世紀80年代的美國和日本，利用姿態(tài)測量和慣性導航技術建立一個穩(wěn)定的天線平臺，用來實時隔離運動載體的搖擺和方位角的變化，確保接收衛(wèi)星信號天線的波束中心簡便、快速、準確地對準衛(wèi)星，從而實現移動衛(wèi)星通信，這些先進的技術成果最早服務于軍事。用于“動中通”的三軸自主跟蹤平臺的設計是實現“動中通”系統(tǒng)的核心技術之一，該技術集慣性導航技術、數據采集及信號處理技術、計算機控制技術、電機伺服控制技術、衛(wèi)星通信技術和系統(tǒng)工程技術等多項技術于一身，是以機電一體化、自動控制技術為主體，是多個學科有機結合的產物[3]。 在民用領域，隨著經濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高，長途汽車或者游輪上需求可以實時地觀看電視轉播，或視頻電話。 在現代作戰(zhàn)中，固定的衛(wèi)星信號接收天線已經不能滿足作戰(zhàn)要求，如何保證載體(作戰(zhàn)車輛、軍艦等)在運動過程中與衛(wèi)星的暢通通信成為了熱點。故在這種背景下，衛(wèi)星通信由于其特有的不需要基站，可以很好地解決寬帶多媒體信息，特別是高質量的視頻圖像的實時傳輸等問題，受到了廣泛的關注，得到許多應用和迅速的發(fā)展。s initialization module, stabilization tracking module and the monitoring module. Also, the method of how to realize them is proposed.5. The platform works well under the disturbances, which is supplied by the threeaxis motion simulator. The error curves conform the advantages and shortings of the different control strategies.Finally, the research results are summarized, and future research is given. Key words: threeaxis structure，alignment with star，stabilizing tracking，intelligent PID control method，sliding mode control method碩士論文 基于三軸自主跟蹤平臺的研究與實現目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 研究背景 1 國外研究現狀 1 國內研究現狀 3 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類 3 穩(wěn)定平臺技術的發(fā)展 4 穩(wěn)定平臺的分類 4 穩(wěn)定平臺伺服控制技術 5 陀螺信號處理 5 本論文研究內容與章節(jié)安排 6 論文的主要研究內容 6 論文的章節(jié)安排 62 系統(tǒng)總體設計 7 機械結構設計 7 設計技術指標 7 系統(tǒng)組成 8 衛(wèi)星通信分系統(tǒng) 9 穩(wěn)定伺服分系統(tǒng) 11 監(jiān)控模塊 14 本章總結 153 陀螺信號濾波在系統(tǒng)中的應用 16 引言 16 陀螺輸出的頻譜特性 16 IIR數字濾波器在系統(tǒng)中的應用 17 橢圓濾波器的簡介 18 橢圓濾波器的設計步驟 19 遞推最小二乘多項式擬合 21 遞推最小二乘的基本原理 21 多項式擬合 21 基于遞推最小二乘多項式擬合的陀螺信號處理 23 陀螺濾波實驗結果與分析 24 本章小結 294 控制結構及控制算法設計 31 三軸系統(tǒng)結構 31 三軸穩(wěn)定跟蹤機理 31 33 前饋控制策略 33 閉環(huán)反饋策略 34 方位俯仰閉環(huán)、橫滾前饋補償的控制策略 35 控制算法設計與仿真 36 方位系統(tǒng)數學模型 36 智能分區(qū)PID控制 37 滑模變結構控制仿真 39 仿真實驗及結果 40 總結 445 系統(tǒng)軟件設計 45 軟件模塊組成 45 系統(tǒng)初始對星 45 單片機初始化 45 初始對星粗對準 46 初始對星精對準 49 系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤 51 監(jiān)控計算機軟件設計 56 本章小結 596 系統(tǒng)調試與分析 60 方位系統(tǒng)調試結果 60 俯仰系統(tǒng)調試結果 62 三軸聯(lián)動時系統(tǒng)調試結果 63 總結 647 總結與展望 65 工作總結 65 進一步工作展望 65致 謝 67參考文獻 68附 錄 7171 緒論 研究背景 在任何時間、任何地點、任何情況下(包括戰(zhàn)爭影響、天氣等影響)都能進行良好地通信，是長期以來人們的追求。 munication under any circumstances. The design of the platform based on threeaxis selfdetermination tracking system is the core technology of mobile satellite munication. It could isolate the interrupts brought by the carriers, and keep the antenna in alignment with the satellite. This paper includes some research work as follows:1. The control design proposal is given aiming at the marine mobile satellite munication, including the mechanical structure design, and the choose of devices and system position.2. By analyzing the feature of the gyroscopes39。3. 分析了本系統(tǒng)的三軸結構及三軸跟蹤機理，提出了方位、俯仰閉環(huán)控制結構，橫滾前饋補償的控制策略；針對方位系統(tǒng)，分別設計了智能分區(qū)PID控制、滑模變結構控制方法，并進行了仿真驗證；4. 采用模塊化思想，完成了系統(tǒng)軟件設計，主要包括初始對星模塊、穩(wěn)定跟蹤模塊、監(jiān)控模塊，給出了各個部分的軟件實現方法、軟件流程圖；5. 對系統(tǒng)進行軟硬件聯(lián)調，通過三軸運動模擬器模擬船只在海上航行的擾動，對比研究不同控制策略下的控制效果，實際結果表明方位俯仰閉環(huán)、橫滾前饋補償的控制策略，以及方位采用智能分區(qū)PID的控制方法效果較好，基本實現本系統(tǒng)提出的設計指標；最后總結了本文的研究成果和不足之處，并對三軸自主跟蹤平臺的研究工作進行了展望。研究生簽名： 年 月 日碩士論文 基于三軸自主跟蹤平臺的研究與實現摘 要移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)(“動中通”系統(tǒng))可以滿足載體在任何時間、任何地點、任何情況下通信的需求，基于三軸自主跟蹤平臺的設計是“動中通”系統(tǒng)的核心技術，其可以隔離載體在運動過程中的擾動，保持天線穩(wěn)定跟蹤衛(wèi)星信號。研究生簽名： 年 月 日 學位論文使用授權聲明南京理工大學有權保存本學位論文的電子和紙質文檔，可以借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容，可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容。學 位 論 文基于三軸自主跟蹤平臺的研究與實現——系統(tǒng)控制算法與軟件設計申請學位級別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 學位授予單位和日期 南 京 理 工 大 學 答辯委員會主席 評閱人 聲 明本學位論文是我在導師的指導下取得的研究成果，盡我所知，在本學位論文中，除了加以標注和致謝的部分外，不包含其他人已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機構的學位或學歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學位論文做出的貢獻均已在論文中作了明確的說明。對于保密論文，按保密的有關規(guī)定和程序處理。本論文針對應用于海上艦船的“動中通”系統(tǒng)，進行了以下研究工作：1. 提出三軸自主跟蹤平臺的總體設計方案，包括機械結構設計、系統(tǒng)組成、所用器件選型等；2. 針對陀螺的噪聲信號，在頻域上應用了橢圓濾波器的濾波處理方法，在時域上應用了遞推最小二乘多項式擬合的處理方法，并對陀螺的靜態(tài)與動態(tài)輸出進行仿真計算，通過分析比較，將遞推最小二乘多項式擬合的算法應用到實際系統(tǒng)中，并給出了實際系統(tǒng)的陀螺信號處理結果。關鍵詞：三軸結構，初始對星，穩(wěn)定跟蹤，智能PID控制，滑模變結構控制 IAbstractMobile satellite munication system can meet the needs of carriers39。 signal, elliptic filtering method and recursive least squares polynomial fitting method are proposed and used to the system including the static and dynamic circumstances. The result of simulation confirm that the recursive least squares polynomial fitting method is more suitable to the platform.3. To solve the threeaxis tracing control method problem in the platform, several control tactics are presented. Through analyzing the different tactics, the method of azimuth elevation axis closed loop and cross level axis feedforward pensation is used to the system. Focusing on the azimuth system, the intelligent partition PID control method and the sliding mode control method is adopted to control it. Besides, the simulation result is given.4. The software of the whole system is designed, which includes system39。當前，CDMA，GPRS等系統(tǒng)在現實生活中已經初步解決了人們的需求，但這些系統(tǒng)需要地面基站作為支撐，如果沒有基站支持(如船只在海上航行)，或者基站在戰(zhàn)爭中或者自然災害中受損，將無法保證通信的要求。衛(wèi)星通信有著其特有的優(yōu)勢：如通信距離遠，通信容量大，不受大氣層擾動的影響，通信可靠，覆蓋面積大，通信靈活機動等，在軍用與民用都發(fā)揮著巨大的作用[10]。作戰(zhàn)車輛在運動過程中不可避免的受到路面的顛簸、風力的影響而導致安裝在車輛上的天線不能穩(wěn)定跟蹤衛(wèi)星信號；在海上航行的艦船由于海浪沖擊、船只轉向等影響而導致安裝在艦船上的衛(wèi)星天線無法正常工作，這就需要為天線提供穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，即為載體提供移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)(又稱“動中通”)，該系統(tǒng)除了實現跟蹤對星的伺服任務外，還能隔離載體受到的各種擾動，保證天線穩(wěn)定跟蹤衛(wèi)星信號[3]?！皠又型ā毕到y(tǒng)可以保證長途汽車或者游輪在運動過程中，通過衛(wèi)星信號來傳輸電視畫面，亦可以通過衛(wèi)星來實現網絡傳輸。 國外研究現狀對“動中通”系統(tǒng)的研究，國外發(fā)展較早，在理論和工程上都取得了重要的科研成果。在軍用領域，美國Datapath公司研制的名為Moblink的“動中通”終端，休斯網絡系統(tǒng)公司研發(fā)的休斯9250移動衛(wèi)星終端，(C2AMMO)，這些產品都已經裝備到美軍車輛、船只、無人機中，能在載體高速運行下，完成高速的信息傳輸，且完成了網絡聯(lián)通，可同時與多個用戶保持通信聯(lián)系，為美軍通信體制的