專利名稱：移動載體衛星天線定向跟蹤系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于通信與電子技術領域，涉及一種移動載體衛星天線定向跟蹤系統。
背景技術：
隨著社會的發展和人民生活水平的提高，對移動載體衛星通訊系統裝置的需求不 斷增加，比如在陸上或海上作長途旅行時為了收看衛星電視節目，需要安裝車(船) 載衛星通訊自動跟蹤系統；海上氣象衛星云圖接收船等也必須依賴衛星通訊自動跟蹤 系統以有效地接受衛星信號；另外，在運鈔車、消防車、野外作業車、地質和石油勘 探車(船)等上面加載衛星通訊自動跟蹤系統以提高這些行業的工作效率和安全性等。 特別在林業中，隨著造林事業的不斷發展，林地面積、林業蓄積量逐年增加，防火工 作成為首要任務。目前在大興安嶺等許多重要林區巳實現森林防火衛星靜態監控，如 采用移動載體衛星通訊技術，將會實現森林防火衛星動態監控，能大大提高防火效果。 衛星天線自動跟蹤系統主要用于車、船載移動衛星通訊中的天線跟蹤定向，以保證天 線能自動地對準指定的同步衛星，并在車(船)輛的各種運動狀態下(高、低速、緊 急啟動、停止、轉彎等)以及在各種氣象、環境條件下始終高精度的對準衛星，實現 衛星與車載天線之間的不間斷通信。
在移動載體衛星通訊方面，迄今為止，世界上只有美國和以色列有相關產品。如 美國TRACSTAR系統公司的2000L產品，該產品具有方位角為土360。、俯仰角為 20度 70度的跟蹤范圍，能夠在時速120公里的車上，以±0.2°的跟蹤精度精確跟 蹤衛星。它們主要用于移動式衛星通訊和衛星電視接收，但其價格較昂貴。我國與國 外存在較大差距，目前尚無實用的用于移動式衛星通訊自動跟蹤系統的產品。雖有不 少單位進行了該應用領域的研究，但由于姿態敏感元件的技術不過關，成本較高，致 使該項技術的研究始終沒有取得突破性的進展，沒有形成實用性好的產品。在這些單 位中，航天北控集團和重慶巴山儀器廠已經研制出一些功能樣機，具備了初步的功能，
3但成本仍然偏高。據報道，我國南極考察船"雪龍"號"船載氣象衛星云圖接收系統" 采用了由航天北控集團公司研制的船用衛星天線穩定跟蹤平臺。該平臺利用GPS實時 確定接收系統的地理位置，利用羅經敏感航向變化、利用慣性測量元件敏感船搖、通 過計算機控制接收天線的指向，保證氣象云圖接收系統始終處于最佳接收狀態。由重 慶巴山儀器廠研制的移動衛星通訊系統，采用了計算機網絡系統和巴山廠研制的衛星 自跟蹤系統，初步實現了在運動中衛星天線實時跟蹤同步地球衛星，實現了載體在移 動中寬帶連續不間斷通訊。但該產品造價昂貴，且還未正式規模化生產。
目前該領域主要有機械平臺式與捷聯式。機械平臺式系統中，慣性元件(陀螺和加速 度計)被安裝在一物理平臺上，利用陀螺通過伺服電機驅動穩定平臺，從而實現定向控 制。捷聯式系統中， 一種是IMU/GPS組合式，這是捷聯慣導技術與全球定位系統相融合 的導航方案。通過GPS接收機接收載體的方位信息，使用三個垂直安裝的速率陀螺組合 經過捷聯慣導姿態解算軟件跟蹤天線平臺的姿態變化，使用其它姿態傳感器進行初始對 準。此方案中陀螺的動靜態性能和誤差補償方式將是影響精度的主要原因，可用于中等 精度要求的場合。另外一種是全自主捷聯慣導方案，使用高精度陀螺組合(動力調諧陀 螺、激光陀螺或光纖陀螺)和加速度計作為姿態敏感元件，利用計算機的數學解析平臺 完全代替常平架穩定平臺，通過姿態解算軟件得出載體姿態、方位信息，不需要GPS信 號的輔助，進行完全自主的慣性導航。可見，兩種方案均需要根據慣性傳感器提供的信 號經過姿態解算之后提供載體的數學姿態平臺，傳感器的性能、價格和姿態解算軟件的 精度將對系統的穩定精度產生重大影響。總的說來，采用捷聯式方案的造價較高，而且 技術實現難度較大。
實用新型內容
本實用新型的要解決的技術問題是提供一種移動載體衛星天線定向跟蹤系統。 本實用新型的技術方案如下
一種移動載體衛星天線定向跟蹤系統，其特征在于，包括主控制器、GPS接收機、 數字羅盤、衛星信號接收機、天線以及用于驅動天線運動以跟蹤衛星的驅動機構；所 述的GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機和驅動機構均與所述的主控制器連接； 所述的天線連接所述的驅動機構，所述的天線與所述的衛星信號接收機通信連接。
所述的主控制器為工業控制計算機。所述的驅動機構包括方位步進電機、俯仰步進電機和極化步進電機。 本實用新型的優點與效果
本實用新型采用數字羅盤HMR3000完成載體的姿態(方位、俯仰及傾斜)的測量， 采用GPS接收機完成載體地理位置的測量，并將數據采集卡檢測到的信息傳送到工控 機進行處理。實現方案簡單、成本低、跟蹤效果好。與平臺式系統相比，本系統去掉 了實體平臺，減少了機械零部件，減小了整個系統體積、重量和降低了制造成本。
采用數字羅盤和GPS組合，與捷聯式系統相比，簡化了系統結構和技術復雜性， 提高了系統可靠性。
本系統的初始對準時間比較短， 一般不超過10min;平臺式慣導系統則需要20min 左右。
本系統去掉實體平臺，采用了 "數學姿態平臺"方式，使系統的維護比較簡便，故 障率較低，因而使用和維護費用較低。
圖l本實用新型的結構框圖2為實用新型實施例1中具體的結構原理框圖3為本實用新型實施例1中系統的工作流程圖。
具體實施方式實施例h
如圖1所示， 一種移動載體衛星天線定向跟蹤系統，其特征在于，包括主控制器、 GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機、天線以及用于驅動天線運動以跟蹤衛星的驅 動機構；所述的GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機和驅動機構均與所述的主控 制器連接；所述的天線連接所述的驅動機構，所述的天線與所述的衛星信號接收機通 信連接。所述的主控制器為工業控制計算機。所述的驅動機構包括方位步進電機、俯 仰步進電機和極化步進電機。
本實用新型采用"羅盤穩定電平跟蹤"控制方案，利用現有的姿態和航向傳感器 直接提供載體姿態信息，其基本思想是通過接收GPS信號測得載體的方位信息，通過數字羅盤直接敏感載體的航向角、俯仰角和橫滾角等姿態信息通過計算機的坐標變 換和姿態解算得出天線平臺的即時俯仰和方位角，通過天線伺服系統保持天線平臺的 穩定，控制流程如圖3所示。天線穩定系統由位置姿態敏感器組合、伺服控制子系統、 信號接收子系統、系統軟件四個子系統組成，其原理框圖如圖2所示。 各部分完成的主要功能如下-
位置姿態敏感組合由全球定位系統GPS接收器和數字羅盤HMR3000組成，主要 完成載體(船)的地理位置和姿態(方位、俯仰及傾斜)的測量并將數據采集卡檢測 到的信息傳送到控制機進行處理。
伺服控制子系統主要由工控機，運動控制器，步進電機及相應驅動器組成，接 收控制計算機產生的控制信號，實現對天線的方位、俯仰角度的調節和跟蹤控制。
信號接收子系統由天線和衛星信號接收機(和終端顯示器)組成，用于接收被鎖
定衛星上的信號，經處理后顯示出來。
天線穩定系統的工作過程為開啟計算機，進入系統，打開數字羅盤電源，檢査 相關設備的工作狀態。如上述工作過程正常，系統則進入操作軟件LabWindows/CVI主 操作界面，LabWindows/CVI主操作界面提示操作人員選定衛星型號、精度、緯度等必 要信息。然后系統進入初始對準界面，由串口讀出數字
羅盤顯示的姿態信息和GPS提供的位置信息，交計算機進行處理，計算機根據姿態 解算模塊算出天線的對星方位和俯仰角。系統根據初始跟蹤模塊發出控制指令給運動 控制器，驅動步進電機指向該角度。然后在電平搜索模塊的提示下，用戶輸入電平搜 索的范圍、搜索步數和搜索電平截止電等，完成搜索后鎖定該位置，將該位置作為平 臺穩定的目標位置。當載體開始運行時，進入自動跟蹤界面，首先進行數字羅盤的零 點標定，然后系統開始進入自動跟蹤狀態，同時在一定時間分配范圍內進行最大電平 跟蹤和電機零點漂移的修正等工作。在自動跟蹤狀態下，操作人員隨時可以中斷系統 的運行，選擇其他衛星或關閉系統。
本系統具有以下功能
(1) 完成系統的初始化，VXD (虛擬設備驅動程序)的載入，中斷的調用處理等。
(2) 完成對數字羅盤和GPS信號接收以及對接收的信號的處理和提取。同時完成 衛星參數輸入、修改、刪除和保存等編輯功能。已有衛星參數主要存放在一個數據文
6件之中，供用戶在初始化之前從界面上選擇或手工輸入衛星參數。
(3) 完成天線的初始對準和最大電平搜索功能。
(4) 實時采集姿態敏感器信號和電平信號，實現自動穩定跟蹤和最大電平跟蹤。
權利要求1.一種移動載體衛星天線定向跟蹤系統，其特征在于，包括主控制器、GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機、天線以及用于驅動天線運動以跟蹤衛星的驅動機構；所述的GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機和驅動機構均與所述的主控制器連接；所述的天線連接所述的驅動機構，所述的天線與所述的衛星信號接收機通信連接。
2. 根據權利要求l所述的移動載體衛星天線定向跟蹤系統，其特征在于，所述的 主控制器為工業控制計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種移動載體衛星天線定向跟蹤系統，其特征在于，包括主控制器、GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機、天線以及用于驅動天線運動以跟蹤衛星的驅動機構；所述的GPS接收機、數字羅盤、衛星信號接收機和驅動機構均與所述的主控制器連接；所述的天線連接所述的驅動機構，所述的天線與所述的衛星信號接收機通信連接。所述的主控制器為工業控制計算機。所述的驅動機構包括方位步進電機、俯仰步進電機和極化步進電機。本實用新型采用數字羅盤HMR3000完成載體的姿態的測量，采用GPS接收機完成載體地理位置測量，并將數據采集卡檢測到的信息傳送到工控機進行處理，實現方案簡單、成本低、跟蹤效果好。
文檔編號H01Q1/27GK201387936SQ20092006417
公開日2010年1月20日 申請日期2009年4月23日 優先權日2009年4月23日
發明者葉自清, 朱俊杰 申請人:中南林業科技大學