一種動中通尋星時天線方位軸的掃描控制方法
【技術領域】
[0001]本發明提供了一種動中通尋星時天線方位軸的掃描控制方法，適用于要求動中通尋星時天線方位軸快速平穩掃描到衛星信號最大值的場合，屬于衛星通訊技術領域。
【背景技術】
[0002]基于慣導方案的動中通天線系統尋星時，慣導系統利用初始對準方法解算出載體當前的俯仰角P、滾動角R和航向角γ信息，再通過坐標轉換引導天線指向目標衛星。由于算法誤差、計算誤差等原因，慣導系統在載體大動態下的初始對準也存在誤差，導致由慣導系統引導天線指向衛星的精度必然會有所降低。尤其在大動態下，慣導系統初始方位角誤差會較大，這導致由其引導的天線系統方位軸偏離指向衛星的真實方位，造成初始尋星精度降低。因此，在大動態下，單純依賴慣導系統自身精度來確保高精度的初始尋星具有較大的困難。
[0003]目前，較多的方法是在初始尋星時，先根據慣導系統姿態轉換結果驅動天線指向衛星，然后再單獨對天線方位軸進行衛星信號最大值的掃描。一般方法是先預設一個衛星信號門限電壓值，當掃描過程中檢測到了當前電壓大于門限電壓值時，即檢測到有效衛星信號，天線方位軸立即停止轉動，完成方位軸的初始尋星過程。
[0004]但剛方法存在誤掃描的風險，即當天線周圍存在較強的信號反射或者信號旁瓣電壓較強時，會存在搜索到旁瓣而非最強主瓣信號即停止掃描的情況，導致了初始尋星偏離的情況。另外，為了能盡量縮短初始尋星的時間，一般將天線方位軸的驅動角速率設置為電機的最大輸出角速率。但是若天線轉動慣量較大，天線的瞬間啟動和瞬間停止的動作會對系統穩定性造成影響，長時間運行會降低天線系統的可靠性，從而導致天線初始尋星精度的降低。
[0005]因此，如何在載體大動態情況下，避免天線急起急停動作引起天線系統的不穩定問題，解決天線系統方位軸的誤掃描問題，是動中通尋星時實現天線精確對準衛星的一個難點。
【發明內容】
[0006]本發明的技術解決問題:克服現有技術的不足，提供了一種動中通尋星時天線方位軸的掃描控制方法，避免天線急起急停動作引起天線系統的不穩定問題，解決天線系統方位軸的誤掃描問題，實現了動中通天線方位軸最大衛星信號的快速掃描。
[0007]本發明的技術解決方案:
[0008]—種動中通尋星時天線方位軸的掃描控制方法，步驟如下:
[0009](1)設置動中通天線的方位軸角度fYaw、驅動角速率fStep和控制周期T，初值均為零；設置天線的控制狀態為加速搜索狀態；
[0010](2)控制周期T開始計時，當到達預設控制周期時，進入步驟(3);
[0011](3)判斷天線的當前控制狀態，若為加速狀態，則執行步驟(4)，若為減速狀態則執行步驟￠)，若為反轉狀態則執行步驟(7);
[0012](4)控制驅動角速率fStep加速，同時限制驅動角速率fSt印的上限值；發送驅動角速率fStep給天線控制系統驅動天線方位軸轉動；讀取衛星信號值，之后進入步驟(5);
[0013](5)令控制周期T清零；根據步驟(4)讀取的衛星信號值，判斷天線是否完成了衛星信號最大值的掃描，如果完成了衛星信號最大值的掃描，則將天線的控制狀態設置為減速狀態，同時將減速計數器icnt清零，之后返回步驟(2);如果未完成衛星信號最大值的掃描，則直接返回步驟(2);
[0014](6)令控制周期T清零，減速計數器icnt加1 ;控制驅動角速率fStep減速，并發送驅動角速率fStep給天線控制系統驅動天線方位軸轉動；判斷天線是否減速到零速，若已減速到零速，則將天線的控制狀態設置為反轉狀態，之后返回步驟(2)，若未減速到零速，則直接返回步驟⑵；
[0015](7)令控制周期T清零；控制驅動角速率fStep反轉，發送驅動角速率fStep給天線控制系統驅動天線方位軸反向轉動，并判斷是否反轉到所述衛星信號最大值處，若滿足條件則進入步驟(8)，否則，返回步驟⑵；
[0016](8)令驅動角速率fStep清零，停止天線方位軸轉動，完成尋星時天線方位軸的驅動控制。
[0017]步驟(4)中驅動角速率fStep加速，并限制驅動角速率的上限值具體為:令天線的驅動角速率fStep加速，即設置驅動角速率fStep為:
[0018]fStep = fSt印+FSL0PE，其中，FSL0PE為天線加減速增量值；判斷fSt印彡FVMAX是否成立，若成立，則設置驅動角速率fSt印為:fSt印=FVMAX，其中，FVMAX為天線驅動最大角速率。
[0019]步驟(5)中判斷天線是否完成了衛星信號最大值的掃描具體為:
[0020](3.1)天線方位軸角度fYaw = fYaw+fStep，判斷當前天線方位軸角度fYaw是否大于等于一周，即fYaw彡360°是否成立，若成立，則進入步驟(3.2)，否則未完成衛星信號最大值的掃描；
[0021](3.2)讀取當前周期衛星信號fSatV，判斷fSatV彡K。.fSatV_Max是否成立，其中fSatV_Max為衛星信號最大值，K。為控制系數，若成立，則已經再次檢測到衛星信號最大值，從而完成衛星信號最大值的掃描，否則未完成衛星信號最大值的掃描。
[0022]控制系數K。的取值范圍為0.85彡K。彡1.0。
[0023]步驟(6)中驅動角速率fStep減速的方法為:
[0024]fStep = fStep-FSLOPEo
[0025]步驟(7)中控制驅動角速率fSt印反轉具體為:
[0026]令驅動角速率fStep = -FVSL0W,
[0027]其中，FVSL0W為預設的天線低速角速率，FVSL0W的取值范圍為3° /s?6° /s。
[0028]步驟(7)中判斷是否反轉到最大信號處的方法為:減速計數器icnt減1，判斷
[0029]icnt彡0是否成立，
[0030]若成立，則已反轉動最大信號處，否則，未反轉到最大信號處。
[0031]所述天線的控制狀態包括加速狀態、減速狀態和反轉狀態，加速狀態是指天線從零速開始達到最大角速率的加速過程；減速狀態是指天線從最大角速率開始逐漸減速到零速狀態的過程，反轉狀態是指天線從減速到零速狀態開始，反轉加速到預定角速率的過程。
[0032]本發明與現有技術相比的優點如下:
[0033](1)本發明改變了現有技術將天線驅動角速率預設為一個固定常值的簡單方法，采用了加減速的天線驅動方式，解決了天線急起急停的大動態操作；設計了天線方位軸最大衛星信號的掃描判斷機制，即在整圈連續掃描基礎上，利用兩次法確定衛星最大信號，使天線方位軸能精確地獲取衛星位置；又設計了天線反轉驅動方法，采用精確的計數法驅動天線轉動到衛星信號最大處，確保了天線快速精確地對準衛星。本發明采用加減速天線平滑驅動控制方法，確保了天線驅動角速率能平滑的增加到最大角速率和減小到零速，避免了天線的急起急停。同時利用精確的低速反轉方法實現了天線精確的回到衛星信號最大處，確保了衛星指向精度。
[0034](2)利用控制系數K。，實現衛星最大信號的兩次法模糊檢索機制。該方法采用模糊檢測方法，將衛星有效信號確定為某個信號區間范圍，相比現有技術中設置的單一常值門限值，可以極大地提高檢索成功率；另外該檢測機制還可以根據用戶指標要求靈活配置控制系數K。，當K。接近于1.0時，檢索條件較嚴苛，適用于對信號強度要求非常苛刻的場合。當K。較小時，檢索條件較寬松，適用于對信號強度要求較低的場合。相比現有技術更加靈活方便，可用于各種不同指標的應用領域。
[0035](3)本發明中的多個常值速率的設定，如低速角速率FVSL0W、天線驅動最大角速率FVMAX以及天線加減速增量值FSL0PE等，可以根據不同天線伺服系統的參數進行設置，方法靈活、實用。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發明的方法流程圖；
[0037]圖2為本發明的驅動控制圖。
[0038]圖3為本發明的驅動控制與一般控制方法啟動Is時間內的比較圖。
【具體實施方式】
[0039]動中通(S0TM，Satcom On The Move)是“移動中的衛星地面站通信系統”的簡稱，其利用地球同步靜止衛星作為通信信號的中轉平臺，實現其覆蓋區域內的點到點、點到多點、多點到多點的實時通信。主要特點為:衛星覆蓋區域大，不受地域、距離等因素限制，專用傳輸信道，傳輸帶寬大，傳輸速率高；可實現遠程視頻圖像、伴音、電話以及數據傳輸。所述動中通包括天線、天線控制系統、慣導系統。
[0040]本發明提供了一種動中通尋星時天線方位軸的掃描控制方法，該方法首先在天線跟蹤載體運動的基礎上，通過加速過程驅動天線方位軸進行整圈掃描，并記錄衛星信號最強點；然后當再次掃描到衛星信號最強點時，啟動天線減速過程進行減速；最后當天線減速到預定速率后，設置天線反向轉動過程，控制天線反向轉動到衛星信號最強點，完成天線方位軸尋星時的掃描驅動控制。該方法解決了天線急起急停瞬間導致的系統不穩定問題，并通過實施有效地衛星最大信號的判斷機制，實現了天線方位軸尋星時的掃描控制。
[0041]如圖1所示，本發明方法步驟如下:
[0042](1)設置天線方位軸角度fYaw、驅動角速率fStep和控制周期T，初值均為零；設置控制狀態為加速搜索狀態；
[0043]天線的控制狀態包括加速狀態、減速狀態和反轉狀態，加速狀態是指天線從零速開始達到最大角速率的加速過程；減速狀態是指天線從最大角速率開始逐漸減速到零速狀態的過程，反轉狀態是指天線從減速到零速狀態開始，反轉加速到預定角速率的過程。
[0044](2)控制周期T開始