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卫星便携站天线主动对星体系的设计与完成

作者:admin 公布日期: 2019-04-03 二维码分享

现在,在卫星便携站对星方面,通常依据公式盘算方位角和俯仰角的实际值,利用机器磁罗盘表现便携站天线的实践方位角和俯仰角,手动调解便携站天线完成对星。这种传统对星方法存在以下三个缺陷:


(1)由于方位角和俯仰角实际值公式是基于真北举行盘算的,而机器磁罗盘表现的是磁南方向,存在肯定的磁偏角,磁偏角随经纬度的差别,其值也差别,而且每年都产生变革,因而依据公式盘算的方位角和俯仰角的实际值与实践**对星值之间存在肯定的偏向;


(2)读取机器磁罗盘的时分,差别的操纵职员会发生差别读取偏差,通常会呈现±1°~±3°的读取偏差;


(3)接纳手动调解便携站天线对星的方法,对方位角和俯仰角的调解幅度不克不及做到**控制,这一点对窄波束便携站天线对星的影响尤为分明。


以上缘故原由招致传统对星方法存在找星难度大、对星耗时多、对星精度差的题目,这一题目在生疏地区体现尤为突出,严峻影响了卫星便携站的通讯效能。


针对传统对星方法存在的题目,本文提出了卫星便携站主动对星体系,该体系是一个附加在实装设置装备摆设上的主动对星东西,以PIC单片机为中心,经过收罗和处置GPS数据、方位俯仰传感器数据和卫星信号强度数据,控制高精度步进电机主动调解便携站天线方位角和俯仰角,从而完成疾速、主动、**对星。


1 相干研讨

在卫星便携站对星方面,文献提出了接纳GPS收罗便携站天文地位信息,经过公式盘算以后便携站方位角和俯仰角实际值,接纳传感器收罗便携站方位角和俯仰角的实践值,手动调解便携站方位角和俯仰角,经过比拟实际值和实践值完成帮助对星。

这些帮助对星方法的好处有两个:接纳GPS模块收罗天文地位信息,依据公式盘算便携站方位角和俯仰角的实际值,进步了服从;接纳传感器模块取代了机器磁罗盘,消弭了对星历程中的读取偏差。但,也存在两个缺陷:由于磁偏角的存在,招致盘算出的实际值并不是实践**对星值;仍旧接纳手动对星方法,对星精度不高,不克不及真正到达完全主动对星。

针对传统对星方法和帮助对星方法的不敷,本文提出了卫星便携站主动对星体系的设计方案,设计完成了卫星便携站主动对星体系。


2 总体设计

卫星便携站主动对星体系是一个附加在实装设置装备摆设上的主动对星东西,以PIC单片机为中心,经过收罗和处置GPS数据、方位俯仰传感器数据和卫星信号强度数据,控制高精度步进电机主动调解便携站天线方位角和俯仰角,从而完成疾速、主动、**对星。体系布局框图如图1所示。


3 硬件设计

体系硬件由单片机硬件和机器部件两局部构成。


3.1 单片机硬件设计

在单片机硬件设计上,选择Microchip公司消费的PIC18F97J60单片机作为主控制器组成硬件平台,使用其丰厚的内部接口高速处置才能,到达及时收罗数据、实时处置数据、疾速传输数据的目标;GPS、方位俯仰传感器、卫星信号强度收罗等模块均接纳RS 232接口,**了丈量数据精度和接口分歧性;步进电机驱动器依据单片机传来的PWM信号辨别控制方位步进电机和俯仰步进电机的转动巨细、转动偏向、脱机和锁定,步进电机动员机器局部活动,调解便携站天线的方位角和俯仰角,本设计接纳ZD-6560-V4型步进电机驱动器,具有三个调解细分数拨动开关,电机驱动器细分数越多,步进电机精度越高。单片机硬件局部毗连框图如图2所示。


3.2 机器部件设计

在机器部件设计上,接纳齿轮、丝杠等机器部件将步进电机与便携站天线毗连起来,从而完成了用步进电机控制便携站天线方位角和俯仰角调解的目标。机器部件设计模子如图3所示。


4 软件设计

卫星便携站主动对星体系软件是整个体系的控制中心,卖力收罗输出信号、对输出信号举行剖析处置、输入信号控制步进电机转动,以完成卫星便携站天线主动、疾速、**对星。

4.1 总体步伐设计

卫星便携站主动对星体系软件对GPS信息收罗模块、方位俯仰传感模块、卫星信号强度收罗模块传来的信息举行及时处置,并控制高精度步进电机转动,以动员便携站天线活动,完成主动对星。详细流程如下:起首依据GPS信息收罗模块收罗到的天文地位信息,依据公式盘算便携站天线方位角和俯仰角的实际值,并用磁偏角对方位角举行修正;然后将颠末修正实际值与方位俯仰传感模块收罗的便携站天线以后的方位角和俯仰角举行比力,控制高精度步进电机转动,从而完成大略对星历程;当大略对星历程完成后,再在一个较小的地区内控制步进电机举行扫描,并及时监测卫星信号强度收罗模块收罗到的卫星信号强度,当卫星信号强度到达.大的时分,完成**对星。软件总体流程框图如图4所示。

4.2 大略对星步伐设计

对星必要两个紧张参数:方位和俯仰。对星参数实际值的盘算必要依据便携站天线以后天文地位信息(经度、纬度)举行盘算,盘算公式如下:

设方位角为γ(方位角正南为0°),正角度为南偏西的度数,负角度为南偏东的度数;俯仰角为δ;ψ为卫星的经度;α为卫星便携站以后的经度;θ为卫星便携站以后的纬度。

由于依据公式盘算失掉的方位角实际值因此真北为尺度的,而方位角传感器的收罗值因此磁北为尺度的,因而收罗值和实际值之间存在一个差值,即磁偏角。盘算出的对星参数实际值必要依据磁偏角举行修正。依据IGRF2005地磁场模子,使用NOAA的NG-DC提供的磁偏角盘算步伐,用磁偏角对方位角举行修正。

便携站天线以后的方位角和俯仰角可以经过传感器间接收罗到,然后将收罗到的数据与修正过的实际值举行比力,决议步进电机的转动偏向和巨细,当步进电机按步伐转动完成后,再次收罗数据,反复上述步调,直到收罗值即是修正后的实际值为止。步进电机控制流程如图5所示。

4.3 **对星步伐设计

卫星信号强度收罗必要单片机与卫星信号强度收罗模块之间起首交互握手信息,然后发送信号强度指令收罗卫星信号强度,并保管收罗到的卫星信号强度信息与前一次卫星信号强度举行比力,先控制方位步进电机调解方位角,再控制俯仰步进电机调解俯仰角,完成**对星。**对星流程如图6所示。


5 结论

颠末利用证明:均匀对星工夫由原来不确定增加到2 min以内,对星工夫分明延长;对星精度较传统手工对星方法进步2~10 dB,对星精度分明进步。

卫星便携站主动对星体系是在实装设置装备摆设上添加的一个主动对星东西,体系不改动实装设置装备摆设的布局,只需在实装设置装备摆设上添加该体系,就可以做到实装设置装备摆设的疾速、主动、正确对星。体系接纳模块化的设计头脑,只需改换机器部件,就可以使用于差别范例的卫星便携站,使用范畴较大,适用性较强。

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