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基于ARM的毫米波天线自动对准平台系统云台单元设计

作　者: 邹春华
导　师: 陈维锋；郭勇
学　校: 成都理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 毫米波天线 μC/OS-II 嵌入式RISC处理器自动对准云台
分类号: TN928
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着现代作战系统对信息化要求越来越高,也对通信设备提出了更高的要求。毫米波通信由于其波瓣窄、频带宽、保密性强、抗干扰能力强,因而被广泛用于通信领域并越来越多地装备部队。但正是由于其毫米波波瓣窄﹑方向性强,导致天线对准困难,存在对通时间长,甚至难以对准的问题,不能满足快速反应的要求。因此,需要一种高效的毫米波天线自动对准装置,提高天线架装与对准速度,缩短天线架装与对准时间,确保毫米波通信链路建立的快速性与可靠性,以适应快速准确通信的需要。因此,本文将以××××毫米波接力机天线自动对准平台系统为应用背景,研制一种对准速度快、对准精度高、实时性强的毫米波天线自动对准平台系统云台单元,实现两天线快速准确对准,确保在较短时间内建立毫米波通信链路。本云台单元的设计从多任务处理和可靠性等角度出发,提出了一种基于ARM7的32位微处理器LPC2294和实时多任务操作系统μC/OS-II的步进电机控制云台的方法,将毫米波通信设备架装在云台单元上,从而使毫米波通信设备通过云台的转动快速对准。本论文的研究工作包含以下几个部分:1.介绍了毫米波天线对自动准平台系统云台单元(简称云台控制单元)的系统组成和功能原理;论证了系统的总体方案:将ARM7处理器与嵌入式实时操作系统(RTOS)相结合的方式对云台单元进行嵌入式控制系统设计;并确定了以LPC2294为核心处理器进行硬件设计,以RTOS内核μC/OS-II为软件平台进行软件设计。2.在对平台系统功能分析的基础上,确定了模块化的硬件设计方案;从功能原理和具体实现方法上对硬件系统各模块进行了说明。研究了ARM嵌入式微控制器系统的基础上,详细分析了LPC2294中央处理器的设计过程和系统电气控制部分的设计过程。3.考虑到系统功能复杂及对移动载体毫米波天线对准平台要求的提高,为了增加程序功能,减少死机或者程序跑飞等情况,研究了基于μC/OS-II嵌人式实时多任务操作系统应用软件平台,把各个系统功能划分为不同的任务。由操作系统来完成任务的调度以及任务之间的同步和通信,用中断来处理实时性要求强的异步事件,最终建立了云台控制单元的RTOS。4.通过对云台控制单元进行室内和室外联调试验,并对试验情况及关键指标进行了测试。测试结果验证了云台控制单元的各项功能和技术指标均能满足系统要求,能够在较短时间内稳定可靠地建立毫米波通信链路。本自动对准平台系统云台控制单元已经应用于毫米波通信设备的样机对通通信中,系统运转平稳,对准精度较高,架设时间短,从而大大缩短了毫米波通信设备的对准时间,在较短时间内建立毫米波通信链路。同时,该成果对促进我军宽带通信装备技术的研发提供了技术支持,也对工业控制领域中指向机构的应用具有参考价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-18
  1.1 论文研究的背景和意义  10-11
  1.2 天线对准平台的研究动态  11-14
    1.2.1 国外研究状况分析  11-13
    1.2.2 国内研究状况分析  13-14
  1.3 RTOS 的研究现状及应用前景  14-16
  1.4 论文的主要研究内容  16-18
第2章毫米波天线对准平台控制系统总体方案  18-28
  2.1 毫米波通信原理  18-20
  2.2 系统主要技术指标  20
  2.3 云台控制单元总体设计  20-22
    2.3.1 系统组成  21-22
    2.3.2 工作原理  22
  2.4 云台控制单元功能描述  22-24
  2.5 嵌入式控制系统平台选择  24-27
    2.5.1 嵌入式硬件平台选择  24-26
    2.5.2 嵌入式软件平台选择  26-27
  2.6 结论  27
  2.7 本章小结  27-28
第3章 ARM 嵌入式控制系统硬件设计与实现  28-41
  3.1 ARM 微处理器综述  28-30
  3.2 基于 ARM 的 LPC2294 微处理器简介  30-31
  3.3 电机驱动模块设计  31-32
  3.4 系统中央处理单元硬件实现  32-40
    3.4.1 LPC2294 微处理器电路  33-34
    3.4.2 电源电路部分  34-35
    3.4.3 JTAG 接口电路  35-36
    3.4.4 复位电路  36-37
    3.4.5 串口电路  37
    3.4.6 CAN 通信电路  37-38
    3.4.7 RAM 电路  38-39
    3.4.8 与外部连接电路  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章嵌入式系统软件设计  41-57
  4.1 UC/OS-Ⅱ的特点  41-42
  4.2 UC/OS-Ⅱ在 LPC2294 上的移植  42-51
    4.2.1 UC/OS-Ⅱ移植概述  42-43
    4.2.2 UC/OS-Ⅱ在 LPC2294 上移植的设计与实现  43-51
  4.3 任务划分与优先级的确定  51-53
  4.4 应用程序设计与实现流程  53-56
    4.4.1 应用程序流程  53-54
    4.4.2 主函数实现  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章系统试验验证  57-63
  5.1 室内联调试验  57-59
  5.2 室外联调试验  59-61
  5.3 本章小结  61-63
结论与展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-67
攻读学位期间取得学术成果  67

基于ARM的毫米波天线自动对准平台系统云台单元设计

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