学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

车载相控阵天线跟踪控制系统的设计实现

作　者: 黎红平
导　师: 屈卫东
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 相控阵天线跟踪系统机扫和相扫 MEMS陀螺仪步进跟踪
分类号: TN821.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 97次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来采用相控阵天线的车载跟踪控制系统得到越来越广泛的应用,在大型活动新闻采访,救灾抢险现场报道,反恐现场等活动中,车载卫星天线以体积小,成本低,智能化,可靠性高,维护简单等特点备受青睐。为了使表征天线品质的参数满足特定的需要,人们往往把多个天线组合在一起应用,这种按一定规则排列和特殊激励,得到预定特性的若干个阵列单元(简称阵元)组成的天线称为阵列天线或者天线阵。最初在通信领域人们通过改变阵元激励信号的相位达到改变天线阵方向图波束指向的目的,从而相控阵天线应运而生。安装在运动载体上的相控阵天线将受到两种干扰使天线的轴线偏离卫星,一是载体的角运动干扰,二是载体的长距离的线运动的干扰,使得天线的空间指向不断地发生变化,无法与卫星进行稳定的通讯。由于同步轨道通信卫星位于距离地球36000公里的赤道上空,因此长距离的线运动干扰与角运动干扰相比,其扰动作用显得微乎其微。为排除角运动干扰必须采用稳定系统隔离载体的运动,保持天线的空间指向在惯性空间不变始终对准同步卫星。为了保证车载卫星通信的畅通,克服车体的角扰动对车载天线的不利影响,根据系统工作的特点和控制的要求,本文提出了一种基于微机械惯性陀螺的车载相控阵天线跟踪控制系统的设计。由于系统采用了低成本的微机械陀螺传感器,降低了系统成本,可满足车载卫星通信即动中通的需求。首先,介绍了车载相控阵天线跟踪控制系统的组成和工作原理,从天线机械结构为两轴座架的特点出发,分析了各个执行机构(步进电机及其驱动器,直流电机及其驱动器)和传感器件(GPS接收机,磁罗盘,微机械陀螺仪,倾斜计,光电传感器)的安装特点,选取合适的CPU控制器,进行系统的总体方案设计。其次,根据系统稳定跟踪控制的总体设计,提出了相位扫描和机械扫描结合的算法,分析了天线稳定系统的坐标变换,给出了天线方位角和俯仰角的计算及初始对准的过程,并提出俯仰系统稳定算法克服水平方向的角速度扰动,提出方位系统稳定算法克服水平方向的角速度扰动,建立隔离角速度扰动的车载稳定平台,并在稳定平台的基础上提出了步进跟踪扫描算法和相位扫描算法,使相控阵天线运动过程中始终对准目标同步卫星并且接收的卫星信号始终最大。最后,介绍了系统的总体软件设计和各个模块的设计,分析了系统调试和运行中遇到的特殊情况及其处理,并针对初始对准寻星模块,移相算法和天线稳定模块进行了仿真。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-12
第一章绪论  12-17
  1.1 概述  12-14
  1.2 国内外研究进展  14-16
  1.3 本文的主要工作  16-17
第二章车载天线跟踪控制系统的总体设计  17-34
  2.1 车载天线跟踪控制系统概述  17-18
  2.2 天线机械结构的分类与选择  18-19
  2.3 车载天线跟踪控制系统的组成和工作原理  19-21
  2.4 CPU 板的选型  21-24
    2.4.1 PC104 介绍  21-22
    2.4.2 PC104 母板SDXpsb  22-24
    2.4.3 PC104 扩展板ADT652  24
  2.5 传感器的选型和安装  24-29
    2.5.1 全球定位系统和GPS 接收机  24-25
    2.5.2 惯性陀螺仪  25-26
    2.5.3 磁罗盘  26-27
    2.5.4 倾斜计  27-28
    2.5.5 光电传感器  28-29
  2.6 执行器的选型和安装  29-32
    2.6.1 步进电机电机及其驱动器的选型与安装  29
    2.6.2 直流电机及其驱动器的选型与安装  29-32
  2.7 其他的设备  32-33
    2.7.1 电源模块  32
    2.7.2 汇流环  32
    2.7.3 移相器  32-33
  2.8 本章小结  33-34
第三章系统稳定和跟踪控制算法  34-51
  3.1 天线稳定跟踪控制的总设计  34-36
    3.1.1 天线稳定跟踪控制的总框图  34-35
    3.1.2 机械扫描与相位扫描  35-36
  3.2 坐标系及坐标变换  36-39
    3.2.1 参考坐标系  36-37
    3.2.2 坐标转换  37-38
    3.2.3 天线方位角和俯仰角的计算  38-39
    3.2.4 天线指令角的计算  39
  3.3 移相算法  39-41
  3.4 初始对准捕获卫星信号  41-42
  3.5 车载稳定平台的建立  42-47
    3.5.1 俯仰系统稳定算法  43-44
    3.5.2 俯仰系统的kalman 算法  44-45
    3.5.3 方位系统稳定算法  45-47
  3.6 步进跟踪扫描  47-50
  3.7 本章小结  50-51
第四章车载天线跟踪控制系统的软件设计及调试  51-56
  4.1 系统整体的程序设计  51
  4.2 通讯模块的程序设计  51-53
  4.3 程序中的数据结构  53-54
  4.4 系统的调试  54-55
  4.6 本章小结  55-56
第五章车载天线跟踪控制系统的仿真  56-64
  5.1 初始对准寻星的仿真  56-57
  5.2 天线稳定模块的仿真  57-63
  5.3 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表的学术论文  71-72
附录相控阵天线跟踪控制系统实物图  72

车载相控阵天线跟踪控制系统的设计实现

内容摘要

全文目录

相似论文