[发明专利]一种天线自动跟踪对星控制装置和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线控制技术，特别是涉及一种用于移动或静止平台上的天线自动跟踪对星控制装置和方法。

背景技术

实现小型遥感飞机平台上“机-星-地”实时传输系统，需要在一系列关键技术问题上取得突破。机载卫星天线的实时自动跟踪控制就是其中的一个需要解决的问题。机载通信系统由于受到平台的体积、重量和功耗等种种条件的限制，为了保证数据通信链路的建立，必须采用高增益的定向天线。飞行平台的扰动、卫星的轨道摄动都对机载天线的实时跟踪有着重要的影响，由于天线跟踪指向偏差所引起的增益降低应控制在最小范围内。

天线伺服跟踪系统需要不断刷新当前GPS(Global Position System，全球定位系统)信息值，完成天线方位角、俯仰角的偏差计算，控制电机运转速率、方向和角度，使天线完成实时自动对星等一系列任务。天线自动跟踪对星的好坏，将直接关系到整个通讯链路的通信质量和收发数据的准确性。因此，天线跟踪控制技术是整个“机-星-地”通讯链路中的重要环节之一。

已有的技术，比如重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司开发的“动中通”移动通信系统，广泛应用在各种通讯指挥领域。该产品主要采用了高精度惯性仪表及高速计算机组成的捷联惯导系统，加上精密天线伺服系统构成。该产品能自动解算载体所处的地理坐标，实时测量载体运动状态，自动完成天线与卫星对准与跟踪。但该现有技术的明显缺点主要体现在以下几个方面：1、系统构造复杂，购买和维护成本太高；2、系统集成度高，不适于改造；3、该产品主要应用在各种车辆、轮船等移动载体中，无法应用到小型飞机或无人机等飞行器平台上使用。

为了实现应用方便、简单易行，又能满足天线对星跟踪精度，提高整个数据通信链路的质量，就需要开发一种改进的天线自动跟踪实时对星控制装置。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种可用于移动或静止平台上的天线自动跟踪对星控制装置和控制方法。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种天线自动跟踪对星控制装置，如图1所示，包括：

一天线1；

一罗盘设备2，与所述天线1的俯仰转轴绑定，获得当前所述天线的方位角和俯仰角信息，并把信息发送到一串口电路4；

一GPS接收设备3，用于实时接收当前所述天线所处地理位置的经纬度信息，并把信息发送到所述串口电路4；

一中央处理器5，所述串口电路4与该中央处理器5连接，用于接收GPS和罗盘信息、数据处理和发出控制信号；

至少一个驱动器通过数模转换电路连接到所述中央处理器5，用于驱动天线1的电机旋转，输出合适的力矩，控制整个天线1的正常运转。

一个电源(图中未示出)，用于为各部件供电。

进一步地，所述串口电路4，与所述罗盘设备2、GPS接收设备3相连，用于同时独立接收罗盘和GPS信息，并以触发中断的方式把信息转发到中央处理器5；

进一步地，包括第一数模转换电路6与所述中央处理器5连接，把中央处理器输出的方位向数字调节力矩转换为模拟信号，第二数模转换电路7与所述中央处理器5连接，把中央处理器输出的俯仰向的数字调节力矩转换为模拟信号；第一驱动器8与所述第一数模转换电路6相连接，用于控制天线方位向的运转角度，第二驱动器9与所述第二数模转换电路7相连，用于控制天线俯仰向的运转角度。

进一步地，所述驱动器是交流伺服电机驱动器。

进一步地，还包括至少一个数据存储器(图中未示出)，与所述中央处理器1连接，用于存储接收到的罗盘和GPS数据。

本发明的用于天线自动跟踪对星控制装置的工作过程为：上电后，中央处理器5初始化内部变量、串口电路波特率、输入输出(InOut，简称IO)口输出电平，同时初始化定时计数器定时参数和工作方式，打开外部中断和定时中断，等待GPS数据和罗盘信息输入；收到GPS有效数据后，计算当前天线对星时其俯仰角和方位角需指向的理论角度，并根据当前读取的罗盘数据，计算出天线此时方位角和俯仰角与理论值的位置差，即实际应转动的角度，然后调节力矩输出，设定当前电机的目标转速，驱动天线跟踪运转，使天线方位角和俯仰角角度与理论值的位置差在设定门限范围内。偏差角度越大，电机转速也越大。随着天线位置偏差角度的逐渐缩小，电机转速也逐渐降低，直至趋近于零。此为一次完整跟踪控制过程，然后再次读取GPS数据，再次计算当前天线对星理论角度，准备做下一次跟踪调节。

一种天线自动跟踪控制方法，包括如下步骤：

1)系统初始化；