移动载体卫星通信系统天线跟踪技术的研究

论文摘要

天线稳定跟踪技术是“动中通”系统的关键技术,其核心问题是天线对卫星的初始对准和自动跟踪。初始对准是自动跟踪的前提,自动跟踪需要初始对准来找到并对准卫星;自动跟踪是对初始对准成果的维持。在没有卫星信号的情况下,天线初始对准是在陀螺稳定的基础上,利用GPS和电子罗盘提供的数据,求出载体坐标系中卫星的方位角和俯仰角,控制天线运动到卫星附近,完成捕获并对准卫星的目的。本文通过编程,解析并处理了GPS和电子罗盘数据,完成了卫星的方位角和俯仰角的解算,实现对卫星的对准。自动跟踪技术包括圆锥扫描和步进跟踪。本文对两种技术都进行了研究,并探讨了工程实现方法。首先在研究了圆锥扫描原理的基础上,通过编程实现天线运动出圆锥轨迹,达到自动跟踪的目的。其次研究了步进跟踪技术,采用了新的步进跟踪算法,并进行了两种步进跟踪算法的仿真和比较,得出新步进跟踪算法可以按照最优路径对卫星跟踪的结论。接着开发了步进跟踪程序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文研究的内容
• 第二章 系统工作原理及总体组成
• 2.1 引言
• 2.2 天线稳定跟踪原理
• 2.2.1 天线稳定原理
• 2.2.2 天线跟踪原理
• 2.3 系统的总体结构
• 2.3.1 系统总体组成
• 2.3.2 系统天线座结构
• 2.3 系统工作过程
• 2.3.1 初始对准技术
• 2.3.2 自动跟踪技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 初始对准技术
• 3.1 坐标系
• 3.2 天线指向算法
• 3.2.1 地理坐标系中方位角和俯仰角的计算
• 3.2.2 姿态矩阵
• 3.2.3 载体坐标系中方位角和俯仰角的计算
• 3.3 全球定位系统GPS
• 3.3.1 GPS系统组成
• 3.3.2 GPS定位原理
• 3.3.3 GPS的误差
• 3.3.4 NMEA0183协议
• 3.3.5 GPS的数据处理
• 3.4 电子罗盘
• 3.4.1 电子罗盘工作原理
• 3.4.2 电子罗盘的数据处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 圆锥扫描原理及实现
• 4.1 引言
• 4.2 天线
• 4.2.1 天线基础和辐射方向性图
• 4.2.2 天线技术参数
• 4.3 圆锥扫描原理
• 4.4 误差角度的提取
• 4.5 圆锥扫描轨迹的实现
• 4.5.1 天线圆锥轨迹推导
• 4.5.2 圆锥轨迹的仿真及验证
• 4.6 圆锥扫描的程序开发
• 4.6.1 误差角的程序实现
• 4.6.2 圆锥轨迹的程序开发问题
• 4.7 本章总结
• 第五章 步进跟踪技术
• 5.1 步进跟踪原理和存在问题
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 载体移动对步进跟踪的影响
• 5.2 二维的步进跟踪
• 5.2.1 二维步进跟踪的工作过程
• 5.2.2 二维步进跟踪的平衡状态
• 5.2.3 二维步进跟踪算法的改进
• 5.3 二维步进跟踪算法的仿真
• 5.3.1 步进跟踪算法仿真
• 5.3.2 算法仿真的比较
• 5.4 步进跟踪的程序开发
• 5.4.1 初始搜索
• 5.4.2 步进跟踪
• 5.4.3 系统程序
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果