车载卫星天线自动对星控制系统的研制

论文摘要

随着卫星通信事业的快速发展,以及卫星通信具有覆盖区域大、通信稳定、信号质量好等优点,使其在军事、公安、气象、广电等领域中得到了广泛的应用。卫星天线是卫星通信系统中不可或缺的组成部分,对卫星天线伺服控制系统进行研究具有非常重要的意义。本文以车载卫星天线自动对星控制系统研制为背景,通过对现有天线控制系统进行了深入的研究和分析,提出了采用直流电机驱动方案。在综合运用GPS、电子罗盘、倾角仪等现代传感器的基础上,设计了以ATmegal280为微处理器的全自动车载卫星天线伺服控制器。首先,本文探讨了天线转台姿态的影响,给出了以空间坐标变换理论求解卫星跟踪角度的计算公式。其次,阐述了步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪等常见的卫星跟踪技术,并分析比较了各种方式的优缺点。在讨论了系统组成及工作原理的基础上,对系统进行了具体工程实现。详细介绍了GPS、电子罗盘、数字高频头、信标接收机、直流电机驱动、按键、显示、通信等关键硬件电路设计。软件设计采用模块化和层次化结构,实现了系统一键对星功能。通过多项环境试验和大量的车载试验表明,本文研制的系统是可行和有效的,基本达到了方案设计要求,满足了在不同条件下快速准确对准卫星,确保了卫星通信系统的正常工作。并且本系统还应用在应急通信指挥车系统中,经实际使用情况看,系统具有可靠的稳定性和较高的跟踪精度,这是一次低成本自动控制成功的尝试,具有较高的使用价值和推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究主要内容
• 第二章 天线跟踪
• 2.1 卫星跟踪角度
• 2.1.1 坐标系的定义
• 2.1.2 地理坐标系中的方位角和俯仰角计算
• 2.1.3 坐标系变换矩阵
• 2.1.4 载体坐标系中的方位角和俯仰角计算
• 2.2 卫星跟踪技术
• 2.2.1 程序跟踪
• 2.2.2 步进跟踪
• 2.2.3 圆锥扫描
• 2.2.4 单脉冲跟踪
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 系统组成与工作原理
• 3.2 微处理器模块
• 3.3 GPS
• 3.4 电子罗盘
• 3.5 倾斜角
• 3.6 卫星跟踪信号
• 3.6.1 载波方式
• 3.6.2 信标方式
• 3.7 电机驱动及保护
• 3.8 人机交互模块
• 3.8.1 本地模式
• 3.8.2 远程模式
• 3.9 角度模拟量
• 3.10 限位开关量
• 3.11 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 软件编程平台介绍
• 4.1.1 ICC编程环境
• 4.1.2 AVR Studio 调试环境
• 4.2 软件总体架构
• 4.3 数据采集处理模块
• 4.3.1 GPS模块
• 4.3.2 电子罗盘模块
• 4.3.3 信标机模块
• 4.3.4 数字高频头模块
• 4.4 对星控制模块
• 4.4.1 粗对星
• 4.4.2 搜索锁定
• 4.4.3 信号跟踪
• 4.5 系统设置模块
• 4.5.1 方位角度的校准
• 4.5.2 极化角度的校准
• 4.5.3 电子罗盘校准
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统调试及实验结果
• 5.1 系统调试
• 5.2 实验内容
• 5.2.1 实验一
• 5.2.2 实验二
• 5.2.3 实验三
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 正确读取及显示传感器数据
• 5.3.2 完成对准的不同卫星
• 5.3.3 在天线不同状态下完成对星
• 5.3.4 在不同地理位置下完成对星
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文