车载“动中通”伺服控制系统的设计与实现

论文摘要

随着社会的进步和信息化技术的提高,人们对移动中通过卫星网络进行通信的需求越来越大,“动中通”技术孕育而生。运动状态下进行卫星通信的技术统称为“动中通”（COTM communications on the move）技术,该技术的核心是快速、稳定、可靠的伺服控制技术。其核心思想是要构造一个稳定平台,使运动载体上的天线能够不受外界扰动影响,始终保持天线的空间指向不变。伺服控制技术是当前车载“动中通”卫星通信系统应用领域的一大研究难点和热点。本文以车载“动中通”卫星通信系统伺服控制分系统的研制为背景,探讨了天线伺服控制系统的总体设计方案、硬件设计方案、软件设计方案,详细介绍了稳定与跟踪系统的设计与实现。在总体设计中,选择了方位—俯仰型天线转台作为本系统天线的转台,确定了系统的稳定和跟踪方式,并且对系统所需要的传感器和执行器进行了选型;在硬件设计中,提出了主控系统与驱动系统分别设计的基本思想。介绍了主控、驱动系统的基本原理与组成,对核心器件进行了选型,详细介绍了放大电路模块的控制理论和算法;在软件设计中,主要分为控制软件和监控软件两部分。在控制系统的软件主要介绍软件开发平台和各个主要模块的功能,监控系统软件主要介绍了监控系统的功能和作用;在稳定和跟踪分系统的设计与实现中,提出了双稳定体制的建立,详细介绍了模糊PID控制算法在稳定系统中的应用,并通过试验验证了其正确性,在跟踪系统的中,分别介绍了惯导指向跟踪方式与单脉冲跟踪方式的原理及各自特点,在此基础上本系统创新性的使用了惯导指向+单脉冲跟踪相互结合的混合跟踪方式对卫星信标进行跟踪,通过试验验证,具有良好的跟踪性能。通过多项环境试验和大量跑车试验表明,本系统具有优越的驱动性能,快速的系统响应能力,可靠的稳定性能和很高的跟踪精度,达到了设计的要求,满足在不同路况条件下准确跟踪目标卫星的使用条件,确保了卫星通信系统的正常工作。最后,针对系统调试和工作中存在的一些问题,给出了下一步的工作思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 车载"动中通"伺服控制系统的总体设计
• 2.1 车载"动中通"通信系统的组成与原理
• 2.2 天线机械结构的分类与选择
• 2.3 伺服控制系统的总体设计
• 2.3.1 伺服控制系统的组成与原理
• 2.3.2 稳定方式的分类与选择
• 2.3.3 跟踪方式的分类与选择
• 2.3.4 伺服控制系统的功能要求及主要技术指标
• 2.4 传感器的选型与安装
• 2.4.1 全球定位系统（GPS）接收机
• 2.4.2 惯性导航装置
• 2.4.3 旋转变压器
• 2.4.4 单轴速率陀螺
• 2.5 执行器的选型与安装
• 2.6 本章小结
• 第三章 车载"动中通"伺服控制系统的硬件设计
• 3.1 主控系统的设计
• 3.1.1 主控系统的组成与功能
• 3.1.2 核心器件的选型与安装
• 3.2 驱动系统的设计
• 3.2.1 驱动系统的组成与功能
• 3.2.2 核心器件的选型与安装
• 3.3 伺服控制系统的硬件调试
• 3.4 本章小结
• 第四章 车载"动中通"伺服控制系统的软件设计
• 4.1 伺服控制系统软件总体设计
• 4.1.1 系统软件编程的对策
• 4.1.2 系统软件的总体结构
• 4.2 控制系统的软件设计
• 4.2.1 控制系统软件开发平台介绍
• 4.2.2 控制系统软件设计
• 4.3 监控系统的软件设计
• 4.4 伺服控制系统的软件调试
• 4.5 本章小结
• 第五章 稳定与跟踪分系统设计与实现
• 5.1 稳定系统的设计与实现
• 5.1.1 双稳定体制的建立
• 5.1.2 模糊PID控制算法在稳定系统中的应用
• 5.2 跟踪系统的设计与实现
• 5.2.1 跟踪接收机分类
• 5.2.2 跟踪系统的建立
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录