船载“动中通”定向天线控制系统的研究与开发

论文摘要

本文论述了船载“动中通”定向天线控制系统的研究和开发过程。该系统用于某海警巡逻舰船与海岸陆地站间的微波通信。系统采用“动中通”技术实现定向天线的指向控制,代替原有的全向天线,增加了通讯距离,降低了发射功率。文章首先介绍了系统的基本组成和工作原理,分析了影响天线目标指向的因素和影响程度,论证了系统采用一维转台结构的可行性,推导了定向天线目标指向的计算公式。确定了系统的总体设计方案。然后对各功能子系统的工程设计开发情况进行了详细论述。根据传感器测量原理和具体试验数据,分析了各传感器的误差来源,提出了有效的数据处理方法和误差补偿办法,实现多传感器的组合姿态测量,设计了相应的姿态测量子系统。开发了用于人机对话的操作平台子系统。研究了高可靠性多串行通信的软硬件设计方法,制定了通信协议,开发了系统主控程序,实现了各子系统的协调运作和天线目标指向的计算。合理选择了转台控制元件,采用电机位置反馈和天线转台零位检测相结合的方式,设计了转台控制子系统,实现了天线指向的精确控制和准确定位。最后详细论述了项目中涉及到的几个关键技术:组合姿态测量技术、多串行通信可靠性设计、步进电机指数曲线升降速控制算法和光电编码器输出信号可靠采集设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和来源
• 1.2 “动中通”技术的发展现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 船载“动中通”定向天线控制系统组成方案
• 2.2 系统坐标系
• 2.3 转台和天线
• 2.4 姿态测量子系统
• 2.5 操作平台子系统
• 2.6 主控子系统
• 2.7 转台控制子系统
• 2.8 小结
• 第三章 姿态测量子系统
• 3.1 概述
• 3.2 全球定位系统（GPS）
• 3.2.1 GPS 姿态测量原理
• 3.2.2 GARMIN 的GPS 接收机OEM 板
• 3.2.3 NMEA0183 协议
• 3.2.4 GP515L 接收机测试数据的分析处理
• 3.3 倾角传感器
• 3.3.1 倾角传感器原理
• 3.3.2 ZC-TD 型倾角传感器
• 3.3.3 测试数据分析处理
• 3.4 电子罗盘
• 3.4.1 电子罗盘工作原理
• 3.4.2 ZCC-D-I-TTL 型电子罗盘
• 3.4.3 电子罗盘测量误差影响因素分析
• 3.5 子系统实现
• 3.6 小结
• 第四章 操作平台子系统
• 4.1 概述
• 4.2 子系统硬件设计
• 4.2.1 看门狗电路
• 4.2.2 按键
• 4.2.3 LCD 显示模块
• 4.2.4 485 总线接口
• 4.3 子系统通讯协议
• 4.4 子系统软件开发
• 4.5 小结
• 第五章 主控子系统
• 5.1 概述
• 5.2 硬件设计
• 5.2.1 串口扩展电路
• 5.2.2 串口切换电路
• 5.2.3 TTL-R5232 电平转换电路
• 5.3 通讯协议
• 5.4 软件设计
• 5.4.1 程序流程
• 5.4.2 单片机中三角函数运算的实现
• 5.5 小结
• 第六章 转台控制子系统
• 6.1 概述
• 6.2 转台结构介绍
• 6.3 转台控制部件的选择
• 6.3.1 步进电机及驱动器选择
• 6.3.2 位置检测元件选择
• 6.4 转台控制子系统硬件设计
• 6.4.1 四倍频及判向电路
• 6.4.2 脉冲计数器和方波发生器
• 6.4.3 零位检测
• 6.5 转台控制子系统软件设计
• 6.6 小结
• 第七章 关键技术研究
• 7.1 组合姿态测量技术
• 7.1.1 倾角传感器对电子罗盘的角度干扰补偿
• 7.1.2 GPS 对电子罗盘的磁场干扰补偿
• 7.1.3 电子罗盘对 GPS 的航向角补偿
• 7.2 多串行通信可靠性设计
• 7.2.1 数据校验
• 7.2.2 数据接收中断处理
• 7.3 步进电机指数曲线升降速控制算法
• 7.3.1 升降速控制曲线选择
• 7.3.2 指数型升降速曲线
• 7.3.3 单片机系统中指数型升降速控制的实现
• 7.4 光电编码器输出信号可靠采集设计
• 7.4.1 计数误差产生原因
• 7.4.2 换向判断依据分析和电路图
• 7.5 小结
• 第八章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果