CN101819443B - 海上平台卫星通信站自跟踪控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，包括卫星接收系统以及分别对天线的方位和俯仰角度进行驱动调整的方位驱动装置和俯仰驱动装置，还包括控制处理单元和根据控制处理单元的处理结果分别对方位驱动装置与俯仰驱动装置进行控制的驱动控制单元，控制处理单元与卫星接收系统中的信标接收机相接，信标接收机为平台移动量检测单元且其输出信号为天线信标信号强度的VAGC电压信号，信标接收机、控制处理单元和驱动控制单元组成一自跟踪闭环控制系统。本发明设计合理、接线方便、对现有卫星跟踪系统改进小且费用低、使用效果好，能依据VAGC电压变化情形检测出天线平台慢移情况并相应完成自调节跟踪过程，使天线始终跟踪卫星。
Description
技术领域
本发明属于慢移动平台上卫星通信站对卫星的自跟踪控制技术领域，尤其是涉及一种海上平台卫星通信站自跟踪控制系统。
背景技术
随着卫星通信事业的发展，国际国内卫星通信业务不断增加，各种不同用途的卫星通信地球站随处可见，建于海上平台的卫星通信地球站，由于海上平台作业的需要，海上平台(即天线平台)要经常慢移动，致使卫星天线无法准确对准卫星，难以接收卫星信号，影响天线平台与岸上指挥中心间的正常通信。天线平台上的卫星天线属于固定手动天线，方位和俯仰角都是一次调试成功，固定后不再变动，所以海上平台有慢移时都会给卫星通信造成影响。基于上述原因，解决海上平台上天线跟踪卫星的方法主要有增加方位与俯仰差通道接收机并改造驱动机构将海上平台变为转动的自跟踪系统或者动中通卫星通信地球站，但是上述两种方式做起来价格都很昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其设计合理、接线方便、对现有卫星跟踪系统改进小且费用低、使用效果好，能依据VAGC电压变化情形检测出天线平台慢移情况并相应完成自调节跟踪过程，使天线始终跟踪卫星。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，包括卫星接收系统以及分别对卫星通信天线的方位和俯仰角度进行驱动调整的方位驱动装置和俯仰驱动装置，其特征在于：还包括控制处理单元和与控制处理单元相接且根据控制处理单元的处理结果分别对所述方位驱动装置与所述俯仰驱动装置进行控制的驱动控制单元，所述控制处理单元与卫星接收系统中的信标接收机相接，驱动控制单元分别与所述方位驱动装置和俯仰驱动装置相接，所述信标接收机为对所述卫星通信天线所处天线平台的移动量进行实时检测的平台移动量检测单元，所述信标接收机的输出信号为所述卫星通信天线信标信号强度的VAGC电压信号，且所述信标接收机、控制处理单元和驱动控制单元组成一个自跟踪闭环控制系统。
所述控制处理单元包括与信标接收机相接且对所述VAGC电压信号进行模数转换的转换误差检测电路板、与转换误差检测电路板相接的中央处理器和与中央处理器相接的存储器；所述存储器用于存储所述VAGC电压信号变化量与所述卫星通信天线偏离目标量的偏离值间的对应关系表，并对所述中央处理器的中间处理结果进行暂存；所述中央处理器用于对转换误差检测电路板所输出的数字信号进行差分比较，同时调用存储器中的所述对应关系表且将差分比较结果与所述对应关系表进行综合分析得出此时卫星通信天线偏离目标量的偏离值并向驱动控制单元输出控制信号。
所述转换误差检测电路板包括与信标接收机相接的电压滤波电路、与电压滤波电路相接的A/D转换及编码电路、与A/D转换及编码电路相接的数字信号驱动器和与A/D转换及编码电路相接的时钟电路。
所述驱动控制单元包括驱动信号形成器和与所述驱动信号形成器相接的驱动机构调速变频器，所述驱动信号形成器包括对所述控制处理单元所输出的控制信号进行识别的输入信号识别电路和根据输入信号识别电路所输出的识别结果将所述控制信号转换为对应控制脉冲电压信号的驱动信号形成单元，所述驱动信号形成单元与输入信号识别电路相接；所述驱动机构调速变频器为分别与所述方位驱动装置和俯仰驱动装置相接的方位变频调速装置和俯仰变频调速装置，所述驱动信号形成单元分别与方位变频调速装置和俯仰变频调速装置相接。
所述中央处理器为芯片MSM486SV。
所述存储器为存储器芯片DOC-32M-X，所述A/D转换及编码电路为芯片EAD1612。
所述方位变频调速装置为VFD007E21A变频器，所述俯仰变频调速装置为VFD015E21A变频器。
还包括串接在信标接收机和控制处理单元间的自跟踪启动装置。
所述自跟踪启动装置为按键式开关，所述控制处理单元和驱动控制单元安装在一个控制机箱内且所述按键式开关安装在所述控制机箱的机箱前面板上。
所述中央处理器与转换误差检测电路板和存储器间通过RS485通信网络进行通信。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且接线方便，制作成本低，使用操作简便。
2、设计合理且使用效果好，将本发明接入卫星通信站的接收支路构成自跟踪闭环系统，与传统的自跟踪系统比较，减少了方位、俯仰接收机通道，可以满足如海上平台这种有慢移动平台站对通信卫星的自跟踪控制，其工作原理是：海上平台卫星通信站安装成功，建立正常通信业务后，启动自跟踪启动装置，中央处理器录入当前，信标接收机输出的VAGC电压(最大值)存入存储器；当海上平台有慢移动时，信标接收机输出的VAGC电压降低，当信标接收机输出的VAGC电压降低到一定程度时，中央处理器产生控制信号，经驱动信号形成器与方位/俯仰变频调速装置后产生驱动天线转动所需的驱动信号，驱动方位/俯仰电机转动，使天线转动对准卫星，同时使信标接收机输出的VAGC电压达到最大值，停止驱动天线，如此反复检测、判断与控制，达到天线自跟踪卫星的目的。
3、改进少且费用低，利用原有的方位、俯仰驱动装置和卫星接收系统，解决了海上平台天线对通信卫星的自动跟踪控制，能较好地实现有慢移动的卫星通信站对星的自跟踪控制，而且原有系统不作改变，操作方便，价格上大大低于动中通和增加差通道接收机的费用。
4、智能化程度高，本发明不用人工操作，能依据VAGC电压变化检测到天线慢移情况，完全自调节跟踪，使天线始终跟踪卫星。
综上所述，本发明设计合理、接线方便、对现有卫星跟踪系统改进小且费用低、使用效果好，能依据VAGC电压变化情形检测出天线平台慢移情况并相应完成自调节跟踪过程，使天线始终跟踪卫星。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
图2为本发明的电路框图。
图3为本发明所适用卫星通信天线的天线波束宽度示意图。
图4为本发明转换误差检测电路板的电路框图。
图5为本发明驱动信号形成器的电路框图。
附图标记说明：
1-卫星接收系统； 1-1-信标接收机； 2-控制处理单元；
2-1-转换误差检测电路 2-11-电压滤波电 2-12-A/D转换及编码
板； 路； 电路；
2-13-数字信号驱动器； 2-14-时钟电路； 2-2-中央处理器；
2-3-存储器； 3-驱动控制单元； 3-1-驱动信号形成器；
3-11-输入信号识别电路；3-12-驱动信号形 3-2-方位变频调速装
成单元； 置；
3-3-俯仰变频调速装置； 4-按键式开关； 5-天线驱动装置。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括卫星接收系统1以及分别对卫星通信天线的方位和俯仰角度进行驱动调整的方位驱动装置和俯仰驱动装置，还包括控制处理单元2和与控制处理单元2相接且根据控制处理单元2的处理结果分别对所述方位驱动装置与所述俯仰驱动装置进行控制的驱动控制单元3，所述控制处理单元2与卫星接收系统1中的信标接收机1-1相接，驱动控制单元3分别与所述方位驱动装置和俯仰驱动装置相接，所述信标接收机1-1为对所述卫星通信天线所处天线平台的移动量进行实时检测的平台移动量检测单元，所述信标接收机1-1的输出信号为所述卫星通信天线信标信号强度的VAGC电压信号，且所述信标接收机1-1、控制处理单元2和驱动控制单元3组成一个自跟踪闭环控制系统。所述方位驱动装置和俯仰驱动装置分别为对所述卫星通信天线的方位轴和俯仰轴进行驱动的方位驱动电机和俯仰驱动电机，且所述方位驱动装置和俯仰驱动装置合称为天线驱动装置5。
本实施例中，所述控制处理单元2包括与信标接收机1-1相接且对所述VAGC电压信号进行模数转换的转换误差检测电路板2-1、与转换误差检测电路板2-1相接的中央处理器2-2和与中央处理器2-2相接的存储器2-3。所述存储器2-3用于存储所述VAGC电压信号变化量与所述卫星通信天线偏离目标量的偏离值间的对应关系表，并对所述中央处理器2-2的中间处理结果进行暂存。所述中央处理器2-2用于对转换误差检测电路板2-1所输出的数字信号进行差分比较，同时调用存储器2-3中的所述对应关系表且将差分比较结果与所述对应关系表进行综合分析得出此时卫星通信天线偏离目标量的偏离值并向驱动控制单元3输出控制信号。所述中央处理器2-2与转换误差检测电路板2-1和存储器2-3间通过RS485通信网络进行通信。
如图4所示，所述转换误差检测电路板2-1包括与信标接收机1-1相接的电压滤波电路2-11、与电压滤波电路2-11相接的A/D转换及编码电路2-12、与A/D转换及编码电路2-12相接的数字信号驱动器2-13和与A/D转换及编码电路2-12相接的时钟电路2-14。
所述驱动控制单元3包括驱动信号形成器3-1和与所述驱动信号形成器相接的驱动机构调速变频器。结合图5，所述驱动信号形成器3-1包括对所述控制处理单元2所输出的控制信号进行识别的输入信号识别电路3-11和根据输入信号识别电路3-11所输出的识别结果将所述控制信号转换为对应控制脉冲电压信号的驱动信号形成单元3-12，所述驱动信号形成单元3-12与输入信号识别电路3-11相接。所述驱动机构调速变频器为分别与所述方位驱动装置和俯仰驱动装置相接的方位变频调速装置3-2和俯仰变频调速装置3-3，所述驱动信号形成单元3-12分别与方位变频调速装置3-2和俯仰变频调速装置3-4相接。
所述中央处理器2-2为芯片MSM486SV。所述存储器2-3为存储器芯片DOC-32M-X，所述A/D转换及编码电路2-12为芯片EAD1612。所述方位变频调速装置3-2为VFD007E21A变频器，所述俯仰变频调速装置3-3为VFD015E21A变频器。同时，本发明还包括串接在信标接收机1-1和控制处理单元2间的自跟踪启动装置。所述自跟踪启动装置为按键式开关4，所述控制处理单元2和驱动控制单元3安装在一个控制机箱内且所述按键式开关4安装在所述控制机箱的机箱前面板上。
实际使用过程中，卫星地球站工作后，启动“自跟踪启动开关”即按键式开关4，使海上平台卫星通信站处于闭环自跟踪状态：首先，转换误差检测电路板2-1将信标接收机1-1输出的VAGC电压模拟量信号(将最大值为6V)转换为数字信号，并用8位二进制编码数字信号表示出来，系统可检测到VAGC电压的变化值为0.024V电压，对应天线接收波束半功率宽度为1°(天线在半功率波束宽度内对准目标系统可视为正常通信状态)。本发明要求自跟踪精度为十分之一的波束宽度，即0.1°误差，当天线平台慢移动引起VAGC电压变化0.024V时，转换误差检测电路板2-1就可以检测出误差，表示天线增益的波束宽度如图3所示，其中G表示天线增益，A、E表示天线偏离的角度。
实际控制时，天线平台慢移动为正偏离或反偏离，所以误差检测的范围为+0.5°或-0.5°，天线偏离使接收到的信号强度降低，信号强度的降低直接反映VAGC电压的降低，从而可得出VAGC电压与天线增益的对应关系为：天线每偏离0.1°，VAGC电压降低0.5V，转换误差检测电路板2-1可以得到近21个分层值的误差数字信号，据跟踪要求，天线平台慢移达到0.1°时本发明就进行自跟踪调整，当天线偏离目标0.1°时可得到4个分层值的检测信号，转换误差检测电路板2-1每秒可采样10组VAGC电压，且进行A/D转换后送至中央处理器2-2。
所述存储器2-3的功能主要是：每次卫星通信地球站安装结束后，一是较详细地测试一组VAGC电压信号，并将天线偏离目标值的偏离量对应的VAGC电压数据表存入存储器2-3中以备“中央处理器2-2”调用；二是中央处理器2-2在控制处理过程中的中间结果，并暂存入存储器2-3。上述天线偏离目标值的偏离量与VAGC电压的对应关系表，以VAGC电压变化对应的天线偏离0.03°的角度变化量为一组，分别对天线方位改变、俯仰改变和方位、俯仰同时改变三种状态进行测试，一直测试到波瓣宽度为2°(即半功率波束宽度扩大一倍)时的对应关系表赋予地址，并存入存储器2-3。
所述中央处理器2-2的工作过程是：首先，对转换误差检测电路板2-1传送来的VAGC数字信号进行合理性检查并进行数字滤波和平滑处理后，采用差分计算方法对每10组数据进行分析处理并相应确定需输出方位、俯仰的控制量，并与预先存储在存储器2-3中的所述对应关系表进行比较，最终求得驱动天线运转的控制信号(该信号包括方位、俯仰的地址信号和控制量信号，此信号均为数字信号)。之后，所述中央处理器2-2将所输出的控制信号送至输入信号识别电路3-11进行识别，识别出此控制信号中的方位控制信号和俯仰控制信号并相应分别馈入驱动信号形成单元3-12中的方位驱动控制信号形成单元和俯仰驱动控制信号形成单元，且转换成相应的控制脉冲电压。随后，所述驱动信号形成单元3-12将转换成的控制脉冲电压信号分别送至方位变频调速装置3-2和俯仰变频调速装置3-4，通过方位变频调速装置3-2和俯仰变频调速装置3-4对安装在天线方位轴和俯仰轴上的驱动调速电机(即方位驱动电机和俯仰驱动电机)进行控制，使方位驱动电机和俯仰驱动电机转动并驱动天线运转对准目标。
本实施例中，所述中央处理器2-2单独安装在一个PCB电路板上，存储器2-3单独安装在一个PCB电路板上，转换误差检测电路板2-1单独安装在一个PCB电路板上，驱动信号形成器3-1单独安装在一个PCB电路板上且其通过RS232接口与中央处理器2-2进行通信，所述方位变频调速装置3-2(主要用于将输入的方位脉冲控制信号转换为控制方位驱动电机的频率随脉冲特性变化的交流信号并控制天线方位转动)单独安装在一个PCB电路板上，所述俯仰变频调速装置3-4(主要用于将输入的俯仰脉冲控制信号转换为控制俯仰驱动电机的频率随脉冲特性变化的交流信号并控制天线俯仰转动)单独安装在一个PCB电路板上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，包括卫星接收系统(1)以及分别对卫星通信天线的方位和俯仰角度进行驱动调整的方位驱动装置和俯仰驱动装置，其特征在于：还包括控制处理单元(2)和与控制处理单元(2)相接且根据控制处理单元(2)的处理结果分别对所述方位驱动装置与所述俯仰驱动装置进行控制的驱动控制单元(3)，所述控制处理单元(2)与卫星接收系统(1)中的信标接收机(1-1)相接，驱动控制单元(3)分别与所述方位驱动装置和俯仰驱动装置相接，所述信标接收机(1-1)为对所述卫星通信天线所处天线平台的移动量进行实时检测的平台移动量检测单元，所述信标接收机(1-1)的输出信号为所述卫星通信天线信标信号强度的VAGC电压信号，且所述信标接收机(1-1)、控制处理单元(2)和驱动控制单元(3)组成一个自跟踪闭环控制系统；所述控制处理单元(2)包括与信标接收机(1-1)相接且对所述VAGC电压信号进行模数转换的转换误差检测电路板(2-1)、与转换误差检测电路板(2-1)相接的中央处理器(2-2)和与中央处理器(2-2)相接的存储器(2-3)；所述转换误差检测电路板(2-1)包括与信标接收机(1-1)相接的电压滤波电路(2-11)、与电压滤波电路(2-11)相接的A/D转换及编码电路(2-12)、与A/D转换及编码电路(2-12)相接的数字信号驱动器(2-13)和与A/D转换及编码电路(2-12)相接的时钟电路(2-14)；所述驱动控制单元(3)包括驱动信号形成器(3-1)和与所述驱动信号形成器相接的驱动机构调速变频器，所述驱动信号形成器(3-1)包括对所述控制处理单元(2)所输出的控制信号进行识别的输入信号识别电路(3-11)和根据输入信号识别电路(3-11)所输出的识别结果将所述控制信号转换为对应控制脉冲电压信号的驱动信号形成单元(3-12)，所述驱动信号形成单元(3-12)与输入信号识别电路(3-11)相接；所述驱动机构调速变频器为分别与所述方位驱动装置和俯仰驱动装置相接的方位变频调速装置(3-2)和俯仰变频调速装置(3-3)，所述驱动信号形成单元 (3-12)分别与方位变频调速装置(3-2)和俯仰变频调速装置(3-4)相接。
2.按照权利要求1所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：所述存储器(2-3)用于存储所述VAGC电压信号变化量与所述卫星通信天线偏离目标量的偏离值间的对应关系表，并对所述中央处理器(2-2)的中间处理结果进行暂存；所述中央处理器(2-2)用于对转换误差检测电路板(2-1)所输出的数字信号进行差分比较，同时调用存储器(2-3)中的所述对应关系表且将差分比较结果与所述对应关系表进行综合分析得出此时卫星通信天线偏离目标量的偏离值并向驱动控制单元(3)输出控制信号。
3.按照权利要求1或2所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：所述中央处理器(2-2)为芯片MSM486SV。
4.按照权利要求3所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：所述存储器(2-3)为存储器芯片DOC-32M-X，所述A/D转换及编码电路(2-12)为芯片EAD1612。
5.按照权利要求1或2所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：所述方位变频调速装置(3-2)为VFD007E21A变频器，所述俯仰变频调速装置(3-3)为VFD015E21A变频器。
6.按照权利要求1或2所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：还包括串接在信标接收机(1-1)和控制处理单元(2)间的自跟踪启动装置。
7.按照权利要求6所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：所述自跟踪启动装置为按键式开关(4)，所述控制处理单元(2)和驱动控制单元(3)安装在一个控制机箱内且所述按键式开关(4)安装在所述控制机箱的机箱前面板上。
8.按照权利要求2所述的海上平台卫星通信站自跟踪控制系统，其特征在于：所述中央处理器(2-2)与转换误差检测电路板(2-1)和存储器 (2-3)间通过RS485通信网络进行通信。
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| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SHAANXI OSAI COMMUNICATION SCIENCE + TECHNOLOGY CO Free format text: FORMER NAME: XI'AN OSAI COMMUNICATION SCIENCE + TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 710065 Shaanxi city of Xi'an province high tech Zone Road No. 89 Fenglin Oasis Park Building No. 9 room 10904 Genting Patentee after: SHAANXI XIOUSAI COMMUNICATION SCIENCE TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 710072, two hi tech Zone, Shaanxi, Xi'an Province, No. 61 is still 2 character Blue 2, No. 20210 Patentee before: Xi'an Osai Communication Science & Technology Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110810 Termination date: 20190422 |