CN106441361A - 一种移动式vsat天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，它以对准卫星时刻，即开始进行角速率陀螺积分，在积分过程中不要求实时对准卫星，当积分时间大于设定的补偿时间最小值时，再次进行是否对准卫星判断，如果对准卫星，则此段时间内的角速率陀螺零偏值即为积分值除以积分时间，对零偏值限幅处理；将计算结果迭加到陀螺反馈系统中。本方法并不需要实时稳定跟踪卫星即可进行角速率陀螺零偏的补偿，降低了角速率补偿的条件，更具使用性，补偿后的角速率陀螺在短时间内可以积分作为位置反馈，无需专门的位置反馈器件，降低了系统的硬件复杂性。此技术可以广泛应用于无船体罗经输入，又需要降低成本的系统。

Description

一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法

技术领域

本发明涉及一种陀螺动态消除零点偏移的方法，尤其涉及一种无航向罗经数据的VSAT天线方位陀螺动态消除零点漂移的方法，属于卫星通信领域。

背景技术

目前，海上渔船等民用船舶的通信主要采用短波雷达、海事卫星电话等设备，但短波雷达存在作用距离短、匹配性差等问题，海事卫星电话存在通话成本高的问题，而且目前的这些通信设备都无法实现图像视频传输。所以，在海上渔船中安装“动中通”设备，是解决目前海上渔船通信问题的重要手段。

“动中通”设备主要通过船载的VSAT天线与通信卫星进行信号交互实现通信，要求在海上运动过程中，VSAT天线能够准确对准卫星，因此，就要求提供准确的VSAT天线指向信息。一般而言，是通过对运动载体的航向信息进行坐标变换得到VSAT天线指向信息，但由于成本等因素的限制，目前在海上渔船等民用船舶上没有配备高精度的罗盘设备，导致无法提供准确的航向信息，继而无法使用传统的坐标变换方法得到VSAT天线指向信息。

申请人基于上述问题，考虑采用VSAT天线内部的方位陀螺提供载体运动过程中天线指向的偏离角度，继而根据得到的偏离角度控制天线重新指向卫星。

由于成本原因，目前采用的方位陀螺是MEMS角速率陀螺，其零偏值会有随机漂移，在不进行动态零偏补偿的情况下，会严重影响天线的跟踪性能。目前已有的角速率陀螺零偏补偿算法，需要天线始终对准卫星才能进行补偿。本方法仅需动中通天线本身接收机的AGC电平信号和锁定信号，并且在采集用于补偿的数据期间并不需要天线始终对准卫星，即可对角速率陀螺进行零偏补偿，有效提高了低成本陀螺补偿的条件，增加了补偿的实用性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，实现在民用船舶上采用低成本MEMS角速率陀螺提供准确的VSAT天线指向信息。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：当移动式VSAT天线对准卫星时，对角速率陀螺的输出角速度信号进行周期性采样并积分，积分值为：

其中t₀＝0

其中：v_i为第i次采集的角速率陀螺输出角速度信号；t_i为第i次采集角速率陀螺输出角速度信号的时间；N为积分时间段内对角速率陀螺的采样次数；

设置积分总时间最小值T，当积分时间达到T时，开始持续判断天线是否对准卫星并计时Δt，一旦判断天线对准卫星，则停止Δt计时，并进行下一步骤，当计时Δt达到设定的最大值ΔT_max时天线仍没有对准卫星，则清除计时和积分值，重新找星；

步骤2：计算角速率陀螺的零点偏移值v_z：

对得到的零点偏移值v_z进行限幅处理，得到限幅处理后的零点偏移值v_z'；

步骤3：对角速率陀螺的当前输出值v_o与限幅处理后的零点偏移值v_z'做减法处理，得到角速率陀螺用于控制的最终修正输出值：

v＝v_o-v_z′。

进一步的优选方案，所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：步骤2中零点偏移值的限幅值取角速率陀螺存在的最大零点偏移值的70％。

进一步的优选方案，所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：步骤1中采样周期小于角速率陀螺带宽对应周期的4倍。

进一步的优选方案，所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：步骤1中积分总时间最小值T为

其中：D为波瓣宽度，Q为角速率陀螺零偏补偿精度。

有益效果

本发明具有以下优点：

1、本方案有运算量小，实现简单，不需要增加硬件电路的优点；

2、补偿过程中无需一直对准卫星，只需要补偿起始点和结束点对准卫星即可，降低了角速率陀螺补偿的条件，增加了补偿的适用性；

3、无需方位位置传感器，经过补偿后的方位角速度率陀螺可以直接进行积分作为位置环反馈，短时间内可以满足位置闭环精度要求，扩展了角速率陀螺的应用范围，降低了VSAT系统的复杂性；

4、提高了系统的环境适应性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本方法的方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法包括以下步骤：

步骤1：当移动式VSAT天线对准卫星时，对角速率陀螺的输出角速度信号进行周期性采样并积分，积分值为：

其中t₀＝0

其中：v_i为第i次采集的角速率陀螺输出角速度信号；t_i为第i次采集角速率陀螺输出角速度信号的时间；N为积分时间段内对角速率陀螺的采样次数。

其中判断VSAT天线是否对准卫星的判断依据为：信标接收机输出的AGC电平达到峰值电平和锁定信号为锁定状态。

设置积分总时间最小值T，当积分时间达到T时，开始持续判断天线是否对准卫星并计时Δt，一旦判断天线对准卫星，则停止Δt计时，并进行下一步骤，当计时Δt达到设定的最大值ΔT_max时天线仍没有对准卫星，则清除计时和积分值，重新找星。

本实施例中，对角速率陀螺输出角速度信号进行周期性采样的采样周期小于角速率陀螺带宽对应周期的4倍，具体的为4毫秒。

而积分总时间最小值T应取决于要求的角速率陀螺零偏补偿精度。当波瓣宽度为D时，积分值I_θ的固有偏差最大值为D，若要求补偿精度为Q，则：

本实施例中积分总时间最小值T为120秒。

在积分过程中，并不要求实时对准卫星，在积分时间超过积分总时间最小值T后，进行是否对准卫星的再次判断，若再次对准卫星，则可认为这段时间内的积分值，是由于角速率陀螺的零偏造成的。而且每执行一次补偿，I_θ和积分时间均清零重新开始进行积分。

步骤2：计算角速率陀螺的零点偏移值v_z：

对得到的零点偏移值v_z进行限幅处理，得到限幅处理后的零点偏移值v_z'。

由于在t₀＝0时刻和t_N＝T+Δt时刻均为对准卫星，因此在这段时间内的积分值即可认为是角速率陀螺零偏的积分。

由于在积分过程中特别是初始对准过程中，并不是一直对准卫星的，所以不排除存在方位旋转360度后重新对准卫星的可能，同时角速率陀螺总会有一个最大的环境恶化零偏，因此需要对所述的零点偏移值v_z进行限幅处理得到限幅处理后的零点偏移值v_z'，限幅值取角速率陀螺存在的最大零点偏移值的70％。

步骤3：对角速率陀螺的当前输出值v_o与限幅处理后的零点偏移值v_z'做减法处理，得到角速率陀螺用于控制的最终修正输出值：

v＝v_o-v_z′。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：当移动式VSAT天线对准卫星时，对角速率陀螺的输出角速度信号进行周期性采样并积分，积分值为：

其中t₀＝0

其中：v_i为第i次采集的角速率陀螺输出角速度信号；t_i为第i次采集角速率陀螺输出角速度信号的时间；N为积分时间段内对角速率陀螺的采样次数；

设置积分总时间最小值T，当积分时间达到T时，开始持续判断天线是否对准卫星并计时Δt，一旦判断天线对准卫星，则停止Δt计时，并进行下一步骤，当计时Δt达到设定的最大值ΔT_max时天线仍没有对准卫星，则清除计时和积分值，重新找星；

步骤2：计算角速率陀螺的零点偏移值v_z：

$v_z=\frac{I_{\mathrm{\θ}}}{T+\mathrm{\Δ}t}$

对得到的零点偏移值v_z进行限幅处理，得到限幅处理后的零点偏移值v_z'；

步骤3：对角速率陀螺的当前输出值v_o与限幅处理后的零点偏移值v_z'做减法处理，得到角速率陀螺用于控制的最终修正输出值：

v＝v_o-v_z′。

2.根据权利要求1所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：步骤2中零点偏移值的限幅值取角速率陀螺存在的最大零点偏移值的70％。

3.根据权利要求1所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：步骤1中采样周期小于角速率陀螺带宽对应周期的4倍。

4.根据权利要求1所述一种移动式VSAT天线角速率陀螺零偏的动态补偿方法，其特征在于：步骤1中积分总时间最小值T为

$T=\frac{D}{Q}$

其中：D为波瓣宽度，Q为角速率陀螺零偏补偿精度。