CN113031433B - 一种控制动中通伺服系统的方法和装置 - Google Patents

一种控制动中通伺服系统的方法和装置 Download PDF

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CN113031433B CN202110143157.XA CN202110143157A CN113031433B CN 113031433 B CN113031433 B CN 113031433B CN 202110143157 A CN202110143157 A CN 202110143157A CN 113031433 B CN113031433 B CN 113031433B
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Abstract

本申请涉及通信领域，提供了控制动中通伺服系统的方法和装置，该方法包括：获取e、α和δ，所述e是扩张状态观测器输出的估计值与所述动中通伺服系统输出结果的差值，所述α是幂指数，所述δ是滤波因子，所述扩张状态观测器为所述动中通伺服系统的组成部分；通过fal函数处理所述参数e、α和δ，得到第一结果，所述fal函数为分段函数，所述分段函数在分界点处为连续函数，并且，所述分段函数在所述分界点处的左导数与右导数相等；根据所述第一结果生成所述动中通伺服系统的系统扰动的估计；根据所述动中通伺服系统的系统扰动的估计控制天线。通过本方案能提高动中通伺服系统控制的天线对准目标卫星的精度及抗干扰能力。

Description

一种控制动中通伺服系统的方法和装置
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种控制动中通伺服系统的方法和装置。
背景技术
动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动的载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息。动中通系统通过载体卫星天线精确对准目标卫星，与目标卫星建立可靠稳定传输链路，从而实现普通信号无法覆盖地区的高质量通信。
动中通系统中的伺服系统(即，动中通伺服系统)决定了载体天线的搜索能力和跟踪精度。近年来，有研究者将自抗扰控制器应用到伺服系统，而传统的自抗扰控制器存在原点附近高频颤振现象以及抗干扰能力不足的问题。例如，当伺服系统在工作环境恶劣和载体剧烈扰动时，其控制的天线对准目标卫星的精度低以及抗干扰能力差。因此，如何提高动中通伺服系统控制的天线对准目标卫星的精度以及抗干扰能力是当前急需解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种控制动中通伺服系统的方法和装置，能够提高动中通伺服系统控制的天线对准目标卫星的精度以及抗干扰能力。
第一方面，提供了一种控制动中通伺服系统的方法，包括：
获取e、α和δ，所述e是扩张状态观测器输出的估计值与所述动中通伺服系统输出结果的差值，所述α是幂指数，所述δ是滤波因子，所述扩张状态观测器为所述动中通伺服系统的组成部分；
通过fal函数处理所述参数e、α和δ，得到第一结果，所述fal函数为分段函数，所述分段函数在分界点处为连续函数，并且，所述分段函数在所述分界点处的左导数与右导数相等；
根据所述第一结果生成所述动中通伺服系统的系统扰动的估计；
根据所述动中通伺服系统的系统扰动的估计控制天线。
上述方法可以由终端设备或者终端设备中的芯片执行。扩张状态观测器获取e、α和δ，并且，通过fal函数处理该参数e、α和δ，得到第一结果。上述第一结果可以是天线内部状态的估计，α是幂指数，e是扩张状态观测器输出的天线内部状态的估计值与动中通伺服系统控制的天线的输出结果的差值，δ是滤波因子(即fal函数的分界点)，用于表征fal函数的线性区间长度，而扩张状态观测器为动中通伺服系统的自抗扰控制器的组成部分，并且，其核心为非线性fal函数。该非线性fal函数为分段函数，并且，在分界点处连续且左导数与右导数相等，并且，该分界点位于原点附近(δ常取0.01)，即fal函数分界点处(即原点附近)光滑、连续且可导。由此可见，基于该非线性fal函数设计的自抗扰控制器具有比传统自抗扰控制器更好的高频颤振抑制能力以及抗干扰能力。当动中通伺服系统在工作环境恶劣以及载体剧烈扰动时，其自抗扰控制器控制的天线对准目标卫星的精度高且抗干扰能力强。
可选地，所述fal函数为：
其中：并且，/>
可选地，所述通过fal函数处理所述参数e、α和δ，包括：当|e|<δ时，利用分段折线法计算所述fal函数的值。
由于自抗扰控制器中的扩张状态观测器的核心fal函数中包含三角函数，若微处理器直接处理fal函数，其计算耗时长且内存资源消耗大。为了减少微处理器计算fal函数时的耗时以及内存资源的消耗，微处理器可以采用分段折线法计算fal函数，以简化计算，提高计算效率，从而提高动中通伺服系统的实时性。
可选地，所述根据所述系统扰动的估计控制天线，包括：根据非线性状态误差反馈器输出的误差反馈控制量与所述系统扰动的估计控制所述天线，所述非线性状态误差反馈器为所述动中通伺服系统的组成部分。
第二方面，提供了控制动中通伺服系统的装置，包括用于执行第一方面中任一种方法的模块。
第三方面，提供了一种控制动中通伺服系统的设备，包括处理器和存储器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得该设备执行第一方面中任一种方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有程序代码，所述程序代码包括用于执行第一方面中任一种方法的指令。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的动中通系统的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的动中通系统的硬件系统结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的控制动中通伺服系统的方法流程示意图；
图4是本申请又一实施例提供的自抗扰控制器示意图；
图5是本申请一实施例提供的fal函数曲线图；
图6是本申请一实施例提供的sin函数曲线图；
图7是本申请一实施例提供的天线初始对准目标卫星的流程示意图；
图8是本申请一实施例提供的天线精确对准目标卫星的流程示意图；
图9是本申请一实施例提供的天线稳态开环跟踪目标卫星的流程示意图；
图10是本申请一实施例提供的控制动中通伺服系统的装置示意图；
图11是本申请一实施例提供的控制动中通伺服系统的设备示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。因此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
本申请实施例提供的控制动中通伺服系统的方法可以应用于平板电脑、可穿戴设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等电子设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。例如，终端设备可以是具有无线通信功能的手持设备、计算设备等。
下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步详细说明。
随着卫星通信技术的迅猛发展，卫星通信系统已成为移动通信最佳手段，它具有通信距离远、通信质量可靠性高、通信速度快和受环境影响小的特点，已备受军民两个领域的关注。近年来，众多的军用和民用移动通信设备上安装有动中通系统，以实现与地面的远距离通信。例如，将动中通系统安装在车辆、轮船、飞机等移动载体上，以实现载体在运动过程中实时跟踪卫星等平台，并且，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军用和民用的应急通信以及移动条件下的多媒体通信。但是现有的动中通系统在工作环境恶劣或者载体剧烈扰动时，其伺服系统控制的天线无法始终高精度地对准目标卫星，并且，抗干扰能力差。因此，若想要进一步改善动中通系统的通信质量，则需要提高动中通系统中的伺服系统控制的天线对准目标卫星的精度以及抗干扰能力。
图1示出了本申请提供的一种动中通系统，可以用于车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中实时跟踪卫星等平台，以实现各种军用和民用的多媒体通信。该系统包括四个子系统，这四个子系统分别为传感系统101、控制系统102、执行系统103和被控对象104，并且，上述子系统之间可以采用点对点通信方式，或者，总线通信方式，本申请对子系统之间的具体通信方式不作任何限制。传感系统101包括电子罗盘1011、定位单元1012、姿态传感单元1013以及跟踪接收机1014，传感系统101将采集载体的位置、航向、姿态以及天线偏离卫星角度这些数据信息发送至控制系统102；该控制系统102中的伺服控制器单元1021主要用于控制律计算和数据信息处理。伺服控制器单元1021对接收到的传感系统101采集的数据进行处理，得到执行指令信号，并发送至执行系统103；执行系统103包括驱动单元1031和驱动电机1032，驱动单元1031接收控制器发送的执行指令，并且，根据执行指令控制驱动电机1032动作；被控对象104可以是天线单元1041(即天线)，驱动电机1032动作时会改变天线的俯仰角以及方位角，使天线对准卫星。
图2示出了一种动中通系统的硬件系统结构，可以用于实现上述动中通系统中各个子系统的功能。该硬件系统结构包括电源模块201，为动中通系统的硬件系统提供电源；传感模块202包括GPS或北斗导航模块2021，用于采集载体位置信息；电子罗盘2022，用于采集载体航向信息；惯导系统2023，用于采集载体姿态信息；跟踪接收机2024，用于采集天线偏离卫星角度；微控制器203，用于执行数据处理和控制律计算的任务；执行模块204包括驱动模块2041，用于产生电机驱动信号，以驱使方位电机2042和俯仰电机2043动作；方位电机2042，用于改变被控对象(比如，天线)的方位角，以使天线对准目标卫星；俯仰电机2043，用于改变被控对象(比如，天线)的俯仰角，以使天线对准目标卫星。
上述动中通系统的硬件系统结构中，电源模块201给动中通系统的硬件系统供电，以启动该硬件系统。传感模块202包括GPS或北斗导航2021、电子罗盘2022、惯导系统2023和跟踪接收机2024，用于实现动中通系统中的传感系统101的功能，其中，GPS或北斗导航2021用于提供载体位置信息，可以是格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(Galileo)等导航定位系统，本发明对此不作任何限定；电子罗盘2022可以用来给微控制器203提供载体的航向信息；惯导系统2023用于根据载体初始位置信息、三轴角速度、三轴加速度等运动信息为微控制器203提供载体的速度、航向以及位置信息。跟踪接收机2024用于接收天线发送的信号，并将该信号处理后输出天线偏离卫星的角度信息，再将该角度信息发送至微控制器203。微控制器203用于实现动中通系统中的控制系统102的功能，并且，该微控制器203可以是单片机、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)，本申请对微控制器203的具体类型不作任何限制。执行模块204用于实现动中通系统中的执行系统103的功能。
上述各模块之间可以采用点对点通信方式或总线通信方式，本申请对各模块之间具体的通信方式不作任何限制，例如，传感模块202将采集载体的信息，比如载体的位置、航向以及姿态信息等，发送给微控制器203，微控制器203处理传感模块202发送的载体信息以及计算控制律(比如，自抗扰控制算法)，生成执行指令并发送给执行模块204，执行模块204接收到执行指令后生成方位驱动信号发送给方位电机2042，以及生成俯仰驱动信号发送给俯仰电机2043，方位电机2042根据方位驱动信号改变天线的方位角，以使天线对准目标卫星，俯仰电机2043根据俯仰驱动信号改变天线的俯仰角，以使天线对准目标卫星。
下面介绍本申请提供的控制动中通伺服系统的方法。该方法可以由终端设备或者终端设备中的芯片执行，本申请对执行该方法的终端设备的具体类型不做限定。如图3所示，该方法包括：
S301，获取e、α和δ，e是扩张状态观测器输出的估计值与动中通伺服系统输出结果的差值，α是幂指数，δ是滤波因子，扩张状态观测器为动中通伺服系统的组成部分。
控制动中通伺服系统的自抗扰控制器包括跟踪微分器、非线性状态误差反馈器以及扩张状态观测器，如图4所示，其中，跟踪微分器对输入信号v安排过渡过程，并且，提取输入信号v的微分信号，输出光滑过渡信号v1，v2，……，vn；跟踪微分控制器的输出v1，v2，……，vn与扩张状态观测器的输出z1，z2，……，zn相减后得到的结果(比如，动中通伺服系统的状态误差)作为非线性状态误差反馈器的输入e1，e2，……，en；非线性状态误差反馈器的输出u0与扩张状态观测器的输出zn+1相减后得到的结果作为扩张状态观测器的第一输入信号；非线性状态误差反馈器与扩张状态观测器的输出zn+1相减得到第二结果，再对第二结果进行1/b0倍增益得到第三结果，并将第三结果作为被控对象(比如，天线)的输入信号；被控对象的输出y作为扩张状态观测器的第二输入信号。上述，n取正整数，“/”表示两数相除，b0为常数，u0为误差反馈控制量。
可选地，跟踪输入信号的一阶微分的跟踪微分器的控制函数为：
其中，k为常数，v表示跟踪微分器对输入信号，x1(k)和x2(k)分别表示跟踪微分器当前的内部状态(比如，x1(k)跟踪输入信号v，x2(k)跟踪输入信号v的近似微分)，x1(k+1)和x2(k+1)分别表示下一时刻跟踪微分器的内部状态，r表示限定的最大加速度值，h表示调节的时间量；
fsg(x，d)＝(sign(x+d)-sign(x-d))/2，式中，x＝a，
a＝(x1(k)+2hx2(k))fsg(x1(k)+hx2(k)，d)+(hx2(k)+sign(x1(k)+hx2k(dd+8x1k+hx2k-d)/2)(1-fsg(x1k+hx2k，d))；
fhan＝-r(a/d)fsg(a，d)-rsign(a)(1-fsg(a，d))，
上述式中，“/”表示两数相除。
可选地，非线性状态误差反馈器的输出(比如，u0为误差反馈控制量)是将跟踪微分器的输出(比如，v1，v2，……，vn)和扩张状态观测器产生的状态变量的估计(比如，z1，z2，……，zn)作差所得到的状态误差(比如，e1，e2，……，en)进行非线性组合，其具体函数如下：
u0＝k1e1+k2e2+…+kn-1en-1；
其中，k1，k2，…，kn-1是非线性函数，e1，e2，……，en是动中通伺服系统的状态误差，通常情况下，k1，k2，…，kn-1可以取以下函数中的至少一种：
函数一：
函数二：
函数三：
其中，上述函数一至三中，n取正整数，x表示非线性状态误差反馈器的输入信号，比如，可以e1，e2，……，en；此处a与上述跟踪微分器的控制函数中的参数a同含义，通常取0.5或者0.25；b为滤波因子；d＝rh2，式中，r表示限定的最大加速度值，h表示调节的时间量。
可选地，扩张状态观测器用于观测动中通伺服系统的状态，该扩张状态观测器获取e、α和δ，并且，通过扩张状态观测器中的fal函数处理该参数e、α和δ，得到被控对象(比如，天线)内部状态的估计。扩张状态观测器的计算模型如下：
其中，fal函数为：式中，/> 并且，/>e是扩张状态观测器输出的天线内部状态的估计值z1与动中通伺服系统控制的天线的输出结果y的差值，δ是滤波因子(即fal函数的分界点)，用于表征fal函数的线性区间长度，z1，z2，……，zn是被控对象(比如，天线)的内部状态估计，zn+1是动中通伺服系统扰动的估计，/>是扩张状态观测器输出的新的状态变量，即新的被控对象的内部状态估计，/>是动中通伺服系统扰动的新的估计，β1，β2，……，βn+1是常数，αi是幂指数，i＝1，2，……，n+1，通常αi取0.5i，上述n为正整数。
S302，通过fal函数处理所述参数e、α和δ，得到第一结果，所述fal函数为分段函数，所述分段函数在分界点处为连续函数，并且，所述分段函数在所述分界点处的左导数与右导数相等。
可选地，扩张状态观测器计算模型的核心是计算非线性fal函数。扩张状态观测器通过非线性fal函数处理参数e、α和δ，得到第一结果，该第一结果是被控对象(比如，天线)的内部状态估计。该非线性fal函数为分段函数，并且，在分界点处连续且左导数与右导数相等，并且，该分界点位于原点附近(δ常取0.01)，即fal函数分界点处(即原点附近)光滑、连续且可导。例如，式中，/>并且，以δ＝0.01为例，若fal(e，α，δ)在e＝0.01处左极限值为A，并且，fal(e，α，δ)在e＝0.01处右极限值为B，并且，A等于B，则说明fal(e，α，δ)在e＝0.01处连续；若fal(e，α，δ)在e＝0.01处的左侧导数值为C，fal(e，α，δ)在e＝0.01处的右侧导数值为D，并且，C等于D，则说明fal(e，α，δ)在e＝0.01处左右导数相等，由此可见，fal(e，α，δ)在e＝0.01处连续且左右导数相等，即fal函数在e＝0.01处(即原点附近)光滑、连续且可导。fal(e，α，δ)在e＝-0.01处的计算方式同e＝0.01，此处不再赘述。
示例性地，图5示出了fal函数随自变量e的变化情况，其中，曲线501表示传统fal函数的输出曲线，曲线502表示本申请的fal函数的输出曲线。由图5可以看出，相比曲线501在分界点-0.01和分界点0.01处出现拐点，而本申请的曲线502在分界点-0.01和分界点0.01处平滑过渡，即曲线502在分界点-0.01和分界点0.01处的连续性和平滑性比曲线501要好，并且，可以看出fal(e，α，δ)在分界点-0.01和分界点0.01处收敛(即fal(e，α，δ)在原点(即e＝0)附近收敛)。由此可见，基于该非线性fal函数设计的自抗扰控制器具有比传统自抗扰控制器更好的高频颤振抑制能力以及抗干扰能力。当动中通伺服系统在工作环境恶劣和载体剧烈扰动时，其自抗扰控制器控制的天线对准目标卫星的精度高以及抗干扰能力强。
S303，根据第一结果生成动中通伺服系统的系统扰动的估计。
可选地，扩张状态观测器根据天线的内部状态估计(即第一结果)及其计算模型计算出动中通伺服系统的系统扰动的估计，例如，天线的内部状态估计为z1，z2，……，zn，根据上述扩张状态观测器的计算模型和天线的内部状态估计，计算出动中通伺服系统扰动的估计zn+1。
S304，根据动中通伺服系统的系统扰动的估计控制天线。
可选地，动中通伺服系统的自抗扰控制器通过动中通伺服系统扰动的估计zn+1和非线性状态误差反馈器输出的误差反馈控制量u0来控制天线。
可选地，为了提高动中通伺服系统控制天线对准目标卫星的实时性，可以将自抗扰控制器算法中出现的三角函数计算简化成一次线性函数来计算，以提高微处理器的计算效率。
示例性地，由于自抗扰控制器中的扩张状态观测器的核心fal函数中包含三角函数，若微处理器直接处理fal函数，其计算耗时长且内存资源消耗大。为了减少微处理器计算fal函数时的耗时以及内存资源的消耗，微处理器可以采用分段折线法计算fal函数，以简化计算，提高计算效率，从而提高动中通伺服系统的实时性。该分段折线法的分割规则如下：
若计算自变量e∈[a，b]区间内的fal函数值，则将自变量e分割为多个离散的分割点，比如，第一分割点a1：基于区间[a，b]，计算分割点a1，即a1＝(b-a)/3+a；第二分割点a2：基于区间[a1，b]，计算分割点a2，即a2＝(b-a1)/3+a1；第三分割点a3：基于区间[a2，b]，计算分割点a3，即a3＝(b-a2)/3+a2，其他分割点计算方式类似，在此不再赘述。利用分段折线法的分割规则将[a，b]区间分成多个离散的分割点，这些离散的分割点分别是a、a1、a2、a3和b，自抗扰控制器在计算自变量e∈[a，b]区间内的fal函数值时，只需要计算自变量e分别取a、a1、a2、a3和b时的函数值即可，并且，将(a，fal(a，α，δ))、(a1，fal(a1，α，δ))、(a2，fal(a2，α，δ))、(a3，fal(a3，α，δ))和(b，fal(b，α，δ))这五个点连接起来形成分段折线，计算自变量e∈[a，b]区间内的fal函数值可以用该分段折线近似替代。图6示出了微处理器采用分段折线法计算sin函数时的结果，其中，曲线601为标准的正弦曲线，曲线602是微处理器采用本申请提出的分段折线法计算的正弦曲线，从图6中可以看出曲线601和曲线602的重合度很好，说明本申请提出的分段折线法计算正弦函数可以近似替代直接计算标准正弦函数。由于微处理器基于分段折线法计算正弦函数，实际计算的是一次线性函数，因此，微处理计算正弦函数时计算量小、耗时短以内存资源消耗少。由此可见，微处理器采用分段折线法计算fal函数，可以将fal函数中复杂的非线性三角函数的计算简化成一次线性函数的计算，从而降低了微处理器计算fal函数的耗时以及内存资源的消耗，提高了计算效率，同时也提高了动中通伺服系统控制天线对准目标卫星的实时性。例如，δ＝π，计算当|e|＜π时，fal(e，α，δ)＝θ1sine+θ2cose的函数值，由于fal函数中得sin函数和cos函数均为对称周期函数，因此，以自变量e∈[0，π/2]区间为例，计算fal函数，取α＝1，θ1＝1、θ2＝0，fal(e，α，δ)＝sine，第一个分割点a1为π/6，即第二个分割点a2为5π/18，即a2＝(π/2-π/6)/3+π/6；第三个分割点a3为19π/54，即a3＝(π/2-5π/18)/3+5π/18；自抗扰控制器计算自变量e分别取0，π/6，5π/18，19π/54和π/2时的函数值，即fal(0，1，π)＝0，fal(π/6，1，π)＝0.5，fal(5π/18，1，π)＝0.76，fal(19π/54，1，π)＝0.89和fal(π/2，1，π)＝1，并将(0，0)、(π/6，0.5)、(5π/18，0.76)、(19π/54，0.89)和(π/2，1)这五个点连接起来形成分段折线，自变量e∈[0，π/2]区间上的fal函数值可以用该分段折线近似代替，计算自变量e∈[0，π/2]对称区间[π/2，π]的fal函数值的方法类似自变量e∈[0，π/2]，在此不再赘述。
为了便于理解，下面结合图7-9对本申请提供的控制动中通伺服系统的方法的整体流程步骤进行示例性说明。首先，介绍本申请的控制动中通伺服系统的天线初始对准流程，图7示出了该天线初始对准目标卫星的流程，其具体流程如下：
步骤1：供电电源给动中通伺服系统上电。该动中通伺服系统进行初始化，初始化结束后，开始进入初始对准环节，即动中通伺服系统控制天线对准目标卫星。
步骤2：通过GPS或北斗导航系统获取载体的位置信息。
步骤3：若GPS或北斗导航系统未成功获取到载体的位置信息，则重新进入步骤2获取载体的位置信息；若GPS或北斗导航系统成功获取到载体的位置信息，则进入步骤4。
步骤4：通过电子罗盘获取载体的航向信息。
步骤5：伺服控制器单元通过载体的位置信息和航向信息，解算天线的指向信息。
步骤6：伺服控制器单元根据解算得到的天线的指向信息，并将天线的指向信息发送至执行系统，执行系统根据天线的指向信息控制方位电机和俯仰电机转动。
步骤7：方位电机和俯仰电机转动使得天线的姿态发生变化。
步骤8：初始对准环节结束。
动中通伺服系统的天线初始对准流程可以粗略地将天线的指向调整到搜星范围内，即，天线可以搜索到目标卫星的范围内，避免了天线在搜星范围外进行无意义地搜索，同时也提高了天线的搜星效率。
动中通伺服系统的天线经过初始对准流程后，该天线的指向已经调整到搜星范围内，紧接着，动中通伺服系统需要控制该天线精确地对准目标卫星，图8示出了该天线精确对准目标卫星的流程，其具体流程如下：
步骤1：动中通伺服系统开始控制天线精确对准目标卫星。
步骤2：动中通伺服系统检测跟踪接收机是否成功接收天线数据，若成功接收到天线数据，则转入步骤3，若没有成功接收到天线数据，则重新进入图7所示的初始对准目标卫星的步骤。
步骤3：伺服控制器单元通过跟踪接收机接收的数据，解算天线偏离目标卫星的角度。
步骤4：伺服控制器单元判断天线偏离卫星角度是否小于预先设定的角度阈值αmax，若天线偏离卫星角度小于αmax，则转入步骤5，若天线偏离卫星角度大于或者等于αmax，则重新进入图7所示所示的初始对准目标卫星的步骤。
步骤5：伺服控制器单元判断天线偏离角度卫星是否大于预设定的角度阈值αmin，若天线偏离卫星角度小于αmin，则天线已经精确对准目标卫星，流程步骤结束，若天线偏离卫星角度大于或者等于αmin，则转入步骤6，动中通伺服系统开始控制天线精确对准目标卫星。
步骤6：伺服控制器单元计算出天线偏差。
步骤7：伺服控制器单元根据上述计算出的天线偏差生成调整载体姿态的数据，并将该数据发送至执行系统。
步骤8：执行系统根据调整载体姿态的数据驱使方位电机和俯仰电机动作。
步骤9：方位电机通过调整天线的方位角，俯仰电机通过调整天线的俯仰角，之后重新开始步骤1。
图9示出了该天线稳态开环跟踪目标卫星的流程，其具体流程如下：
步骤1：动中通伺服系统开始控制天线进入稳态开环跟踪目标卫星。
步骤2：动中通伺服系统的传感系统判断是否成功接收天线的数据，若成功接收天线数据，则动中通伺服系统控制天线进入稳态闭环跟踪目标卫星，并且，根据天线精确对准目标卫星的步骤实时调整天线姿态，使天线实时精确地对准目标卫星；若没有接收到天线数据，则转入步骤3。
步骤3：通过GPS或北斗导航系统获取载体的位置信息。
步骤4：若GPS或北斗导航系统未成功获取到载体的位置信息，则转入步骤6；若GPS或北斗导航系统已成功获取到载体的位置信息，则进入步骤5。
步骤5：更新载体的位置信息。
步骤6：通过电子罗盘获取载体的航向信息。
步骤7：通过传感系统的姿态传感单元获取载体的姿态信息。
步骤8：伺服控制器单元根据电子罗盘获取载体的航向信息和姿态传感单元获取载体的姿态信息，更新载体的姿态信息。
步骤9：伺服控制器单元通过载体的位置信息和航向信息解算天线的指向信息，并将天线的指向信息发送至执行系统，执行系统根据天线的指向信息控制方位电机和俯仰电机转动。
步骤10：方位电机和俯仰电机转动使得天线的姿态发生变化。
步骤11：伺服控制器单元控制天线实时调整其姿态，以精确对准目标卫星。
步骤12：返回步骤1。
上文详细介绍了本申请提供的控制动中通伺服系统的方法的示例。可以理解的是，相应的装置为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
本申请可以根据上述方法示例对控制动中通伺服系统的装置进行功能单元的划分，例如，可以将各个功能划分为各个功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。需要说明的是，本申请中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
图10是本申请提供的一种控制动中通伺服系统的装置的结构示意图。该装置1000包括获取模块1001和控制模块1002。
获取模块1001用于：获取e、α和δ，其中，e是扩张状态观测器输出的估计值与所述动中通伺服系统输出结果的差值，α是幂指数，δ是滤波因子，扩张状态观测器为所述动中通伺服系统的组成部分。
控制模块1002用于：通过fal函数处理上述参数e、α和δ，得到第一结果，其中，fal函数为分段函数，该分段函数在分界点处为连续函数，并且，该分段函数在所述分界点处的左导数与右导数相等；根据第一结果生成动中通伺服系统的系统扰动的估计；根据动中通伺服系统的系统扰动的估计控制天线。
装置1000执行控制动中通伺服系统的方法的具体方式以及产生的有益效果可以参见方法实施例中的相关描述。
图11示出了本申请提供了一种控制动中通伺服系统的方法的设备结构示意图。图11中的虚线表示该单元或该模块为可选的。设备1100可用于实现上述方法实施例中描述的方法。设备1100可以是终端设备或服务器或芯片。
设备1100包括一个或多个处理器1101，该一个或多个处理器1101可支持设备1100实现图3所对应方法实施例中的方法。处理器1101可以是通用处理器或者专用处理器。例如，处理器1101可以是中央处理器(central processing unit，CPU)。CPU可以用于对设备1100进行控制，执行软件程序，处理软件程序的数据。设备1100还可以包括通信单元1105，用以实现信号的输入(接收)和输出(发送)。
例如，设备1100可以是芯片，通信单元1105可以是该芯片的输入和/或输出电路，或者，通信单元1105可以是该芯片的通信接口，该芯片可以作为终端设备的组成部分。
又例如，设备1100可以是终端设备，通信单元1105可以是该终端设备的收发器，或者，通信单元1105可以是该终端设备的收发电路。
设备1100中可以包括一个或多个存储器1102，其上存有程序1104，程序1104可被处理器1101运行，生成指令1103，使得处理器1101根据指令1103执行上述方法实施例中描述的方法。可选地，存储器1102中还可以存储有数据(如待测芯片的ID)。可选地，处理器1101还可以读取存储器1102中存储的数据，该数据可以与程序1104存储在相同的存储地址，该数据也可以与程序1104存储在不同的存储地址。
处理器1101和存储器1102可以单独设置，也可以集成在一起，例如，集成在终端设备的系统级芯片(system on chip，SOC)上。
处理器1101执行控制动中通伺服系统的方法的具体方式可以参见方法实施例中的相关描述。
应理解，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器1101中的硬件形式的逻辑电路或者软件形式的指令完成。处理器1101可以是CPU、数字信号处理器(digitalsignalprocessor,DSP)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件，例如，分立门、晶体管逻辑器件或分立硬件组件。
本申请还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品被处理器1001执行时实现本申请中任一方法实施例所述的方法。
该计算机程序产品可以存储在存储器1102中，例如是程序1104，程序1104经过预处理、编译、汇编和链接等处理过程最终被转换为能够被处理器1101执行的可执行目标文件。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机执行时实现本申请中任一方法实施例所述的方法。该计算机程序可以是高级语言程序，也可以是可执行目标程序。
该计算机可读存储介质例如是存储器1102。存储器1102可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者，存储器1102可以同时包括易失性存储器和非易失性存储器。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamicRAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate SDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(directrambus RAM,DRRAM)。
本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和设备的具体工作过程以及产生的技术效果，可以参考前述方法实施例中对应的过程和技术效果，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它方式实现。例如，以上描述的方法实施例的一些特征可以忽略，或不执行。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统。另外，各单元之间的耦合或各个组件之间的耦合可以是直接耦合，也可以是间接耦合，上述耦合包括电的、机械的或其它形式的连接。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种控制动中通伺服系统的方法，其特征在于，包括：
获取e、α和δ，所述e是扩张状态观测器输出的估计值与所述动中通伺服系统输出结果的差值，所述α是幂指数，所述δ是滤波因子，所述扩张状态观测器为所述动中通伺服系统的组成部分；
通过fal函数处理所述参数e、α和δ，得到第一结果，所述fal函数为分段函数，所述分段函数在分界点处为连续函数，并且，所述分段函数在所述分界点处的左导数与右导数相等，所述fal函数为：
其中：并且，/>
根据所述第一结果生成所述动中通伺服系统的系统扰动的估计；
根据所述动中通伺服系统的系统扰动的估计控制天线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过fal函数处理所述参数e、α和δ，包括：
当|e|<δ时，利用分段折线法计算所述fal函数的值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统扰动的估计控制天线，包括：
根据非线性状态误差反馈器输出的误差反馈控制量与所述系统扰动的估计控制所述天线，所述非线性状态误差反馈器为所述动中通伺服系统的组成部分。
4.一种控制动中通伺服系统的装置，其特征在于，包括获取模块和控制模块，
所述获取模块用于：获取e、α和δ，所述e是扩张状态观测器输出的估计值与所述动中通伺服系统输出结果的差值，所述α是幂指数，所述δ是滤波因子，所述扩张状态观测器为所述动中通伺服系统的组成部分；
所述控制模块用于：通过fal函数处理所述参数e、α和δ，得到第一结果，所述fal函数为分段函数，所述分段函数在分界点处为连续函数，并且，所述分段函数在所述分界点处的左导数与右导数相等，所述fal函数为：
其中：并且，/>根据所述第一结果生成所述动中通伺服系统的系统扰动的估计；根据所述动中通伺服系统的系统扰动的估计控制天线。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述通过fal函数处理所述参数e、α和δ，包括：
当|e|<δ时，利用分段折线法计算所述fal函数的值。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述根据所述系统扰动的估计控制天线，包括：
根据非线性状态误差反馈器输出的误差反馈控制量与所述系统扰动的估计控制所述天线，所述非线性状态误差反馈器为所述动中通伺服系统的组成部分。
7.一种控制动中通伺服系统的设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于从所述存储器中调用并运行所述计算机程序，使得所述设备执行权利要求1至3中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储了计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行权利要求1至3中任一项所述的方法。
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