CN115764303A - 双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，包括获取天线的GPS地理位置信息；基于所述GPS地理位置信息计算姿态信息；通过前馈惯导或上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线；接收机通过信号采集模块将所述正确姿态天线的输出信号作为反馈信号引入到控制器中，得到电平信号反馈；天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整，提高了高动态跟踪性能，控制天线快速精确跟踪卫星，解决了现有的动态跟踪方法的高动态跟踪性能较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法。
背景技术
随着现代通信技术的不断发展，卫星通信及卫星电视已成为现代通信网不可缺少的重要组成部分，在偏远陆地地区及海上的应用越来越广泛，甚至已成为一些行业及特殊场景下的刚性需求。宽带卫星通信的前提是地面的卫星天线始终精确对准天上的通信卫星，但在地面载体移动过程中，由于其姿态和地理位置发生变化，会引起原对准卫星天线偏离卫星，使通信中断，因此必须通过机械或电气稳定平台有效的隔离载体的姿态变化对卫星天线姿态的影响，使天线不受影响并始终保持稳定的对星姿态。但是高轨卫星距离地球上万公里，要使地面终端天线精确对准，且不影响邻近卫星的正常通信，一般要求地面终端天线的跟踪精度达到0.2°RMS。为了克服载体的运动，一套可靠的高精度自动跟踪系统至关重要。
卫星天线伺服跟踪系统有两轴稳定平台和三轴稳定平台两种解决方案。具有两轴稳定平台的卫星天线是一种较经济的高性价比选择，一般适用于卫星仰角不超过80度的场景。
目前市场上，实现两轴天线的稳定大多基于陀螺稳定方法。陀螺稳定的原理是在天线的俯仰轴上安装一个三轴惯导模块，用于感应天线面在俯仰、横滚和方位方向上相对于惯性空间的运动，并将此信号作为速度反馈，以此实现回路稳定。该方案具有精度高、闭环跟踪误差小的优点，但缺点是高动态情况下，惯导运动带来加速度不准，导致控制精度不佳，另外伺服系统同步性差、延迟大，降低了高动态跟踪性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，旨在解决现有的动态跟踪方法的高动态跟踪性能较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，包括以下步骤：
获取天线的GPS地理位置信息；
基于所述GPS地理位置信息计算姿态信息；
通过前馈惯导或上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线；
接收机通过信号采集模块将所述正确姿态天线的输出信号作为反馈信号引入到控制器中，得到电平信号反馈；
天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整。
其中，所述通过前馈惯导对所述姿态信息进行异常检测，得到控制方案，包括：
前馈惯导将姿态信息实时传输给控制器，所述控制器基于所述姿态信息进行坐标转换，得到天线的跟踪角度，并控制执行电机转动，使得天线面的指向不变，获得正确姿态天线。
其中，所述通过上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线，包括：
上置惯导基于所述姿态信息获取天线的误差角速度和倾角值，并先利用角速度信号作为内环控制，再利用倾角值作为角度环控制，基于所述误差角速度和倾角值对所述天线进行矫正，获得正确姿态天线。
其中，所述天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整，包括：
天线面基于所述电平信号反馈利用圆锥扫描算法搜索信号最大值的方式进行误差补偿后对天线的指向进行调整。
其中，所述姿态信息包括天线方位、俯仰目标倾角和极化目标倾角。
本发明的一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，通过获取天线的GPS地理位置信息；基于所述GPS地理位置信息计算姿态信息；通过前馈惯导或上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线；接收机通过信号采集模块将所述正确姿态天线的输出信号作为反馈信号引入到控制器中，得到电平信号反馈；天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整，提高了高动态跟踪性能，控制天线快速精确跟踪卫星，解决了现有的动态跟踪方法的高动态跟踪性能较低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法的原理图。
图2是前馈+多闭环复合控制系统的示意图。
图3是前馈+单闭环控制系统的示意图。
图4是上置惯导多闭环控制系统的示意图。
图5是上置惯导、前馈惯导和天线的结构示意图。
图6本发明提供的一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图6，本发明提供一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，包括以下步骤：
S1获取天线的GPS地理位置信息；
S2基于所述GPS地理位置信息计算姿态信息；
具体的，所述姿态信息包括天线方位、俯仰目标倾角和极化目标倾角。
S3通过前馈惯导或上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线；
具体的，整体上采用前馈+多闭环复合控制方案，前馈惯导固定于天线方位电机基座上，上置惯导固定于天线面支架上。
上置惯导和前馈惯导共用同一个模块，包含3轴重力加速度传感器、3轴陀螺传感器及MCU微控制器单元。MCU将重力加速度传感器和陀螺传感器的值做数据融合处理，得到倾角值，最后通过数据接口输出角速度及倾角信息。
当控制器检测到上置惯导出现故障时，系统采用前馈+单闭环控制方案。首先采用前馈惯导稳定，隔离载体姿态的变化，然后利用圆锥扫描算法搜索信号最大值的方式进行跟踪误差补偿。
所述通过前馈惯导对所述姿态信息进行异常检测，得到控制方案，包括：
前馈惯导将姿态信息实时传输给控制器，所述控制器基于所述姿态信息进行坐标转换，得到天线的跟踪角度，并控制执行电机转动，使得天线面的指向不变，获得正确姿态天线。
具体的，采用前馈惯导稳定，隔离载体姿态的变化。当载体姿态变化时，前馈惯导将姿态信息实时传输给控制器，控制器将得到的倾角值进行坐标转换，计算出天线的跟踪角度，控制执行电机转动，使天线面的指向维持不变，完成初步稳定状态。该前置惯导能够以最快速响应，且最精准地测量出载体的运动姿态，干扰小，但是由于开环控制存在误差发散缺陷，当电机异常失步以及各种误差等因素的存在，若只靠前馈惯导稳定来跟踪卫星，随着时间的推移，肯定会产生跟踪误差，造成天线的指向偏离卫星方向，直到信号完全消失，所以还采用了三个闭环系统作为跟踪控制。
当控制器检测到前馈惯导出现故障时，系统采用上置惯导多闭环控制方案。首先上置惯导采集到天线面存在的误差角速度及倾角值，MCU控制器先利用角速度信号作为内环控制，然后利用加速度传感器来作为角度环控制，校正速度环控制误差，获得正确的姿态，保证天线面的随动精准性。最后利用圆锥扫描算法搜索信号最大值的方式进行跟踪误差补偿。
所述通过上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线，包括：
上置惯导基于所述姿态信息获取天线的误差角速度和倾角值，并先利用角速度信号作为内环控制，再利用倾角值作为角度环控制，基于所述误差角速度和倾角值对所述天线进行矫正，获得正确姿态天线。
具体的，采用上置惯导稳定，进一步增强系统的精确随动性能。经过前一步的前馈惯导稳定后，上置惯导采集到天线面跟踪存在的误差角速度及倾角值。因为电子陀螺相比重力加速度传感器具有更好的动态响应，且噪声很小，所以MCU控制器先利用角速度信号作为内环控制，但是由于陀螺仪长时间工作会产生累积误差，所以MCU控制器需要利用加速度传感器和陀螺仪数据融合后得到的倾角值来作为角度环控制，校正此误差，获得正确的姿态，保证天线面的随动精准性。
S4接收机通过信号采集模块将所述正确姿态天线的输出信号作为反馈信号引入到控制器中，得到电平信号反馈；
具体的，在前馈惯导和上置惯导组合的基础上，还需把接收机输出的信号强度，经过信号采集模块后作为反馈信号引入到控制器中。
S5天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整。
具体的，天线面基于所述电平信号反馈利用圆锥扫描算法搜索信号最大值的方式进行误差补偿后对天线的指向进行调整，以达到高精度对准卫星的目的。
本发明的一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法采用两套惯导冗余技术，分别安装于方位电机基座上和天线面支架上，以得到最高的精度及可靠性。
首先前馈惯导能够以最快速的响应，且最精准地测量出载体的运动姿态，干扰小，而上置惯导用于感应天线面在俯仰、横滚和方位方向上相对于惯性空间的运动，并将此信号作为闭环反馈，以此实现回路稳定。该方案具有精度高、闭环跟踪误差小的优点。
其次，采用两套惯导配置方案可提高船体摇摆检测的可靠性，当一套惯导故障时，另一套惯导仍然可以保障天线的正常运转。
本发明提出了一种基于双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，提高了产品的可靠性及高动态跟踪性能。两个惯导模块正常工作时，提高惯导模块数据的耦合度，实现天线高动态性能。当其中一个惯导模块故障时，减少模块之间的耦合度，以提高应用的可维护性。本发明采用多级闭环反馈系统，具有高精度、高抗干扰、高抗温差的性能，动态跟踪性能指标高，实现高动态条件下信号的捕获；实现惯导数据自适应融合机制，控制天线快速精确跟踪卫星。
以上所揭露的仅为本发明一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取天线的GPS地理位置信息；
基于所述GPS地理位置信息计算姿态信息；
通过前馈惯导或上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线；
接收机通过信号采集模块将所述正确姿态天线的输出信号作为反馈信号引入到控制器中，得到电平信号反馈；
天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整。
2.如权利要求1所述的双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，其特征在于，
所述通过前馈惯导对所述姿态信息进行异常检测，得到控制方案，包括：
前馈惯导将姿态信息实时传输给控制器，所述控制器基于所述姿态信息进行坐标转换，得到天线的跟踪角度，并控制执行电机转动，使得天线面的指向不变，获得正确姿态天线。
3.如权利要求1所述的双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，其特征在于，
所述通过上置惯导对所述姿态信息进行异常检测并矫正，得到正确姿态天线，包括：
上置惯导基于所述姿态信息获取天线的误差角速度和倾角值，并先利用角速度信号作为内环控制，再利用倾角信号作为角度环控制，基于所述误差角速度和倾角值对所述天线进行矫正，获得正确姿态天线。
4.如权利要求1所述的双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，其特征在于，
所述天线面基于所述电平信号反馈进行误差补偿后对天线的指向进行调整，包括：
天线面基于所述电平信号反馈利用圆锥扫描算法搜索信号最大值的方式进行误差补偿后对天线的指向进行调整。
5.如权利要求2所述的双惯导的卫星移动终端天线两轴稳定三轴动态跟踪方法，其特征在于，
所述姿态信息包括天线方位、俯仰目标倾角和极化目标倾角。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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