机载卫星天线自动跟踪系统控制技术研究

发布时间：2017-07-30 15:00

  本文关键词：机载卫星天线自动跟踪系统控制技术研究

  更多相关文章： 机载卫星天线 捷联式稳定平台 伺服控制器 自动跟踪 前馈-非线性PID

【摘要】：机载卫星通信作为“动中通”的一种方式,其关键技术是在飞机飞行过程中,通过伺服控制系统隔离由于机体运动带来的外部扰动,使天线始终跟踪目标卫星,从而实现飞行中连续、稳定的卫星通信。本文对机载卫星天线自动跟踪系统控制技术进行了研究,探讨了系统关键技术的实现。首先根据运行需求和性能指标,设计了机载卫星天线自动跟踪系统的总体结构,简述了天馈与通信、伺服控制、控制与显示三大子系统的主要功能;提出了基于机载惯导+角度传感器+卫星信标和载波AGC跟踪的方位-俯仰-极化三轴捷联式稳定平台;并结合所设计的系统方案,完成了伺服驱动机构、机载惯导系统、角度传感器和信标接收机等器件的选型。其次完成了基于TMS320F2808的外围电路的硬件设计以及系统总体工作流程、中央控制器、伺服控制器的主要工作流程的软件开发,并在此基础上,将CAN总线和CANopen技术应用于本系统各个部分的通信和控制。再而针对本系统,提出了连续十字形扫描和变步长十字形扫描两种初始寻星策略;结合机载系统的特性,提出了程序单跟踪和程序步进复合跟踪相互切换的自动跟踪策略,在满足跟踪精度的前提下,优化了系统的稳定性能;并针对飞机所面临的飞行状况,提出了相应的丢星重新捕获策略。最后建立了基于驱动器、直流无刷电机、减速器和天线转台的被控对象的模型;在此基础上,研究了前馈-PID和前馈-非线性PID两种复合控制算法,通过MATLAB仿真,比较了两种控制算法的时域特性和抗干扰能力;并根据这两种算法进行了程序跟踪流程的设计,保证了天线的跟踪速度和跟踪精度。
【关键词】：机载卫星天线 捷联式稳定平台 伺服控制器 自动跟踪 前馈-非线性PID
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的目的和意义11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-13
• 1.2.1 国外发展现状11-12
• 1.2.2 国内发展现状12-13
• 1.2.3 发展趋势13
• 1.3 课题研究的主要内容13-15
• 第2章 机载卫星天线控制系统总体设计15-26
• 2.1 控制系统总体结构15-17
• 2.2 控制系统机械结构及稳定平台17-18
• 2.3 控制系统性能指标18-19
• 2.4 控制系统主要器件选型19-25
• 2.4.1 伺服驱动机构19-22
• 2.4.2 GPS惯导系统22-23
• 2.4.3 角度传感器23-24
• 2.4.4 信标接收机24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 机载卫星天线伺服系统控制器设计26-47
• 3.1 控制系统硬件电路设计26-31
• 3.1.1 电源电路设计27-28
• 3.1.2 电源抗干扰电路设计28
• 3.1.3 晶振电路设计28
• 3.1.4 JTAG电路设计28-29
• 3.1.5 复位电路设计29
• 3.1.6 CAN总线接口电路设计29-30
• 3.1.7 EEPROM模块电路设计30-31
• 3.2 控制系统软件设计31-35
• 3.2.1 软件开发环境简介31
• 3.2.2 软件任务概述31
• 3.2.3 控制系统软件总体结构31-33
• 3.2.4 中央控制器软件总体设计33-34
• 3.2.5 伺服控制器软件总体设计34-35
• 3.3 控制系统CAN总线通信35-39
• 3.3.1 CAN总线概述35-36
• 3.3.2 控制系统CAN总线应用36-39
• 3.4 控制系统CANopen通信39-46
• 3.4.1 CANopen协议结构39-40
• 3.4.2 DS301协议40-42
• 3.4.3 DSP402协议42-44
• 3.4.4 CANopen通讯程序设计44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 机载卫星天线控制系统寻星及自动跟踪技术研究47-58
• 4.1 控制系统初始寻星策略研究47-51
• 4.1.1 基准信号的选择47-48
• 4.1.2 初始寻星策略48-49
• 4.1.3 初始寻星程序流程49-51
• 4.2 控制系统自动跟踪策略研究51-56
• 4.2.1 卫星跟踪技术51-52
• 4.2.2 控制系统跟踪策略52-54
• 4.2.3 自动跟踪程序流程54-56
• 4.3 控制系统丢星重捕获策略研究56-57
• 4.3.1 卫星信号丢失重新捕获算法分析56
• 4.3.2 卫星信号丢失重新捕获程序流程56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 机载卫星天线伺服系统控制算法及程序跟踪研究58-73
• 5.1 伺服控制系统建模58-62
• 5.1.1 电机和驱动器的建模58-59
• 5.1.2 模型参数的计算59-60
• 5.1.3 被控对象模型60-61
• 5.1.4 伺服控制系统的整体模型61-62
• 5.2 控制算法研究62-67
• 5.2.1 经典PID控制算法62-63
• 5.2.2 非线性PID控制算法63-65
• 5.2.3 前馈控制算法65-67
• 5.3 系统仿真验证67-71
• 5.3.1 参数调试67
• 5.3.2 阶跃响应67-68
• 5.3.3 大扰动下的对星偏差68-71
• 5.4 程序跟踪策略71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-77
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单77-78
• 致谢78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王爵骐;叶云裳;李芙蓉;;卫星天线考察印象记[J];国外空间动态;1980年03期

2 ;2米极轴式卫星天线[J];航天技术与民品;1998年07期

3 李洲洋;陈国定;王三民;肖勇;;大型可展开卫星天线的展开过程仿真研究[J];机械设计与制造;2006年07期

4 黄昱;;卫星天线的建设与维护[J];国外建材科技;2006年04期

5 赵文龙;;旧卫星天线的翻新和保养[J];家电检修技术;2006年05期

6 晓明;;夏日卫星天线的安全使用[J];民防苑;2007年04期

7 文斌;靳英卫;闫英敏;;船载卫星天线方位角控制方法研究[J];新技术新工艺;2011年12期

8 陈德权;;浅析便携式消防卫星天线对星策略[J];中国西部科技;2012年12期

9 刘殿文;;卫星展开天线的现状和动向[J];国外空间动态;1987年11期

10 周述锋;应用新工艺制造成功通信卫星天线[J];宇航材料工艺;1989年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 向军;;如何选择动中通卫星天线[A];2009中国卫星应用大会会议文集[C];2009年

2 ;单项和双向动中通卫星天线的技术与市场(英文)[A];2008中国卫星应用大会会议文集[C];2008年

3 孟祥合;;卫星天线跟踪系统改造[A];2007第二届全国广播电视技术论文集2（下）[C];2007年

4 罗亚军;徐明龙;张希农;;环形卫星天线试验结构的设计与分析[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 杜云飞;李长江;廖瑛;冯向军;;某卫星天线双轴定位机构建模、控制与仿真研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年

6 潘兵;谢惠民;杨林华;;三维数字图像相关方法在卫星天线表面测量上的应用[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

7 王建宅;米宏伟;;1.2米车载站卫星天线的机构设计[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年

8 ;电子五十四所移动卫星天线简介[A];卫星移动通信研讨会资料汇编[C];2004年

9 李福林;;卫星天线用8011铝合金带材生产工艺研究[A];全国第十三届轻合金加工学术交流会论文集[C];2005年

10 陈敏;;SMC卫星天线及其在电视广播与通信领域中的应用[A];第十四届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 Puffsound;卫星天线波导管中的怪物[N];电子报;2007年

2 广西 梁梧;卫星天线焦点的确定[N];电子报;2008年

3 山东 崔玉山;卫星天线的快速定位[N];电子报;2007年

4 彰无忌;个人私装卫星天线问题应引起重视[N];人民政协报;2007年

5 本报记者　 王海 实习生 卢勇刚 魏强;违法卫星天线“锅”里炒啥菜？[N];市场报;2006年

6 记者 甘丰录;浙江中星推出船载卫星天线新品[N];中国船舶报;2011年

7 江苏 方锦志;室外卫星天线防护一法[N];电子报;2004年

8 本报记者 马金　见习记者 汤文慧;“30条新政条条都能让我们得实惠”[N];南京日报;2010年

9 安徽 李必虎;卫星天线的保养[N];电子报;2000年

10 邹勇;卫星天线之太阳校正法[N];电子报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴鹏;船用卫星天线姿态稳定系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 范强;机载卫星天线自动跟踪系统控制技术研究[D];北京理工大学;2016年

2 李晓红;基于单片机的卫星天线自动定位控制系统开发与研究[D];华东师范大学;2008年

3 肖勇;环形可展开大型卫星天线结构设计与研究[D];西北工业大学;2001年

4 刘世海;可展开卫星天线展开结构可视化辅助概念设计软件原型[D];西安电子科技大学;2005年

5 张世生;数字卫星天线自适应控制器的研制[D];山东师范大学;2006年

6 吴新录;卫星天线展开装置在轨热稳定性分析[D];吉林大学;2008年

7 朱友良;便携式卫星天线测试仪的研究[D];山东师范大学;2000年

8 许美慧;卫星天线自适应控制系统的设计与开发[D];山东师范大学;2004年

9 陈序;移动卫星天线稳定跟踪系统的设计及工程实现[D];南京理工大学;2007年

10 邵丽;“动中通”卫星天线的馈源系统设计[D];西安电子科技大学;2012年

，

本文编号：594743