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    军工航天
    光纤陀螺仪雷达、卫星跟踪通信系统中应用
    2019-08-08
    一般来说,雷达天线安装在桅杆上,相对开放的地方,其目的是为了避免各种干扰引起的信号源或电磁辐射。为了保证工作的稳定性和可靠性,在专门设计的雷达天线配置一个稳定的平台,这是一个不受影响的程度。但在实际应用过程中,雷达天线会由于外部振动的情况下,其结构存在的停滞和安装在实际使用中产生误差等原因造成的倾斜,倾角传感器可以准确测量各种原因导致的角度偏移,实时检测角度信号的数字量或模拟量的形式转让出去,可以直接连接识别相应的信号显示仪和相应的控制系统,实现对雷达天线的实时检测和控制,保证其正常稳定的工作。卫星自动跟踪系统????卫星自动跟踪系统是用以保证卫星发射天线在车体运动时对卫星的准确指向。其主要设备有:????(1)天线座,采用卸载和储力方式减小天线传动时的负载惯量。????(2)伺服,采用位置环或速度环控制方式,使用模拟硬件提高电路响应速度,减小伺服跟踪系统的动态滞后误差。????(3)数据处理,使用专用的数学解算平台,对误差信号、载体的动态信号进行处理,解算出天线的控制信号。????(4)载体测量,使用捷联惯导测量和其他测量手段组合测量出载体的变化量,使其反应在天线跟踪上。其中,光纤陀螺是在光学干涉原理基础上发展起来的新型导航仪器,成为新一代捷联式惯性导航系统理想的主要部件,用于对所设想的物体精确测向。石英挠性摆式加速度计是由熔融石英制成的敏感元件,挠性摆式结构装有一个反馈放大器和一个温度传感器,用于测量沿载体一个轴的线加速度。光纤陀螺三轴惯测组合由三个光纤陀螺仪和三个石英挠性摆式加速度计组成,可以实时地输出载体的角速度、线加速度、线速度等数据,具有对准、导航和航向姿态参考基准等多种工作方式,用于移动载体的组合导航和定位,同时为随动天线的机械操控装置提供准确的数据。对动中通系统来说,其主要性能要求是:加表精度1×10-4g;光纤陀螺精度(偏置稳定性)≤1°/h;标度因子线性度≤5×10-4。卫星通信系统???卫星通信系统的作用是使电视信号上行传输到卫星,并由转发器下行传送到地面卫星接收装置。其主要设备有:编/解码器、调制/解调器、上/下变频器、高功率放大器、双工器和低噪声放大器?!岸型ā毕低彻ぷ髟???载体在移动过程中,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,因此必须对载体的这些变化进行隔离,使天线不受影响并始终对准卫星。这就是天线稳定系统要解决的主要问题,也是移动载体进行不间断卫星通信的前提。??“动中通”跟踪系统是在初始静态情况下,由GPS、经纬仪、捷联惯导系统测量出航向角、载体所在位置的经度和纬度及相对水平面的初始角,然后根据其姿态及地理位置、卫星经度自动确定以水平面为基准的天线仰角,在保持仰角对水平面不变的前提下转动方位,并以信号极大值方式自动对准卫星。在载体运动过程中,测量出载体姿态的变化,通过数学平台的运算,变换为天线的误差角,通过伺服机构调整天线方位角、俯仰角、极化角,保证载体在变化过程中天线对星在规定范围内,使卫星发射天线在载体运动中实时跟踪地球同步卫星。系统跟踪方式有自跟踪和惯导跟踪两种。自跟踪是依靠卫星信标进行天线闭环伺服跟踪;惯导跟踪是利用陀螺惯导组合敏感载体的变化进行天线跟踪,这种跟踪方式有时候常被称为引导。这两种跟踪可根据现场情况自动切换。当系统对星完毕转入自动跟踪后,以自跟踪方式工作;与此同时,惯导系统也进入工作状态,并不断输出天线极化、方位和俯仰等数据。当由于遮挡或其它原因引起天线信标信号中断时,系统自动切换到惯导跟踪方式。动中通的跟踪????载体运动时需要对卫星信号或卫星信标信号进行连续跟踪,根据不同系统的需要可以采取不同的跟踪方式。按跟踪原理,自动跟踪可分为三种体制:步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪。步进跟踪????步进跟踪又称极值跟踪,它是一步一步地控制天线在方位面内和俯仰面内以一个微小的角度作阶跃状转动,使天线逐步对准卫星。直到接收到的信号达到最大值后,系统才进入休息状态,经过一段时间后,再开始进入跟踪状态,如此周而复始地进行工作。图1所示为步进跟踪的原理框图。图1步进跟踪系统原理框图????在这种方式中,天线的进动分为搜索步和调整步两种。搜索步动作后,整个跟踪系统就开始工作,包括对信号数据取样、场强记忆、比较等,待经过若干次搜索,并确定天线应该转动的方向后,天线就回到原来位置,然后向卫星方向转动一步。这最后的一步就称为调整步。所以,调整步与搜索步的主要区别在于调整步动作后天线不会回到原处,而搜索步则不一样。不管搜索步动作多少次,只要完成规定的次数后,天线就回到原处,接着天线就转动一个调整步。在实际系统中它们可以是分开的,也可以是同一步。????单脉冲跟踪????单脉冲跟踪方式的特点是天线的射束固定,在一个脉冲的间隔时间内就能确定天线波束偏离卫星的大小和方向,获取天线方位轴和俯仰轴运动的误差信号以驱动伺服系统,使天线迅速对准卫星。单脉冲跟踪有多喇叭方式和高次模方式,多喇叭方式通常有幅度比较和相位比较两种。对于抛物面天线,通常配置多个喇叭,用幅度比较方式产生误差信号进行跟踪。高次模方式则是当天线对称轴偏离卫星方向时,提取馈源波导管内产生的高次模作为位置误差信号进行跟踪。单脉冲跟踪体制的跟踪速度和跟踪精度都比圆锥扫描跟踪体制和步进跟踪体制要高出几个数量级,但它设备复杂,成本较贵。???圆锥扫描跟踪???圆锥扫描跟踪是把馈源喇叭绕天线对称轴作圆锥运动,或把天线副面倾斜旋转,这样天线波束呈圆锥状旋转。当天线轴对准卫星时,信标电平将受到一个频率极低的信号对其进行幅度调制。调制频率与波束旋转频率相同,调制深度与波束偏离卫星的距离有关,偏离大,调制深度大;偏离小,调制深度浅;不偏离,调制深度等于零。调制的相位与波束偏离的方向有关,所以由调制信号的幅度和相位就能检测出天线波束的指向误差,并根据指向误差来确定电机驱动天线转动的方向和大小。???三种跟踪体制的比较???从三种跟踪原理的工作方式上来看,它们在本质上是相同的,都是在取得多个AGC信号后比较并确定电机的转动方向和幅度。步进跟踪是分别在方位和俯仰面内采样后驱动电机带动天线在方位和俯仰面内转动;圆锥扫描跟踪则是馈源在电机驱动下作圆锥运动并在该过程中比较信号电平的大小来对准卫星;单脉冲跟踪则在一个脉冲的时间内就能确定电机的转动方位和幅度。???单脉冲跟踪的精度和速度都比较高,但系统比较复杂,造价高,一般适用于精度要求较高的地方;圆锥扫描的精度虽能满足一般系统的要求,但结构比较复杂,对信号损耗较大,而且跟踪速度也比较慢;而步进跟踪的速度和精度都界于两者之间,并且整个系统比较简单,实现起来比较容易,因而得到了较广泛的应用。????稳定技术  对于动中通系统来说,如果仅有跟踪,那么天线在载体大的波动下很容易丢失信号而造成通信中断。因此,必须有天线稳定系统来隔离载体运动造成的干扰。车载天线的稳定系统有两种实现方法:1,物理平台稳定;2,捷联式稳定。????(1)物理平台稳定在车载天线和车体之间通过一个稳定平台来隔离,车体的运动被稳定平台隔离在车载天线系统之外。这相当于把车载天线固定在大地平面上,很容易实现精确对星,且对准卫星以后不再需要调整天线的指向。这种方法把车载天线稳定系统分割成一个稳定平台系统和一个天线伺服系统。天线的稳定对星依赖于稳定平台,自主能力差,系统复杂,相对成本高。????(2)捷联式稳定利用载体上陀螺、GPS等提供的信息,通过坐标变换,建立一种数学平台,计算出伺服系统的修正量。系统由于结构简单、可靠性好、体积小、成本低、容易维修等特点而得到了广泛使用。???“动中通”车能在20~100km/h的行驶速度下通过卫星双向传送数字电视,广播,数据信号,保障运动载体在移动过程中不间断进行宽带多媒体卫星通信?!岸型ā毕低程氐恪岸型ā痹谥辈ブ杏幸韵掠诺悖????(1)在转播过程中采用自主跟踪方式跟踪卫星,充分利用了卫星通信覆盖区域大、抗干扰能力强、线路稳定的特点,可实现点对点、点对多点、点对主站移动卫星的通信;????(2)“动中通”车具有灵活、机动的转播特点,能确??焖?、实时的静态和动态现场直播;????(3)自动重捕时间短,驶出通信盲区后能快速恢复通信;????(4)与OFDM“无方向”移动微波设备相比,“动中通”车无需收、发设备操作人员在恶劣环境条件下工作,节约了人力、物力,而且减小了电磁辐射污染;????(5)信号传输过程的节点减少,提高了转播质量和可靠性;????(6)能降低大范围、复杂场景直播过程的运行成本。然而,受目前技术的限制,“动中通”仍存在一些不足,主要是:????(1)在转播环境比较复杂(建筑物太高、太多,桥梁、山区等)的情况下,会出现信号中断现象;????(2)用两辆“动中通”车传送不同电视图像信号,在图像播出时不易做到无闪点连接(两车同时遇到闪点);????(3)“动中通”车与移动信号采集车之间信号传输不易(两车的方向、位置在不断变化)。AgileLight系列光纤陀螺动中通中使用的优势????AgileLight系列光纤陀螺性能稳定,能够抵抗冲击和各种恶劣环境,价格优势明显,既可以作为低成本光纤陀螺惯导系统中的主要部件,也可以用于伺服系统,是动中通系统的理想选择。
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