[摘 要]天线伺服系统相当于一个三轴的转台系统，天线可在水平、俯仰、方位三个方向转动，直流电机驱动，每个电机轴上安装光栅编码器，天线上装有机械式水平/俯仰传感器，地磁式方位传感器，偏馈碟形天线安装在转台上，整个天线系统外面用玻璃鋼天线罩密封，可全天候工作，不受日晒、雨雪、风等的影响。天线伺服系统是船载移动站的关键系统之一，它用来控制天线位置的，可以在限定的区域内保证对目标的及时捕获和较高精度的跟踪，从而保证数据链路的畅通，以及时对目标的角度测量，其性能好坏直接关系到微波链路能否可靠传输。因此，船载卫星天线伺服系统的设计需要符合海面远距离传输要求，能够自动跟踪空中目标，为海面船只与地面基站沟通建立无线信道。本文就着重阐述了船载卫星天线伺服系统的设计，旨在满足人们的信号传输需求。
　　[关键词]船载卫星天线；伺服系统；设计；流程
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0258-01
　　到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统，自动控制系统不仅在理论上飞速发展，在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3～5年就有更新换代的产品面市。目前，新型的永磁交流伺服电机发展迅速，尤其是从方波控制发展到正弦波控制后，系统性能更好，它调速范围宽，尤其是低速性能优越。随着国内对大规模分布式控制装置的需求上升，高档数控系统的开发成功，网络化数字伺服的开发已经成为当务之急。
　　一、伺服控制系统概述
　　伺服控制系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统。伺服控制系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：以小功率指令信号去控制大功率负载，火炮控制和船舵控制就是典型的例子；在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。衡量伺服控制系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性，带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制，惯性越大，带宽越窄，一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度，因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机和旋转变压器等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统，通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
　　二、船载卫星天线伺服系统设计
　　1.船载移动天线伺服系统
　　该系统主要由电机伺服系统、天线座、GPS定位系统、电子罗盘、角度编码器、角速率传感器（即陀螺仪）等组成。系统采用了依靠自身惯性元件陀螺来实现三轴稳定的策略。同时，为克服仅仅靠陀螺自身稳定难以满足卫星通信对跟踪精度要求的问题，采取了在陀螺稳定的基础上配以水平仪实时校正和馈源电平信号步进跟踪来达到高精度稳定跟踪目标卫星的目的。另外，单片机作为控制计算机，负责接收用户输入信息，完成与GPS接收机、天线姿态传感器、通信设备等直接的通信，从中获取地理位置、天线实际姿态等信息，然后通过对电机控制器发送命令驱动电机完成对星。
　　2.天线伺服设计
　　L天线采用六单元螺旋天线的形式，在无限大理想导电平面上的螺旋天线阵列的方向性函数为式中，为螺旋自由空间的方向性函数，轴向模螺旋天线的方向性函数可以用单圈的方向性函数乘以行波天线阵因子函数求得；UHF波段天线用于移动站同步控制信道信号的接收，由于系统要求码速率较低，故采用左旋圆极化全向天线形式设计；轴向模螺旋天线的轴比只和螺旋圈数有关，且圈数越多，轴比越好；天线座采用方位转台型，分程序跟踪与手动跟踪两种工作模式，方位角为0°～360°无限转动，伺服控制分系统接收外部发送的方位引导数据，控制天线转动，实现对目标的跟踪。要实现L波段定向天线利用数字引导的方法与空中设备天线沟通，必须要知道船载天线与真北的夹角θ，船载天线与真北的夹角采用GPS二维定位定向系统进行方位测量和定位，GPS天线安装在定向天线反射面二侧，当二个天线间隔长度为1m时，测角精度可达0.15°，能够满足定向天线数引跟踪的要求，计算船到气球连线与真北的夹角γ。船载设备通过同步/控制信道接收空中目标GPS的位置，并结合船载设备当前GPS位置计算出船到空中目标连线与真北的夹角γ；计算定向天线指向与真北的夹角β。螺旋阵天线阵指向与天线反射面垂直，所以β=θ+90°。船载设备根据船到气球连线与真北的夹角γ，定向天线指向与真北的夹角β，将（β-γ）角度差的绝对值送给伺服设备，伺服设备驱动定向天线转动（β-γ），从而指向空中目标。
　　3.船载卫星传输流程
　　船载移动站设备由L定向天线组合、UHF全向天线、GPS接收机、UHF射频前端、L射频前端和数据终端、数据复分接器、IP加速器组成，数据终端主要由监控、收发终端、数据处理、电源变换等组成。L波段定向天线接收到下行信号，经L射频前端进行低噪声放大、滤波后送接收机进行变频，中频放大后送终端解调，输出数据给数据处理单元。数据处理单元将数据解帧后通过数据复分接器提取本地数据分发出去。L波段上行信号由数据复分接器接入各路用户数据，在数据处理单元中组成信道帧送终端，再经调制、上变频送给L射频前端，在射频前端中经功率放大通过定向天线发送出去。同时，数据处理单元接收本站监控送入的回报数据复接入上行数据，统一组帧后通过上行链路传送目标单元。UHF波段全向天线接收同步/控制信道信号，经UHF射频前端进行低噪声放大、滤波后送UHF波段接收机进行变频，中频放大后送终端解调，输出数据给数据处理单元。数据处理单元根据目标号提取本地链路控制指令，送入本站监控。数据处理单元可以在远控模式下完成对本地设备工作状态的控制。同时，数据处理单元也可以接收本站监控的指令在本控模式下完成对本地设备工作状态的控制。
　　三、结语
　　伺服系统的发展趋势即高精度、高速度、大功率，伺服系统的发展要充分利用电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用微机实现调节控制，增强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响，这可以大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应控制创造条件，同时，要开发高精度、快速检测元件与高性能的伺服电机。要针对中国卫星资源现况和现有船载卫星电视接收设备情况设计，以期船载卫星伺服应用系统在技术上实现了全数字化、模块化、智能化和小型化，以适应水上应用环境，适用于中国近海、内河、远洋等各种使用环境。
　　参考文献
　　[1] 杜宝库.船用卫星天线伺服系统的控制研究[D].集美大学，2014-05-27.
　　[2] 王丽娜，王兵，周贤伟，黄旗明.卫星通信系统[M].国防工业出版社.2009，3.