适用于海上卫星中继通信浮标的跟踪控制策略研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:canyang419
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以小型浮标为载体的海上卫星中继通信系统要求浮标内的卫星指向天线具有低轮廓、小体积、轻重量的特点。基于这种情况,本文提出了一种能够满足四级海况的卫星信号自动跟踪控制策略。论文从整体架构、软件算法和硬件单元层面对整个开发过程进行了详细的论述,同时论文也叙述了这种自动跟踪控制策略的模拟测试结果。测试结果表明该策略可以应用于四级海况条件下中继通信浮标系统,支持通信浮标系统稳定跟踪卫星信号。本文的主要研究内容如下:(1)首先按照自上而下的设计模式,根据四级海况下海浪对浮标的冲击波动程度给出合适的系统指标,进行总体方案设计,再采用模块化的思想,将整个系统划分为具体的模块组成,详细介绍各个模块在系统中发挥的作用以及在选型时需要注意的事项,然后再给出整个策略方案的具体工作流程,使系统运行井然有序。(2)然后从软件算法层面进行详细论述,包括初始寻星算法和稳定跟踪控制算法。软件算法是本论文研究的核心内容,直接决定了系统跟踪性能的好坏。初始寻星算法中的静态寻星公式从坐标变换法和平面几何法两种方法进行推导,并且提出可以引入标准卯酉圈曲率半径建立更加精确的地球模型来提高天线的指向精度;为了分析天线扰动带来的影响建立了载体坐标系,推导出了动态下天线理论对星算法公式;针对两轴平板天线,详细论述了缺失的横滚角对整个跟踪算法的影响并给出了解决方案;针对惯导单元测量数据传输延迟以及毛刺的问题,给出了基于Kalman滤波的前馈补偿方法,并且通过Matlab仿真证明了该方法具有很好的效果;跟踪控制算法方案设计中,通过对比各种闭环跟踪算法的优缺点结合实际项目需求最终选择圆锥扫描跟踪算法,并且在传统圆锥扫描跟踪算法的基础上进行了改进,提出了快速调整圆心的圆锥扫描跟踪算法和基于AGC门限的圆锥扫描跟踪算法。(3)最后对硬件模块单元进行选型及功能测试,并进行整体联合调试。先是对各个模块的选型及具体参数做了详细的说明,再逐个进行单板测试以及与中央控制单元的组合测试,在各个模块测试无误之后再统一进行联合调试,包括初始寻星测试、圆锥扫描跟踪测试、AGC闭环跟踪测试以及步进电机跟踪测试等,实验结果基本达到预期;还参阅相关文献论述了“动中通”系统性能评判指标以及误差分析,从伺服系统、数据信号延迟抖动、传感器、天线做工等方面引起的误差进行阐述并给出了改进措施。文章也对所做研究成果和不足之处进行了总结,提出了支持实际应用还需要完善的技术工作。
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