一种移动卫星天线检测与控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于卫星通信和自动控制技术领域，具体涉及一种移动卫星天线检测 与控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着卫星通信技术和自动控制技术的不断发展，在运动中实现与卫星实时数据交 换将会变得越来越普遍。在信息时代的今天，人们迫切需要在旅途中能够及时了解到新闻 时事，观看到现场直播的体育赛事和其它电视节目，移动卫星通讯接收系统就能够满足人 们的这一愿望。
[0003] 目前在国内外，移动卫星接收系统主要应用于军事通信领域。由于采用了大型天 线、惯性导航系统、复杂的天线稳定平台等先进技术，导致整个系统体积庞大、价格昂贵，无 法在民用领域普及应用。
[0004] 近年来，国内正在加快研究发展专用于广播电视服务的大功率直播卫星技术 (DBS)，相应的卫星也将于近期发射。经过技术分析论证得知，接收该大功率直播卫星信号 的天线口径可以小到30~50cm，波束宽度也相应的增加。这对研制开发实用的小型化、低价 格的普及型移动卫星通讯接收系统提供了有利的信息服务平台。
[0005] 对于高性价比的移动卫星通信系统，国内市场有强烈的需求，比较突出的如:大型 轮船的移动电视接收、豪华客车的移动电视接收、铁道部数字化列车规划中客车的移动卫 星通信、电视接收、网络接入系统等。历届奥运会上的一些运动员反映，在从宾馆到比赛场 馆路途的大巴上，看不到当时的体育比赛实况，深感遗憾。目前一些新闻采访车都还在使用 固定方式转播节目，特别不适宜战地记者实况采访、实况转播，如果有了移动接收卫星通讯 的天线跟踪系统，只需增加收发双工器，就能实现实时采访、实时转播，增加新闻的时效性 和真实感。
[0006] 现在的客车上都还没有配置移动卫星通讯接收系统，只能观看光碟，由于成本和 安装空间等原因，在火车上也未普及应用移动卫星通讯接收系统，仅能在少量软卧车厢观 看录像。如果能以较低成本开发出实用的小型化移动卫星通讯接收系统，将有很大的市场 需求。每天乘坐火车、汽车、轮船的人非常多，如果本系统能在交通工具上安装使用，不仅服 务上了档次，对乘客是一件很大的好事，而且给交通运输业也带来了经济效益。因此，移动 卫星通讯接收系统研制开发项目的市场前景广阔。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的是提供一种移动卫星天线检测与控制系统，解决了现有技术中 存在的移动卫星通讯接收系统安装成本高、空间局限大的问题。
[0008] 本实用新型所采用的技术方案是，一种移动卫星天线检测与控制系统，其特征在 于，包括设置于卫星通讯接收端的三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器，三轴陀螺 仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器均依次通过多路转换开关、A/D转换器后连接至DSP控制 器，DSP控制器又与电机驱动器连接，电机驱动器的输出端分为两路，一路与航向电机连接 后连接至二自由度天线体，航向电机用于控制二自由度天线体的方位旋转，另一路与俯仰 电机连接后也连接至二自由度天线体，俯仰电机用于控制二自由度天线体的俯仰角，航向 电机和俯仰电机还分别又与DSP控制器反控制连接。
[0009] 本实用新型的特点还在于，
[0010] DSP控制器的输入端还与设置于卫星通讯接收端的北斗接收机连接。
[0011] DSP控制器内还设置有卡尔曼滤波模块。
[0012] 本实用新型的有益效果是，移动卫星天线检测与控制系统，通过三轴陀螺仪、三轴 加速度计、三轴地磁传感器依靠自身的测量参数实时解算出运载体的航向角、俯仰角、横滚 角，然后利用卡尔曼滤波器修正各参数信息，同时系统也输出运载体的经炜度、高度、空速 和三维角速率、三维线加速度，最后由DSP控制器结合天线体在载体坐标系的航向角和俯仰 角单元，发出控制指令给驱动系统，进而带动电机转动使二自由度天线体指向控制角度。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型一种移动卫星天线检测与控制系统的结构示意图；
[0014] 图2是本实用新型一种移动卫星天线检测与控制系统中PID函数框图。
[0015]图中，1.三轴陀螺仪，2.三轴加速度计，3.三轴地磁传感器，4.北斗接收机，5.多路 转换开关，6 . A/D转换器，7.卡尔曼滤波模块，8. DSP控制器，9.电机驱动器，10 .航向电机， 11.俯仰电机，12.二自由度天线体。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0017] 本实用新型一种移动卫星天线检测与控制系统，结构如图1所示，包括设置于卫星 通讯接收端的三轴陀螺仪1、三轴加速度计2、三轴地磁传感器3，三轴陀螺仪1、三轴加速度 计2、三轴地磁传感器3均依次通过多路转换开关5、A/D转换器6后连接至DSP控制器8，DSP控 制器8又与电机驱动器9连接，电机驱动器9的输出端分为两路，一路与航向电机10连接后连 接至二自由度天线体12,航向电机10用于控制二自由度天线体12的方位旋转，另一路与俯 仰电机11连接后也连接至二自由度天线体12,俯仰电机11用于控制二自由度天线体12的俯 仰角，航向电机10和俯仰电机11还分别又与DSP控制器8反控制连接，DSP控制器8的输入端 还与设置于卫星通讯接收端的北斗接收机4连接，DSP控制器8内还设置有卡尔曼滤波模块 7〇
[0018] 本实用新型一种移动卫星天线检测与控制系统，首先，系统采用微机电系统 (Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)技术的三轴陀螺仪1、三轴加速度计2、三轴地 磁传感器3,完全依靠自身的测量参数实时解算出运载体的航向角、俯仰角、横滚角，在北斗 信号的辅助下利用卡尔曼滤波器7修正航向角、俯仰角、横滚角和陀螺、加速度，同时系统也 输出运载体的经炜度、高度、空速和三维角速率、三维线加速度；
[0019] 其次利用导航参数，计算出载体所携带的天线此时收卫星信号所需要的航向角与 俯仰角；
[0020] 最后由DSP控制器8结合天线体在载体坐标系的航向角和俯仰角单元，发出控制指 令给电机驱动器9,电机驱动器9带动航向电机10和俯仰电机11转动，使二自由度天线体12 指向控制角度。
[0021 ]其中，1 )、电机控制算法具体如下：
[0022]根据MEMS技术捷联惯导系统给出的姿态信息、结合电机自身的编码器值，解算出 电机的控制量，采用PID控制算法控制电机，PID函数框图如图2所示，图2中，r(t)是目标值， y(t)是系统的实际输出值，目标值与实际输出值构成控制偏差e(t)，其中，e(t)=r(t)-y (t)，e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。
[0023] PID的基本传递函数为：
[0024] u(t)=kp*e(t)+ki*[e(I)+e(2) + ···.+e(t)]+kd*[e(t)-e(t_l)]; (I)
[0025] 其中e(t)=r(t)-y(t);
[0026] Kp为比例项系数;Ki为积分项系数;Kd为微分项系数;e (t)为t时刻的偏差值;r (t) 为t时刻的目标值;y (t)为t时刻的实际值;u( t)为t时刻的输出值。
[0027] 式（1)称之为位置式PID函数，它是与之前时刻状态相关的函数，而t与t-Ι时刻的 变化量则为：
[0028] u(t) =u(t)-u(t-l)
[0029] =kp*e(t)+ki*[e(l)+e(2)+···.+e(t)]+kd*[e(t)-e(t-l)]
[0030] -{kp*e(t_l)+ki*[e(l)+e(2)+···.+e(t-l)]+kd*[e(t-l)-e(t-2)]}
[0031] =kp*[e(t)_e(t_l)]+ki*e(t)+kd*[e(t)-2e(t_l)+e(t_2)]; (2)
[0032] 式（2)称之为增量式PID函数，它只与上一时刻的状