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标题	浅谈一种便携站天线伺服系统设计
范文	齐晓娜++常雅丽 【摘 要】为减轻系统重量，便于携带，同时降低操作复杂程度，论文设计了一种便携站天线伺服系统。系统中采用了大量一体化设计理念，使得成品结构简单，体积小、重量轻。程序中采用了多项软件算法使得对星过程简单高效。便携站天线可单人背负，可实现一键对星，应用于抗震救灾、应急通信等方面具有较大优势。 【Abstract】In order to reduce weight， easy to carry and operate， a portable station antenna servo system is designed in this paper. The system uses a large number of integrated design concept， so that the finished product structure is simple， small size， light weight. The program uses a number of software algorithm makes the satellite simple and efficient .It has great advantages in earthquake relief， emergency communication and so on. 【关键词】一体化设计；角度标校；航向校正 【Keywords】integrated design； angle calibration； heading correction 【中图分类号】TN927 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0195-02 1 引言 在应急通信中便携式卫星站作为联系现场和后方指挥中心的纽带，可以将后方指挥中心搬移到现场来，从而在现场搭建现场应急救援的最高指挥场所。为此我们进行了便携站天线的设计，设计理念：一体化设计以便于携带、智能化设计以便于操作简单。 天线在结构上采用一体化设计，重量轻，外形美观。伺服和结构一体化设计，伺服尽量选用体积小，重量轻的元器件，并且驱动与电机采用—体化设计；伺服控制跟踪盒安装在天线底箱里，这样无需单独的伺服控制机箱以及相应的控制电缆，整个天线外形简洁美观。整体外观图见图1。 2 设计原理 系统设计如图2所示，此系统可分为主控模块，驱动模块、跟踪接收机模块、罗盘和GPS模块，各模块的功能如下： 主控模块，主要实现信息采集，衛星位置算法实现和驱动电机转动的功能，是整个系统的核心。通过数学运算得到卫星理论角度，然后控制电机转向理论角度，实现位置闭环。 驱动模块，主要是利用步进电机实现两个轴向的转动，以及获得电机轴的位置反馈。当电机出现故障时能够及时停转，保护系统不会造成更大的损失。 跟踪接收机模块主要为信标接收机，实现天线大致对准卫星后的精确跟踪，是系统不可或缺的一部分。 罗盘和GPS模块，主要由罗盘和GPS天线组成，系统利用GPS实现得到准确的当地经纬度的信息，利用罗盘实现便携天线的定向姿态信息。 3 硬件设计 3.1 主控板设计 主控板采用高速单片计算机作为控制核心，主控板是伺服控制跟踪系统的核心，采用功能模块化和一体化的设计方法，实现采集罗盘、GPS、轴角、接收信号以及驱动电机等功能。 3.2 CAN总线技术 由于本系统中使用了大量具有CAN总线接口的模块，例如电机、跟踪接收机等。如果使用传统点对点连接方式则会带来大量的电缆，而使用CAN总线的连接方式，模块之间只需要使用4根连接线即可完成系统的通信。 3.3 步进电机驱动控制 天线驱动采用步进电机，考虑到体积小型化、控制简单可靠、功耗情况和供电形式选用小型一体化步进电机。驱动器与电机采用整体设计，带12位码盘反馈。具有CAN总线接口，与主控板全数字交互数据，有效提高了控制精度，简化了控制电路。 3.4 电子罗盘和GPS的选取 目前，市场上定向定位产品基本为惯导、寻北仪、电子罗盘、GPS /北斗等产品[1]，他们各有市场需求，对于本项目我们选取了电子罗盘加GPS方式，理由如下： 惯导、寻北仪定向精度高，不受天气、昼夜、地磁场和场地通视条件的影响，但是价位高、体积大，不适用于便携站天线系统中。 电子罗盘是利用地磁场来定北极的一种方法，成本低、体积小、定向精度较高（0.5度）。但是受地磁环境以外产生的磁场影响较大吗，只能获取大致航向，再通过伺服系统扇扫来锁定目标。 GPS/北斗是通过卫星定位，GPS与北斗信号可自由切换，其体积小、重量轻、功耗低，所以本系统采用GPS+电子罗盘的形式来定位定向。 3.5 跟踪接收机模块 跟踪接收机主要的功能是卫星信号进行处理，解调出AGC电压，提供给主控板，使天线准确对准卫星，跟踪接收机同样具有CAN总线接口，便于系统连接。 4 软件设计 4.1 软件流程 伺服控制软件运行在主控板上，系统上电后，首先初始化，然后自动采集限位、定位定向以及故障等信息；等待系统命令。一旦收到一键寻星命令，系统进行星位计算，马上驱动天线转到理论位置，然后进入快速扇扫步骤，跟踪接收机锁定后自动运行旁瓣识别程序，确认主瓣后进入跟踪程序，直到跟踪到信号最强，对星完成。 4.2 关键技术 4.2.1 角度标效技术 本系统中使用的12位码盘反馈为增量式。为防止角度有误，每次上电需要将角度校准。系统中安装标效开关，或者限位开关也可当作标效开关使用。系统出厂前置入标校开关角度信息，系统上电后，自动标效角度。标校步骤如下： ①系统开机，轻触对星按钮； ②俯仰轴自动高速上转，寻找俯仰校正开关或限位开关； ③转动过程中实时检测开关信号，如有信号返回立即停止转动； ④俯仰以低速下转，缓慢脱开开关； ⑤脱开后继续低速上转，直至再次碰到开关； ⑥将此开关角度信息作为目标值，反向计算俯仰校正数值。 至此俯仰角度标校完成，同样原理，方位也可以使用此种方法标校。 4.2.2 航向校正技术 电子罗盘容易受磁场影响，为了避免该问题，伺服控制软件中采用了卫星标校法来校正天线角度[2]。 在进行天线标校时，首先对准一颗稳定的同步卫星，由于所对卫星的经度以及当地经纬度信息是确定的，故可以计算出该卫星的理论方位、俯仰角。 根据计算所获得的方位、俯仰角与天线当前实际对星角度相减，即可获得罗盘的航向偏差。使用该技术实现了对星的准确性，提高了对星速度。 5 结语 本文设计了一种便携站天线伺服系统，该系统采用一体化、智能化设计。在系统中应用了大量整体—体化设计理念使得整个系统体积小、重量轻。同时伺服控制软件采用多项技术，降低了系统使用难度。随着卫星通信的发展，以及国家应急通信的需求日益增加，便携天线将会在各个领域中发挥更大的作用。 【参考文献】 【1】魏英杰.动中通地面站卫星天线伺服控制系统[J].无线电通信技术， 2007，33（3） ：30-32. 【2】梁志杰，郑帅，黄国帅，等.基于多频段中继卫星的无塔快速标校技术[J].现代电子技术，2015（8）：35-36.
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