卫星自动跟踪伺服系统关键技术研究

发布时间：2020-06-05 17:21

【摘要】：本文以卫星自动跟踪伺服系统的研发为背景,深入研究了卫星信号初始对准、稳定跟踪等相关技术。在对系统总体方案分析研究的基础上,详细论述了系统软硬件的开发过程,并对系统的性能进行了测试与分析。本文的主要研究内容如下:首先,通过分析研究常见的稳定跟踪技术,结合实际需求,确定了惯导前馈补偿和程序跟踪+圆锥扫描相结合的稳定跟踪策略,并在此基础上详细阐述了系统初始对准和稳定跟踪的工作过程。根据系统的接口配置和功能需求,确定了系统的硬件总体设计方案。系统硬件架构主要由运动控制单元、驱动单元以及转台机构三部分组成,基于各组成部分的实际需求完成了主要元部件的选型。同时,完成了电路板的设计与开发。然后,分析研究了圆锥扫描跟踪技术的工作原理,详细论证了圆锥扫描的工程实现方法,并进行了MATLAB仿真验证。同时,针对传统圆锥扫描跟踪技术设计了前馈补偿、均值滤波等性能改进方案。依据模块化程序设计思想,确定了控制系统的软件构架。在对步进电机开、闭环控制方式分析探讨的基础上,选取改进的闭环PID算法作为核心控制算法。完成了系统初始化、数据采集与解码、初始对准以及稳定跟踪模块的软件开发。最后,搭建了卫星自动跟踪伺服系统,并对系统性能进行了分步调试,包括主控单元与传感器通信功能测试、转台机械特性测试以及电波开环、闭环条件下的稳定跟踪性能测试。通过对实验结果的分析,初步验证了系统所采用跟踪策略的可行性。
【图文】：

示意图,单脉冲,信号,关键维度

单脉冲和差信号示意图

示意图,圆锥扫描,示意图,程序跟踪

对比较广泛。其缺陷在于馈源永远偏离目标卫星一定角度，会致使天线的增益有所下降，而且如果采用机械旋转方式，很难避免振动现象的发生，固有误差也会随之增加。图2.3 圆锥扫描示意图3、系统选用的稳定跟踪方案根据以上所述章节，结合系统机械结构以及低成本、小型化的设计初衷，本文所述系统稳定方案采用惯导前馈补偿稳定方案，跟踪方案采用程序跟踪+圆锥扫描相结合的方案。首先，系统利用程序跟踪和圆锥扫描实现初对准。初对准又分为粗跟踪与精跟踪，，其中程序跟踪实现粗对准，圆锥扫描实现精跟踪。程序跟踪主要根据双 GPS 反馈信息解算出载体所在地理位置经纬度与天线在地理坐标系下的指向角，结合所要对准卫星的经纬度计算出初始指向角度。精跟踪主要根据圆锥扫描过程中对接收到的信标信号的处理结果，对粗对准结果进行修正完成精对准。然后，系统利用惯导前馈补偿隔离载体扰动实现平台稳定，利用程序跟踪+圆锥扫描相结合的策略实现对卫星信号的跟踪。完成初对准后
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN927.2

【参考文献】