浮标通信系统增稳平台控制算法与系统实现
发布时间：2021-01-13 05:20
现代战中,通信的隐蔽性决定了作战平台的生命周期。为了提高海洋环境下水下作战平台的掩蔽性,作战平台通过在水下释放拖曳浮标实现与卫星间的通信已逐渐成为海洋作战的主要通信手段。然而,受海洋气候的影响,浮标具有不规则的运动现象,其晃动将造成数据传输中断,极大限制了浮标与卫星间的通信效率。经典的卫星移动通信系统的专用控制平台主要针对陆地移动站,并不适用于海面浮标与卫星通信场景,故难以满足浮标卫星通信系统的研究需求。为此,论文设计开发一套浮标卫星通信系统的自稳定控制平台,提高浮标卫星通信系统的姿态稳定精度,解决海洋气象环境扰动下拖曳式浮标稳定通信问题,为水下作战平台提供新型隐蔽通信手段。浮标卫星通信系统自稳定控制平台设计开发的主要内容为:1、设计增稳云台控制系统,实现海浪横向扰动下浮标内浮标卫星通信系统的姿态稳定控制。该系统选用二自由度云台,利用PID控制算法实现云台增稳控制,通过引入卡尔曼滤波算法对浮标下一时刻姿态进行预测,解决PID控制算法响应滞后问题。通过实验测试,二自由度云台姿态角稳定精度控制在3°以内,满足浮标卫星通信系统载荷的姿态稳定条件。2、建立波浪模型,提高浮标增稳云台控制精度。利...
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RTOF标体Fig.1RTOFStandardbody
等之间的通信链路。圆筒型的浮标结构使得水下作战平台在拖曳过程中遭受较小的阻力。利用符合构件的机械结构，使其重量减轻，能够保证在工作期间，净浮力就能将自带的天线升高到水平面以上，以达到卫星通信的目的。通过在底部挂载大质量物体，降低浮标中心，使之在水面工作时具备一定的自增稳能力，虽然达到一定的减摇效果，但面对复杂海洋环境的影响，升降浮心无法从根本上解决海浪干扰下的标体晃动。就其结构与升降浮心方式，对拖曳式浮标结构设计具有一定的参考价值。2004年初，完成实验的卡里斯托尔浮标问世，如下图：图2卡利斯托尔Fig.2Calistor当水下作战平台需要建立通信渠道时，通过绞车将卡里斯托尔浮于水面，利用UHF天线进行卫星通信。扁平状的设计从流体力学上完美解决圆柱型浮标被拖拽时产生的下沉特性，降低浮标拖拽过程中对水的扰动，提高卫星天线性能，构建更加稳定的卫星通信链路。卡里斯托尔与RTOF浮标基于不同的物理结构，提升水下作战平台拖拽过程中浮标的稳定性，实现基于不同手段的通信链路构建，达到水下作战平台与水面上方通信的目的。随着科技的发展，卫星通信系统成为水下作战平台的主要通信方式，需要通过卫星通信完成大量的数据传输，仅通过物理结构完成浮标稳定通信已经不能满足现代水下作战平台对于通信链路的稳定性要求。现代浮标卫星通信系统需要通过浮标卫星通信系统与划北在轨卫星进行对接，完成带宽更大的通信链路构建，进行庞大的数据传输。需要基于具有一定稳定性结构浮标与增稳设备共同工作，提高浮标卫星通信系统稳定通信能力。1.3增稳控制算法发展现状目前国内外通过云台实现电子通信设备等载荷的目标跟踪功能的研究很多，并且一直运用在各行各业的发展中，其基本工作原理是通过观测物体反馈信息调
海南大学硕士学位论文52浮标设计与增稳控制系统总体方案本章主要介绍了如何设计符合载荷（卫星通信设备）物理特征以及功能需求的浮标，以实现卫星通信设备最基本的载体需求。在此基础之上，设计合理的浮标结构，降低海洋气候干扰对增稳控制系统设计难度，提高控制系统精度，而后分别从软件与硬件方面阐述了浮标通信增稳平台控制系统的设计方案与设计思路。2.1卫星通信浮标设计2.1.1浮标设计需求分析卫星通信浮标主浮体在根据载荷物理特征（尺寸、重量等）、载荷工作特性、外围辅助设备和配重等因素进行设计，同时在结构上还需要采用能够降低浮标受波浪激励而发生的横向摇摆和自旋转问题的影响(Kokorinaetal，2019)。如下图：图3浮标横向摇摆运动Fig.3Buoylateralswingmotion浮标搭载的卫星通信设备的物理特征，如下：表1卫星通信设备参数表Table.1Satellitecommunicationequipmentparametertable指标参数重量10Kg尺寸φ250mm*300mm通信有线电缆配置（速率1kbps）接口类型12针插件接口尺寸12.7mm有效口径φ450mm根据表中卫星通信设备参数，提出卫星通信系统浮标设计要点如下：（1）根据卫星通信系统的尺寸，对浮标主壳体进行设计，要求在满足卫通系统对浮标内部空间包络要求的同时，浮标在拖曳情况下具有良好的稳定性和很小
【参考文献】：
期刊论文
[1]新息自适应混合卡尔曼滤波算法构建地表沉降预测模型[J]. 曾令权,熊鑫,陈竹安. 工程勘察. 2020(04)
[2]一种基于多传感器数据融合的云台自稳控制方法[J]. 李会军,袁帅,汤翔,唐超权. 控制工程. 2019(10)
[3]上升段飞行器目标的视频图像跟踪[J]. 赵麒瑞,韩耀斌,沈惠,刘光花. 南京航空航天大学学报. 2019(S1)
[4]基于液晶显示的天线测量系统设计[J]. 彭可卿,王新君,金玲玲. 电子测量技术. 2019(17)
[5]海洋观测浮标摇摆姿态视频测量方法及试验分析[J]. 赵江涛,顾季源,张东亮,齐占辉,李明兵. 电子设计工程. 2019(15)
[6]基于机器视觉的二轴云台的目标跟踪设计[J]. 张泊宁,杜忠华,鲍科著. 电子设计工程. 2019(12)
[7]基于门控循环网络的海浪波倾角预测研究[J]. 赵建鹏,张爱军,蔡程飞,苏印红. 国外电子测量技术. 2019(05)
[8]含惯性摆发电装置之浮标的水动力分析[J]. 王冬姣,王英毅,邱守强,刘鲲,叶家玮,梁富琳. 船舶力学. 2019(04)
[9]深海自持式智能浮标双闭环模糊PID定深控制[J]. 张惠琳,李醒飞,杨少波,徐佳毅,李洪宇,王强. 信息与控制. 2019(02)
[10]海浪谱型对最大波高估算的影响研究[J]. 曹广随,陶爱峰,吴迪,邱桔斐,文铖. 海洋湖沼通报. 2018(06)
本文编号：2974298
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RTOF标体Fig.1RTOFStandardbody
等之间的通信链路。圆筒型的浮标结构使得水下作战平台在拖曳过程中遭受较小的阻力。利用符合构件的机械结构，使其重量减轻，能够保证在工作期间，净浮力就能将自带的天线升高到水平面以上，以达到卫星通信的目的。通过在底部挂载大质量物体，降低浮标中心，使之在水面工作时具备一定的自增稳能力，虽然达到一定的减摇效果，但面对复杂海洋环境的影响，升降浮心无法从根本上解决海浪干扰下的标体晃动。就其结构与升降浮心方式，对拖曳式浮标结构设计具有一定的参考价值。2004年初，完成实验的卡里斯托尔浮标问世，如下图：图2卡利斯托尔Fig.2Calistor当水下作战平台需要建立通信渠道时，通过绞车将卡里斯托尔浮于水面，利用UHF天线进行卫星通信。扁平状的设计从流体力学上完美解决圆柱型浮标被拖拽时产生的下沉特性，降低浮标拖拽过程中对水的扰动，提高卫星天线性能，构建更加稳定的卫星通信链路。卡里斯托尔与RTOF浮标基于不同的物理结构，提升水下作战平台拖拽过程中浮标的稳定性，实现基于不同手段的通信链路构建，达到水下作战平台与水面上方通信的目的。随着科技的发展，卫星通信系统成为水下作战平台的主要通信方式，需要通过卫星通信完成大量的数据传输，仅通过物理结构完成浮标稳定通信已经不能满足现代水下作战平台对于通信链路的稳定性要求。现代浮标卫星通信系统需要通过浮标卫星通信系统与划北在轨卫星进行对接，完成带宽更大的通信链路构建，进行庞大的数据传输。需要基于具有一定稳定性结构浮标与增稳设备共同工作，提高浮标卫星通信系统稳定通信能力。1.3增稳控制算法发展现状目前国内外通过云台实现电子通信设备等载荷的目标跟踪功能的研究很多，并且一直运用在各行各业的发展中，其基本工作原理是通过观测物体反馈信息调
海南大学硕士学位论文52浮标设计与增稳控制系统总体方案本章主要介绍了如何设计符合载荷（卫星通信设备）物理特征以及功能需求的浮标，以实现卫星通信设备最基本的载体需求。在此基础之上，设计合理的浮标结构，降低海洋气候干扰对增稳控制系统设计难度，提高控制系统精度，而后分别从软件与硬件方面阐述了浮标通信增稳平台控制系统的设计方案与设计思路。2.1卫星通信浮标设计2.1.1浮标设计需求分析卫星通信浮标主浮体在根据载荷物理特征（尺寸、重量等）、载荷工作特性、外围辅助设备和配重等因素进行设计，同时在结构上还需要采用能够降低浮标受波浪激励而发生的横向摇摆和自旋转问题的影响(Kokorinaetal，2019)。如下图：图3浮标横向摇摆运动Fig.3Buoylateralswingmotion浮标搭载的卫星通信设备的物理特征，如下：表1卫星通信设备参数表Table.1Satellitecommunicationequipmentparametertable指标参数重量10Kg尺寸φ250mm*300mm通信有线电缆配置（速率1kbps）接口类型12针插件接口尺寸12.7mm有效口径φ450mm根据表中卫星通信设备参数，提出卫星通信系统浮标设计要点如下：（1）根据卫星通信系统的尺寸，对浮标主壳体进行设计，要求在满足卫通系统对浮标内部空间包络要求的同时，浮标在拖曳情况下具有良好的稳定性和很小
【参考文献】：
期刊论文
[1]新息自适应混合卡尔曼滤波算法构建地表沉降预测模型[J]. 曾令权,熊鑫,陈竹安. 工程勘察. 2020(04)
[2]一种基于多传感器数据融合的云台自稳控制方法[J]. 李会军,袁帅,汤翔,唐超权. 控制工程. 2019(10)
[3]上升段飞行器目标的视频图像跟踪[J]. 赵麒瑞,韩耀斌,沈惠,刘光花. 南京航空航天大学学报. 2019(S1)
[4]基于液晶显示的天线测量系统设计[J]. 彭可卿,王新君,金玲玲. 电子测量技术. 2019(17)
[5]海洋观测浮标摇摆姿态视频测量方法及试验分析[J]. 赵江涛,顾季源,张东亮,齐占辉,李明兵. 电子设计工程. 2019(15)
[6]基于机器视觉的二轴云台的目标跟踪设计[J]. 张泊宁,杜忠华,鲍科著. 电子设计工程. 2019(12)
[7]基于门控循环网络的海浪波倾角预测研究[J]. 赵建鹏,张爱军,蔡程飞,苏印红. 国外电子测量技术. 2019(05)
[8]含惯性摆发电装置之浮标的水动力分析[J]. 王冬姣,王英毅,邱守强,刘鲲,叶家玮,梁富琳. 船舶力学. 2019(04)
[9]深海自持式智能浮标双闭环模糊PID定深控制[J]. 张惠琳,李醒飞,杨少波,徐佳毅,李洪宇,王强. 信息与控制. 2019(02)
[10]海浪谱型对最大波高估算的影响研究[J]. 曹广随,陶爱峰,吴迪,邱桔斐,文铖. 海洋湖沼通报. 2018(06)
本文编号：2974298
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