基于C8051F120的船载卫星通信自动跟踪控制硬件系统的研发与应用

发布时间：2017-08-16 03:03

  本文关键词：基于C8051F120的船载卫星通信自动跟踪控制硬件系统的研发与应用

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【摘要】：当今时代是高速发展的信息化社会,人们对通信越来越依赖,自然而然通信方式也就变得尤为重要。在多种多样的通信中,卫星通信以它自有的独特优势一直占据重要位置,例如卫星通信不受地域限制,通信容量大又灵活。国内现在多数为固定站卫星通信并且其技术也日渐成熟,不能满足运动中的实时通信交互,特别是世界上海洋面积又占总面试的百分之七十左右,基站无法建立,地理因素阻碍了与外界通信,使渔民生活和军事任务都更加困难。由此迫切需要稳健的船载卫星通信系统。本文研究三轴随动的船用移动卫星通信地球站,该系统可保证在船体运动中的实时对星通信。本文在阅读大量的文献的基础上,在现有不成熟的船载“动中通”系统上进行改进,研究内容为船载“动中通”通信地球站的硬件设计,主要包括硬件的选型、电路图的设计、与硬件配置相关的部分软件设计及控制原理。本设计的船载系统由伺服控制分系统、天馈分系统及监控分系统三部分组成。伺服控制分系统负责处理传感器数据并控制电机转动以保证实时对星通信,天馈分系统负责信号的收发,监控分系统负责设置天线参数并实时监控天线状态。在硬件的选型上,本系统选择了GPS获取三轴的绝对地理坐标,配以采用电子罗盘测量三轴理论角度,加上采用三轴陀螺仪测量三轴的瞬时速度来达到快速补偿的目的,可使整个随动系统更为精准快速。为克服因海浪的运动对船体的干扰,采用PID算法作为本系统的控制算法,将实际测得的陀螺仪的值作积分得到误差角度值,并将误差角度值作为PID控制的输入,得到电机的控制量以驱动电机转动,以使船体在运动中始终对准卫星,实现实时通信。本船载系统在三维运动模拟仪测试环境下已能实现准确对星及通信。下一步需要将船载系统安装到船舰上在真实的环境下考验,方便进行后续的量产工作。
【关键词】：船载“动中通” 伺服控制 三轴陀螺仪 PID控制算法
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.2;TN927.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 课题研究意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.4 论文内容安排12-13
• 第二章 船载系统相关原理介绍13-19
• 2.1 坐标系的建立13-15
• 2.1.1 地心坐标系13-14
• 2.1.2 地理坐标系14
• 2.1.3 载体坐标系14
• 2.1.4 三个坐标系的相互转化14-15
• 2.2 移动通信地球站对星理论角度的计算15-17
• 2.3 卫星通信系统及原理17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 系统总体设计19-43
• 3.1 机械结构设计19-21
• 3.2 跟踪系统组成21-22
• 3.3 系统硬件组成22-42
• 3.3.1 天馈分系统22-23
• 3.3.2 收发分系统23-26
• 3.3.3 伺服分系统26-38
• 3.3.4 监控分系统38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 系统模块设计43-65
• 4.1 跟踪系统模块设计43-56
• 4.1.1 处理器模块44-46
• 4.1.2 电源模块46-48
• 4.1.3 卫星信号采集模块48-49
• 4.1.4 模数转换模块49-50
• 4.1.5 存储模块50-51
• 4.1.6 电机驱动模块51-52
• 4.1.7 串口通信模块52-56
• 4.2 上位机模块设计56-63
• 4.2.1 处理器模块56-59
• 4.2.2 电源模块59-60
• 4.2.3 按键与显示模块60-62
• 4.2.4 信标机及其控制模块62-63
• 4.3 上下位机通信63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 跟踪系统的改进与关键技术65-72
• 5.1 跟踪系统的改进65
• 5.2 跟踪系统关键技术65-70
• 5.2.1 天线跟踪技术65-68
• 5.2.2 PID控制技术68-70
• 5.3 跟踪系统常见难点克服70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 船载系统测试72-80
• 6.1 测试环境72-75
• 6.2 系统性能测试与分析75-79
• 6.2.1 监控测试75-77
• 6.2.2 仿真平台测试77-79
• 6.2.3 测试结果分析79
• 6.3 本章小结79-80
• 第七章 总结与展望80-81
• 参考文献81-83
• 附录1 程序清单83-89
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目89-90
• 致谢90

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本文编号：681105