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    船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法技術

    技術編號:10330458 閱讀:571 留言:0更新日期:2014-08-14 16:30
    本發明專利技術涉及一種船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法,屬于航天測控技術之試驗通信技術領域。本發明專利技術應用船載A-E-C三軸穩定衛星通信天線坐標計算的數學模型,推導出動態條件下船載A-E-C三軸衛星通信天線實時極化角的精確計算公式,應用該計算結果對船載衛星通信地球站天線實施實時控制,提高了船載衛通天線的交叉極化隔離度,優化了船載衛星通信天線伺服控制系統,進一步提高測量船海上航天測控試驗任務的通信保障能力。

    【技術實現步驟摘要】
    船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法
    本專利技術涉及一種船載三軸穩定天線伺服控制技術,具體是涉及一種船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法,屬于航天測控技術之試驗通信

    技術介紹
    三軸穩定衛星通信天線具有獨特的優點,它能夠有效地克服船體運動帶來的擾動,可靠地跟蹤過天頂目標,實現波束的理想穩定。但由于結構和軸系運動比較復雜,因而對天線控制也提出了較高的要求。船載衛星通信地球站天線座架一般采用A-E-C三軸形式,在方位軸(A軸)與俯仰軸(E軸)之間增加了一根第三軸-交叉軸(C軸),它與俯仰軸在空間正交,C軸可利用正割補償效應,使天線能夠可靠地跟蹤過天頂目標,三軸天線的結構如圖1所示。某型測量船船載衛星通信地球站天線伺服系統采用三軸穩定、兩軸跟蹤體制。三軸穩定是指方位隨動航向,隔離航向變化對天線指向的影響,俯仰、交叉軸隔離船體的縱傾和橫滾對天線指向的影響;兩軸跟蹤是指接收機通過天線接收衛星信標信號,解調出對星的誤差信號,通過俯仰、交叉軸實現對星跟蹤。船載衛星地球站設計之初,根據當時衛星資源情況,船載衛星通信以使用圓極化方式工作為主,因此在設計中沒有考慮天線電軸滾動的影響;且當時船用慣導還不能隨時向船載衛星通信地球站提供精確的船姿船位信息,衛通天線伺服系統需立足于自身穩定,依靠安裝在天線上的陀螺提供穩定平臺隔離船體搖擺擾動。根據這一系列設計思想,船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線僅在搜索捕獲衛星時需要簡單的坐標計算,捕獲目標后天線由自跟蹤環閉環控制,無需計算軸系角度來引導天線,所以長期以來船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線的精確坐標計算一直被忽視。但隨著在海上使用線極化衛星通信的應用發展越來越深入,原來的天線穩定跟蹤體制逐漸暴露出天線坐標計算不完善所帶來的一系列問題,如:惡劣海況下捕獲目標因難、極化角誤差不能實時修正。建立船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線坐標計算數學模型,利用船用慣導系統信號進行相關計算并作為外部穩定平臺控制天線,實現數字引導跟蹤,是船載衛星通信地球站A-E-C天線克服以上缺陷、完善伺服跟蹤控制系統的迫切需要。本專利技術專利通過理論分析,采用旋轉矩陣變換的方法。建立了一套完備的適用于船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線坐標計算的數學模型,實現了對船載衛星通信地球站A-E-C天線指向角和極化角的數字引導跟蹤。
    技術實現思路
    本專利技術的目的在于克服上述不足,提供一種船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法,它有效利用船用慣導系統可以為船載衛星通信地球站A-E-C天線提供精確船體姿態信息的有利條件,系統地分析船載衛星通信地球站A-E-C天線座架結構和運動規律,建立天線坐標系,并通過推導地理坐標系、甲板坐標系和天線坐標系之間的轉換關系,建立一套完備的船載衛星通信地球站A-E-C天線坐標計算數學模型,實現天線指向角和極化角的數字引導跟蹤,解決船載衛星通信地球站海上動態條件下伺服控制系統面臨的諸多實際問題。本專利技術的目的是這樣實現的:本專利技術一種船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法,它包括以下三部分內容: 1)、坐標系定義 對于船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線,定義天線坐標系原點O位于天線穩定平臺三軸中心,天線指向軸OZ垂直于俯仰軸與交叉軸所在的平面,OX軸平行于俯仰軸,OY軸平行于交叉軸,OX、OY與OZ軸滿足右手法則,當天線方位和交叉為0°、俯仰為90°時,天線坐標系與甲板坐標系重合; 2)、船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線地理坐標系、甲板坐標系和天線坐標系間的轉換方法 定義地理坐標系0ΧΥΖ,原點O位于天線穩定平臺三軸中心,OX軸平行于水平面指向正東,OY軸平行于水平面指向正北,OZ軸垂直于平面0ΧΥ,鉛垂向上為正。定義甲板坐標系OXdYdZd,原點O位于天線穩定平臺三軸中心,OYd軸平行于艏艉線指向船艏為正,OXd軸與OYd垂直且平行于甲板平面,指向右舷為正,OZd軸與0Xd、OYd構成右手直角坐標系。 船舶載體的航向變化、縱搖變化、橫搖變化用矩陣形式來描述,分別為航向變換矩陣mh、縱搖變換矩陣mp、橫搖變換矩陣HV:本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種船載A?E?C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法,其特征在于它由以下三個部分組成:(1)坐標系定義對于船載衛星通信地球站A?E?C三軸天線,定義天線坐標系原點O位于天線穩定平臺三軸中心,天線指向軸OZ垂直于俯仰軸與交叉軸所在的平面,OX軸平行于俯仰軸,OY軸平行于交叉軸,OX、OY與OZ軸滿足右手法則,當天線方位和交叉為0o、俯仰為90o時,天線坐標系與甲板坐標系重合;(2)數字引導跟蹤坐標計算方法根據船載衛星通信地球站A?E?C三軸穩定天線的結構特點和船用慣性導航信號習慣取值方式,建立方位旋轉矩陣、俯仰旋轉矩陣和交叉旋轉矩陣可表示為:,,船載三軸天線運動的數學方程:上式的等式右邊,自右向左為天線各軸轉動順序,從甲板坐標系轉換到天線坐標系的步驟:①方位順時針旋轉A角度,即XOY面繞Z軸旋轉?A角度;②俯仰軸向下轉動(90o?E)角度,即YOZ面繞X軸旋轉??(90o?E)角度;③交叉軸向右轉動C角度,即XOZ面繞Y軸旋轉C角度;轉換矩陣如下:其中:由甲板坐標系轉換到天線坐標系的變換公式為:由天線坐標系轉換到甲板坐標系的變換公式為:(3)極化偏差角計算船載衛星通信地球站天線在當地的理論極化角為:其中:為衛星經度,為船的經度,為船的緯度;船載衛星通信地球站A?E?C三軸天線的實時極化角還與船體搖擺擾動相關,利用船載衛星通信地球站A?E?C三軸天線的數字引導跟蹤坐標計算方法推導,得到在船體搖擺擾動條件下,天線極化補償角的一般計算公式:其中:,,,,,;計算出角度P和Pol,使用P?Pol對天線實時極化角進行控制,使船載衛星通信地球站A?E?C三軸天線極化角誤差在海上動態條件下得到實時修正。...

    【技術特征摘要】
    1.一種船載A-E-C三軸衛星通信天線極化偏差角實時修正方法,其特征在于它由以下三個部分組成: (1)坐標系定義 對于船載衛星通信地球站A-E-C三軸天線,定義天線坐標系原點O位于天線穩定平臺三軸中心,天線指向軸OZ垂直于俯仰軸與交叉軸所在的平面,OX軸平行于俯仰軸,OY軸平行于交叉軸,OX、OY與OZ軸滿足右手法則,當天線方位和交叉為0°、俯仰為90°時,天...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:黃昆陳雪軍張滬玲趙乾宏胡湘江周建峰吉慶張建飛其他發明人請求不公開姓名
    申請(專利權)人:中國人民解放軍六三六八零部隊
    類型:發明
    國別省市:江蘇;32

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