《《卫星通信地球站随动伺服系统设计》-公开DOC·毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《卫星通信地球站随动伺服系统设计》-公开DOC·毕业论文（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 南京邮电大学通达学院毕 业 设 计（论 文）题 目： 卫星通信地球站随动 伺服系统设计 专 业： 通信工程 学生姓名： xxxxx 班级学号： XX 指导教师： X 指导单位： 通信与信息工程学院无线电工程系 日期： l摘 要在这个信息爆炸的时代，通信技术已经成为整个社会不可缺失的一项技术。而卫星通信以其独到的优势和越来越成熟的技术，正逐步融入人们的生活中。移动卫星通信技术以及自动控制技术的日趋完善，人们对移动中通过卫星网络进行数据、语音、图像等通信服务需求越来越大。在当前移动通信市场，“动中通”卫星地球站系统以其独到的优势迅速得到人们的亲睐。但是由于这种系统涉及到得技术与领域广泛，包括机械
2、结构设天线面设计、通信系统设计、硬件电路设计、软件编程以及自动在控制方面知识等，研发难度较大，在市场上也基本是国外的产品占据统治地位，对这于我国的经济与国家安全都是非常不利的。因此，研制具有我国自主知识产权、性能稳定、成本低廉的移动卫星通信系统成为需要迫切解决的一项课题。本文描述了卫星通信地球站随动伺服系统的总体设计。对于车载和船载分别作了研究。系统硬件部分以功能进行模块划分来分别介绍。关键疑难技术则包括PID控制和圆锥扫描两种。关键词：卫星通信；地球站；伺服；PID算法；圆锥扫描ABSTRACTIn this era of information explosion, communicati
3、on technology has become a society that it can not be missing technology. The unique advantages of satellite communications for its more mature technology are gradually integrated into peoples lives. Mobile satellite communication technology and automatic control technology are becoming more perfect
4、, people moving through the satellite network for data, voice, images and growing demand for communication services.In the current mobile communications market, Moving satellite earth station system quickly with its unique advantages of the pro-people stare. However, because this system involves tec
5、hniques and areas of extensive, including mechanical structure design, antenna surface design, communications system design, hardware design, software programming, and automatic knowledge in control, research and development are more difficult. in the market dominance of foreign products, they are v
6、ery unfavorable in our economic and national security. Therefore, the development has independent intellectual property rights, stable performance, low-cost mobile satellite communication system has become an issue requires an urgent solution. This paper describes the satellite communication earth s
7、tation with the overall design of dynamic servo systems. For the car and the ship were made of. Hardware of the system to function modules were introduced by to. The key technology is difficult, including PID control and Circular Cone Scans.Key words: satellite communications; Earth Station; dynamic
8、 servo; PID Algorithm; Circular Cone Scans目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究状况21.3 课题研究的目的和应用前景2第二章 卫星通信地球站伺服系统总体方案设计32.1 卫星通信系统32.2 卫星通信随动地球站伺服系统概述32.3 基于不同载体的系统结构及组成52.3.1 车载卫星通信伺服系统62.3.2 船载卫星通信伺服系统9第三章 系统模块设计123.1 天线控制器123.2 信标接收机133.3 电机驱动143.3.1 方位电机143.3.2 俯仰电机143.4 传感器模块153.4.1 极化角度传感器153.4.2 角速
9、度传感器163.4.3 电子罗盘163.4.4 水平仪17第四章 伺服系统算法研究194.1 经典 PID控制算法194.2 改进型PID算法204.2.1 积分分离算法204.2.2 不完全微分算法214.2.3 带死区的PID控制算法234.2.4 抗积分饱和PID控制算法24第五章 系统性能研究255.1 三种卫星通信跟踪方式比较255.2 圆锥扫描基本概念255.3 圆锥扫描原理285.4 影响系统性能的有关问题及分析315.4.1 波束偏角315.4.2 圆锥扫描频率32结束语33致谢34参考文献35l第一章 绪论1.1 课题研究背景卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）
10、的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）；同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特点）；电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量；同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）。自1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫星的商业通信，并真正进入了实
11、用阶段。卫星通信是现代通信技术的重要成果，它具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点，特别适用于在海洋、沙漠和地势复杂且难以修建听信设施的地区建立起通信联系，在国际、国内、国防、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用。由于人类活动的日益进步，人们已经不再满足只能在一个固定的地方进行通信，开始追求移动的通信方式，因此人们开始在人口密集的地区开始架设基站，覆盖无线信号，这样便可以通过手机、笔记本等移动设备进行通信与获取信息。但是由于成本跟条件的限制，这样的措施在一些人烟稀少的地区或者甚至海上便不能实现。在这样的情况下，人们便想
12、到用卫星通信来克服，然而卫星通信的特点决定地面站需要时时保持对准卫星，稍微的偏差便可能造成通信质量的下降、丢失数据包甚至断开连接。这样，“动中通”技术的研究便应运而生。“动中通”即运动中的通信方式，以这种方式通信为主的船载、车载窄波束天线跟踪系统，能够克服载体在运动过程中给天线带来的扰动，实现对星的稳定度和精确度，保证移动中的通信质量。随着军用和民用卫星通信技术的不断发展，运动载体实现与卫星实时数据交换将会变得越来越普遍。军事上，现代战争越来越强调部队的快速机动性和可靠的通信能力，在任何地方任何时间实现顺畅通信成为一个必然要解决的问题；在民用上，运动中的卫星通信极大的满足了人们对在运动载体上实
13、现多媒体通信、收看同步卫星电视、网络接入任务，以及监控等需求。而且随着Ku、Ka频段的应用，使卫星接收设备体积减少，成本降低，动中通的大量应用成为可能。1.2 国内外研究状况国外对于这一项技术的研究起步较早，技术相对成熟，且在海事、陆地及航空领域均有覆盖。其中有代表性的是海事领域的“动中通”提供商美国Sea Tel公司、KVH工业公司和ORBIT技术公司，陆地领域的TracStar和RaySat，航空领域的Rantec和Starling等。美国海洋通信公司（Sea Tel）是世界上最大的船载卫星天线制造商，公司推出的0.3米3.6米船载卫星天线接收系统，主要技术指标均达到并超过了美国海军军用标
14、准，并通过了美国海军最严格的振动及抗干扰等破坏实验，被认为海上通信、卫星电视接收以及气象维修拟跟踪接收系统的佼佼者。美国KVH公司在宽带卫星通信领域有Trac Vision、TracPhone和TracNet等系列产品。其产品主要采用陀螺稳定技术、实现完全自动对准，并可以切换到不同轨道上的第二颗卫星，使用者能够在本地频道与付费频道之间自由切换。目前，国内从事卫星通信系统产品开发的单位有国防科技大学、原重庆巴山仪器厂、四川压电与声光研究所、与韩国WiWorld公司合作的北京赛锦诺公司等。另外，国内还有南京理工大学、重庆大学和中电集团39所等多家单位从事“动中通”系统的研究工作。从目前的研究状况及
15、具体测试性能结果来看，国内在这方面的研究与国外相比有较大的差距。由于姿态敏感元件的技术难度大，成本较高，涉及的技术领域众多，技术实现难度很大，致使该项技术的研究比国外落后很多。我国国产的卫星和地球站存在着性能差和市场占有率低等差距，国外大公司的产品几乎垄断了我国卫星通信市场，这不仅严重阻碍了我国卫星通信产业的发展，而且对我国的通信安全构成了极大的威胁。研制具有自主知识产权地球站，逐步增加国产设备比例，是一项重大的战略任务，也是长远的奋斗目标。1.3 课题研究的目的和应用前景长期以来，由于缺少独立知识产权，中国的动中通系统应用一直得不到很好的发展，巨大的市场只能任由国外企业和机构占领。研究开发这种系统的成本和难度也相对较高，因此使用这种系统的费用也是不菲。在技术上受国外限制，售后也相当麻烦。通过合理设计圆锥扫描的机械结构、采用改进型算法以及理论研究，是当前解决低成本地球站圆锥扫描跟踪体制的迫切需求。研究一套自己的
