談機(jī)載衛(wèi)星通信天線穩(wěn)定平臺(tái)實(shí)現(xiàn)范文

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【摘要】機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)在飛機(jī)上的機(jī)動(dòng)性相對(duì)較高，飛機(jī)的姿態(tài)是在不斷改變的，因此比較復(fù)雜。飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，很容易使得通信天線方位角發(fā)生變化，飛機(jī)出現(xiàn)橫滾和俯仰的時(shí)候，也會(huì)使通信天線的俯仰角改變，因此為讓機(jī)載衛(wèi)星通信鏈路更加穩(wěn)定，設(shè)計(jì)相關(guān)平臺(tái)是極為重要的。基于此，本文主要介紹了機(jī)載衛(wèi)星通信天線的外部穩(wěn)定方式以及如何建立相應(yīng)的坐標(biāo)系。

【關(guān)鍵詞】機(jī)載衛(wèi)星；慣導(dǎo)；坐標(biāo)

轉(zhuǎn)換機(jī)載衛(wèi)星通信的整體架構(gòu)中，對(duì)于飛機(jī)的要求較高，飛機(jī)在飛行的時(shí)候經(jīng)常會(huì)受到各種因素的影響，比如氣流會(huì)讓飛機(jī)發(fā)生抖動(dòng)，飛機(jī)就會(huì)出現(xiàn)偏航等不確定因素，而這些因素會(huì)直接讓天線主波束發(fā)生差異偏離，和衛(wèi)星的聯(lián)系也會(huì)出現(xiàn)中斷，使得通信發(fā)生問(wèn)題，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，因此如果想要通信更加穩(wěn)定，就需要讓天線隔離飛機(jī)的抖動(dòng)，即建立天線穩(wěn)定平臺(tái)。

1穩(wěn)定平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法

一般來(lái)說(shuō)，想要讓機(jī)載天線更加穩(wěn)定，主要是通過(guò)內(nèi)部穩(wěn)定以及外部穩(wěn)定兩種方式實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)部穩(wěn)定，也就是說(shuō)不使用外部相關(guān)設(shè)備，僅僅依靠天線自身系統(tǒng)的一些內(nèi)嵌姿態(tài)傳感器等功能性零部件，讓飛機(jī)出現(xiàn)抖動(dòng)或姿態(tài)改變的時(shí)候，避免發(fā)生天線偏轉(zhuǎn)，在機(jī)體不穩(wěn)定的狀況下使其能夠?qū)Υ蟮囟韵鄬?duì)靜止。而使用外部穩(wěn)定方法，一般情況下需要在飛機(jī)上搭載一種導(dǎo)航設(shè)備，使其能夠隨時(shí)監(jiān)控飛機(jī)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，并且按照相關(guān)技術(shù)，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其能夠相對(duì)大地保持靜止。這兩種方法各有優(yōu)勢(shì)和弊端，使用自身穩(wěn)定的方法，相對(duì)而言較為簡(jiǎn)潔，獨(dú)立性也較高，但是天線自身需要安裝的部件多，體型也較大，投入的成本相對(duì)而言較多，而且穩(wěn)定性相對(duì)較差。用外部穩(wěn)定的方法使用的部件較少，相對(duì)而言更為穩(wěn)定，投入的成本也較低，但是對(duì)于外部設(shè)備的依賴性過(guò)高。大部分的機(jī)載衛(wèi)星通信天線受其可用空間的限制，無(wú)法內(nèi)嵌姿態(tài)傳感器和采用內(nèi)部穩(wěn)定方法，而目前飛機(jī)上一般都會(huì)裝有導(dǎo)航設(shè)備，天線可以獲取外部的姿態(tài)信息參考，所以使用外部穩(wěn)定方法比較合理。

2基本坐標(biāo)系

按照相關(guān)規(guī)則可以知道，系統(tǒng)指標(biāo)有其具體的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，天線座架一般為方位-俯仰座架，在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中規(guī)定方位角順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)，而俯仰角規(guī)定為向下為負(fù)，向上為正。

3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

第一步需要確定的就是先假定飛機(jī)正在向北方飛行，讓飛機(jī)機(jī)體的坐標(biāo)能夠和地理相關(guān)坐標(biāo)符合，之后再將飛機(jī)的整體狀態(tài)進(jìn)行改變，然后再對(duì)于轉(zhuǎn)變之后的情況進(jìn)行記錄。

3.1改變航向角

飛機(jī)正在進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，飛機(jī)的頭部按照順時(shí)針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得出坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2。3.2改變縱搖角飛機(jī)的頭部需要按照一定標(biāo)準(zhǔn)，提升一定的角度，并且按照順時(shí)針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由導(dǎo)航所提供的數(shù)據(jù)，改變飛機(jī)的飛行狀態(tài)，按照坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得出的位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

3.3改變橫搖角

飛機(jī)的機(jī)體向一側(cè)傾斜，并且做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖3。

4系統(tǒng)構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)的構(gòu)成

整個(gè)飛機(jī)的系統(tǒng)主要是由模擬環(huán)路等和系統(tǒng)按照規(guī)則結(jié)合而成的。一號(hào)單片機(jī)是使用一種較為先進(jìn)的芯片，考察飛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并且對(duì)其讀取，之后再進(jìn)行輸出，然后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，之后送到二號(hào)單片機(jī)之中。二號(hào)單片機(jī)使用先進(jìn)的方法和天線軸角結(jié)合起來(lái)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，而這個(gè)運(yùn)算直接送到轉(zhuǎn)換器內(nèi)形成位置閉環(huán)。

4.2編程說(shuō)明

對(duì)軟件進(jìn)行相關(guān)操作主要有兩種方式，一種叫做查表法，而另一種叫做浮點(diǎn)法，前者主要是通過(guò)把角度的各種數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，然后儲(chǔ)存在相關(guān)的軟件里，之后再使用查表的方法進(jìn)行相關(guān)運(yùn)作，使這些數(shù)值能夠得出角度的有關(guān)值，再運(yùn)算之后，就能夠有效地獲得控制天線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行指導(dǎo)。而后者主要是經(jīng)過(guò)浮點(diǎn)方式進(jìn)行運(yùn)算，相對(duì)而言較慢，但是運(yùn)算的結(jié)果比較準(zhǔn)確。因此在飛機(jī)飛行的過(guò)程當(dāng)中，使用哪一種方式進(jìn)行操作，主要由運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中整體系統(tǒng)決定。

5誤差分析及減小誤差的對(duì)策

5.1誤差分析

在這樣的系統(tǒng)當(dāng)中，主要能夠?qū)︼w機(jī)整體系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定程度，和準(zhǔn)確度造成影響的原因有以下幾種：比如說(shuō)計(jì)算機(jī)在計(jì)算的過(guò)程中，因?yàn)橐恍┰蚨鴮?dǎo)致的數(shù)據(jù)差異。或是飛機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)了誤差等。也有可能是因?yàn)橛?jì)算或是校正以及機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)致的誤差，因?yàn)閿?shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要通過(guò)十分復(fù)雜且極為大量的運(yùn)算，而這些運(yùn)算有可能會(huì)使計(jì)算機(jī)需要使用很多時(shí)間進(jìn)行，而這種誤差一般來(lái)說(shuō)就叫做計(jì)算機(jī)的滯后誤差。而因?yàn)轱w機(jī)中的一些零部件和工作的死角區(qū)域而產(chǎn)生的一些誤差，就可以叫做環(huán)路零漂和死區(qū)誤差。本文探索的系統(tǒng)中對(duì)于角度進(jìn)行考察使用的傳感器是單對(duì)極旋轉(zhuǎn)變壓器，使用的芯片相對(duì)而言較為先進(jìn)。由這種傳感器和編碼芯片運(yùn)行導(dǎo)致的誤差，就可以叫做軸角編碼誤差。在飛機(jī)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的計(jì)算原因所得出的有效數(shù)位產(chǎn)生的誤差，叫做計(jì)算誤差。按照系統(tǒng)的相關(guān)要求，可以發(fā)現(xiàn)有一些誤差是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的，因此是可以被接受的，也可以符合飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)需要。

5.2減小誤差的對(duì)策

按照飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中不同的誤差所產(chǎn)生的原因之間的不同可以看出，不同的誤差其主要原因大部分都是因?yàn)橛?jì)算機(jī)計(jì)算帶來(lái)的誤差，或是因?yàn)楦綦x精度而產(chǎn)生的誤差。如果是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的計(jì)算滯后所產(chǎn)生的誤差，相對(duì)應(yīng)的就可以在飛機(jī)的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中及時(shí)的全方位提升計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度，如果能夠通過(guò)先進(jìn)的措施，忽略體積和投入經(jīng)費(fèi)的原因，就可以使用更加先進(jìn)的嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)。使用這種更加先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，就可以讓這一誤差很大程度上減少。而對(duì)于隔離誤差想要減少，首先就需要提高導(dǎo)航的準(zhǔn)確度，然后就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，使用比較先進(jìn)的符合控制方法，也就是說(shuō)在之前的控制方法上補(bǔ)充前饋補(bǔ)償，這樣可以讓飛機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中更加穩(wěn)定，也可以讓整體系統(tǒng)得到提升，從而提升了隔離精度。而對(duì)于一些其他的誤差也有相對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行解決，比如說(shuō)在飛機(jī)運(yùn)行當(dāng)中使用更加先進(jìn)的元器件，能夠有效的減緩零漂和死區(qū)誤差的情況，而如果能夠使用多對(duì)極旋轉(zhuǎn)變壓器，就可以有效的全方位提升軸角編碼的準(zhǔn)確度，從而減弱軸角編碼誤差，而使用更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)也可以在很大程度上提升數(shù)字的有效位數(shù)，這樣也能夠讓計(jì)算誤差減少。綜上所述，飛機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，如果能夠使用外部穩(wěn)定的方法，仍然可以有不同的途徑，來(lái)提升外部穩(wěn)定方法的可靠度和準(zhǔn)確度，飛機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中也能夠更加穩(wěn)定。

6結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)飛機(jī)如果能在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中使用外部穩(wěn)定的方法，就可以具有更多的優(yōu)勢(shì)，讓其運(yùn)行更加穩(wěn)定。比如說(shuō)可以在很大程度上減少平臺(tái)的尺寸，也能夠壓縮使用的時(shí)間，省去了一些不必要的環(huán)路，讓系統(tǒng)也能夠更加穩(wěn)定科學(xué)。很大程度上壓縮了投入的資本，而因?yàn)橛布臏p少，耗電量程度也會(huì)很大程度上提升，這也就可以讓飛機(jī)上的供電不再那么緊張。但是因?yàn)閷?dǎo)航是飛機(jī)安全飛行重要指標(biāo)之一，導(dǎo)航出現(xiàn)問(wèn)題之后，首要擔(dān)心的就是飛機(jī)在飛行過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，因此相對(duì)而言使用外部穩(wěn)定的方法通常是適用的；當(dāng)然，在體積、重量、功耗允許的條件下，天線可以內(nèi)嵌姿態(tài)傳感器等部件，采用內(nèi)部穩(wěn)定方法作為外部穩(wěn)定方法的補(bǔ)充，提高天線的跟蹤性能。

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作者：李曉鋒 單位：中航飛機(jī)股份有限公司西飛設(shè)計(jì)院