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车载卫星天线伺服控制系统

 在运行的汽车上,由于路面颠簸,安装在车上的车载卫星天线伺服控制系统也会随之摇摆,特别是车辆的转向会使天线指向偏离卫星,从而造成通信中断。为了避免这种情况的发生,必须将天线对车辆的摇摆进行隔离,使天线稳定指向卫星,这就是所谓的车载卫星天线波束稳定的问题,解决这个问题是惯导系统的主要任务之一。

 目前车载卫星天线伺服系统稳定平台可分为两大类:一类是无源稳定,另一类是有源稳定。

1.无源稳定

无源稳定的基本原理是将天线安装在由x轴和y轴所决定的平面上,平面的下面(也就是Z轴的方向)带有高速旋转的飞轮,利用旋转飞轮的陀螺效应(即旋转方向指向地心且不变)提供由于载体摇摆带来的干扰力矩的回复力矩,使x-y轴所构成的平面不受影响。天线波束指向的调整与跟踪仍然由方位-俯仰控制完成,并把载体上测量载体运动方向的电子罗盘信号引入方向控制回路,以消除载体运动方向改变造成的跟踪影响。这种方法通常应用于对稳定精度要求不高的场合,其优点是实现简单、成本低。

2.有源稳定

  有源稳定是指由惯性元件感应载体的摇摆,并通过伺服控制系统实现对载体摇摆的隔离,这种稳定天线波束的方法一般应用于要求高、天线口径大的场合,有源稳定可分为外部引导稳定和自身稳定两种方式,具体如下:

  1.外部引导稳定是指由能测量载体方位、俯仰和摇摆的设备或器件作为导源进行天线波束指向稳定的方法,它分为机械稳定和电气稳定。

  机械稳定是在机械上增加一套能够补偿载体方位,俯仰和横摇变化的稳定平台,实现天线波束的稳定,该方案的缺点是造价高且可靠性较差。数字稳定不需要稳定平台,而是利用传感器和各种稳定技术,修正或补偿载体姿态变化的影响,从而实现天线波束的稳定。数字稳定方案优点是成本较低、精度高、响应速度快,但系统设计难、控制算法复杂。数字稳定按天线座所用转轴数目,可以分为单轴稳定、两轴稳定和三轴稳定。

  2.自身稳定的方式是指将惯性敏感元件安装在天线座上,感应由于载体运动造成的天线在其方位、横滚和俯仰方向上的偏移,通过伺服系统的反馈控制,形成稳定回路,达到稳定天线波束的目的。该方案可选用单轴角速度传感器根据天线姿态变化进行稳定调整,造价较低,技术实现难度相对较小。