[发明专利]一种基于移动卫星天线角速度计的自动补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动卫星天线自动补偿方法，特别涉及一种基于角速度计的自动补偿方法，属于自动控制领域。

背景技术

移动卫星通信天线被广泛使用在车辆、船舶、飞机等移动载体上，其中，C波段和Ku波段卫星通信天线工作的基本要素为：通信天线与目标卫星保持相对指向一致。而角速度计则是卫星通信天线内部重要的姿态传感器，角速度计信号处理方法直接关系到移动卫星通信天线信号的质量和对外界干扰的抵抗能力。

目前，定位精度高、使用性能好的卫星通信天线都使用惯性导航模块，但高昂的价格限制了其在许多行业的应用，给推广和普及带来了严重影响。于是，价格相对较低的MEMS角速度计则开始在本领域使用，但往往以牺牲使用性能为代价。

这种MEMS角速度计性能较差的主要原因是角速度计的零点漂移问题。角速度计的零点就是当角速度计敏感轴静止时角速度计的输出，如果敏感轴发生角度运动则会在零点输出的基础上叠加一个新的输出，但是零点输出受周围环境温度的影响较大，会因温度的变化而变化，特别是移动卫星天线，随着载体的环境温度的变化，如果不对零点进行温度校正，角速度计即使在静止时也会产生输出，使主控器误认为角速度计有角速度输出，导致卫星通信天线的指向发生偏差，影响通信效果和质量。所以，在实际应用中，如果不知道当前温度环境的零点输出，角速度计是不能合理使用的。

现有确定零点输出的方法主要有三种：1，把载体静止，进行标定。2，预先在高低温箱里测出整个温度范围内的零点曲线，结合零点曲线来使用角速度计。3，利用倾角传感器进行纠正。这三种方法虽能解决一定的问题，但都带有致命缺陷，第一种方法不适于载体不能静止的环境，比如：船舶；第二种方法标定成本高，时间长，不适合大批量生产；第三种方法的精度取决于倾角传感器的精度和动态响应能力，增加了设备的复杂性，并且提高了成本。

基于移动载体环境，如何在不增加成本的基础上，改善角速度计的使用性能，避免环境温度对角速度计零点输出的影响，就成为本发明想要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足和实际使用中遇到的问题，本发明旨在提供一种利用天线输出信号的强度变化来动态识别当前温度环境下的角速度计零点，随时进行零点补偿，保证卫星通信天线指向的准确性和可靠性。

本发明是通过以下步骤来实现的：

1)将角速度计与移动卫星天线的天线面固定，保持角速度计方位敏感轴与移动卫星天线方位转轴平行，角速度计的俯仰敏感轴与移动卫星天线的俯仰转轴平行。

此过程保证了角速度计与移动卫星天线的同步性，避免角速度计受到其它外部结构的影响和限制，使角度探测过程更直接、有效。

2)利用移动卫星天线转台测量实际天线信号强度分布情况，建立误差角度-信号强度数学模型及拟合公式。

由于天线信号强度分布的不均匀性，通过实际测量调谐器输出的AGC信号来表示信号强度，故可以推算出移动卫星天线指向角度误差及信号强度间的拟合公式，建立误差角度与信号强度关系。

3)利用移动卫星天线指向误差角、方位转轴角度分量和俯仰转轴角度分量间的关系，以步骤2中得到的误差角度-信号强度数学模型和拟合公式为基础，结合在圆锥扫描运动中实际测量的天线信号强度直流分量和交流分量的幅值和相位，计算出误差角坐标，完成对天线指向误差的补偿。

其中，圆锥扫描技术是一种测量角位移的技术手段，适用于不能直接通过传感器检测角度误差的场合，其利用角速度计信号反馈使天线姿态保持稳定。圆锥扫描时，天线绕转轴做小范围扫描运动，馈源的运动轨迹为圆形，运动轨迹与天线中心的连线构成‘圆锥’，从而叫做圆锥扫描。圆锥扫描的目的是随时检测角位移情况，确定误差角，实现角位移定位补偿。

本步骤中，以圆锥扫描为手段，以信号强度为纽带，建立了天线指向误差角与信号强度间的对应关系，克服了除环境温度以外，噪音、制造精度等条件对角速度计零点的影响，从而修正了天线指向误差。

4)统计一定周期内误差角序列的历史记录，判断是否存在角速度计零点常值漂移，完成针对角速度计零点常值漂移的补偿。