[发明专利]直升机旋翼遮挡下的动中通天线卫星对星跟踪装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在直升机旋翼下安装使用的动中通天线卫星对星跟踪装置，属于伺服跟踪技术领域。

背景技术

动中通天线指一种通过自身卫星对星跟踪装置隔离其安装载体的运动，控制其卫星通信口面天线实时跟踪对准地球静止轨道卫星建立卫星通信链路的卫星通信天线。

目前国内动中通天线的卫星对星跟踪装置的工作原理是通过对卫星天线实时接收的卫星信号(载波信号、信标信号、DVB信号)进行相关处理(极值搜索、相位处理等)，得到卫星指向信息，驱动伺服系统进行对星和跟踪。当这种动中通天线安装在直升机旋翼下时，会受到直升机主旋翼运行的间歇性遮挡干扰：直升机旋翼的间歇性遮挡使得动中通天线接收的卫星信号时强时弱不稳定，动中通天线的卫星对星跟踪装置无法判断天线接收卫星信号的变化是由于天线指向偏差引起，还是由于直升机旋翼遮挡引起的，造成控制系统的紊乱，无法实现对星和跟踪。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出直升机旋翼遮挡下的动中通天线卫星对星跟踪装置，该装置不依赖卫星信号处理，能够在直升机旋翼遮挡情况下实现动中通天线对星和跟踪的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的直升机旋翼遮挡下的动中通天线卫星对星跟踪装置，该装置包括系统操作上位机、惯性导航系统、控制计算机和动中通天线三轴伺服系统。

系统操作上位机与控制计算机通过LAN口连接，惯性导航系统和控制计算机通过数据总线连接，控制计算机和动中通天线三轴伺服系统通过六路RS485串口连接。

所述的动中通天线三轴伺服系统包括极化轴角度传感器、俯仰轴角度传感器、方位轴角度传感器、极化轴电机及驱动器、俯仰轴电机及驱动器、方位轴电机及驱动器。

使用惯性导航系统，测量和解算出直升机的航向、俯仰和横滚三个自由度的角度姿态和转速以及纵向、横向、升降三个自由度的位置和速度；控制计算机实时产生卫星天线对星指向信息，通过动中通天线三轴伺服系统实现天线的对星和跟踪。此装置不依赖任卫星信号等优势，不受直升机的旋翼遮挡干扰。

系统操作上位机向系统发出对星指令，指令包括卫星的信息和直升机初始的地理坐标(直升机所在经纬度，手动输入或通过GPS/北斗系统自动输入)。

惯性导航系统包括三个陀螺、三个石英加速度计和导航解算计算机。

三个陀螺(激光或光纤陀螺)分别实时测量惯性导航系统所安装载体(直升机)坐标系相对于惯性空间坐标系航向、俯仰和横滚三个自由度的角速度；三个石英加速度计分别实时测量载体坐标系相对于惯性空间坐标系纵向、横向、升降三个自由度的运动加速度；

导航解算计算机对三个陀螺和三个加速度计测量的数据进行导航解算处理以及坐标转换计算：

(1)在三个陀螺分别实时测量的载体坐标系相对于惯性空间坐标系航向、俯仰和横滚三个自由度的角速度中扣除由地球自转、载体沿地球表面运动等带来的角速度，得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度的旋转角速度；

(2)在三个加速度计分别实时测量载体坐标系相对于惯性空间坐标系纵向、横向、升降三个自由度的运动加速度中，去除重力加速度、哥氏加速度，得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度的加速度。

(3)姿态解算：得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度的旋转角速度后，进行积分，得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度(航向、俯仰和横滚)的姿态角度。

(4)速度及位置解算：得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度的加速度后，进行一次积分，得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度(纵向、横向、升降)的速度，进行二次积分，得到载体坐标系相对于地理坐标系三个自由度(纵向、横向、升降)的位置。

控制计算机接收以下信号：

(1)实时接受惯性导航系统发出的载体(直升机)坐标系相对于地理坐标系六个自由度(航向、俯仰、横滚、纵向、横向、升降)的运动信息(角速度、姿态角度、加速度、速度、位置)；

(2)实时接收动中通天线三轴伺服系统上角度传感器回传的天线各个轴(方位、俯仰、极化)的角度(即天线坐标系相对于载体坐标系统三轴姿态角度)；

(3)预先存储的目标卫星相对于地理坐标系的位置；

控制计算机将以上(1)、(2)、两组数据进行实时的矩阵转换，得到天线坐标系相对于地理坐标系六个自由度的运动信息，并与(3)中的数据进行实时的比较计算，得到天线对准目标卫星三个轴需要转动的角度和角速度。

控制计算机矩阵转换的原理如下：