[发明专利]动中通卫星天线倾角校准过程中零点漂移值的测量方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及动中通卫星天线倾角校准，尤其涉及一种动中通卫星天线倾角校准过程中零点漂移值的测量方法。

[背景技术]

动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要。作为动中通系统的一个重要组成部分，动中通天线负责通信信号的接收和/或发送。如果天线能够在载体姿态和航向变化的情况下，始终对准所选定的通信卫星，并且在信号瞬间丢失的情况下迅速恢复通信。

倾角测量装置应用于自动跟踪卫星天线，用于实时检测天线运动姿态，调整天线的俯仰角和极化角，使得卫星天线在运动的过程中保持准确对准卫星。倾角校准装置也大量应用于无人机，自动平衡小车等。

采用微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)加速度传感器可以很方便地测量卫星天线的俯仰角和极化角偏离。图1显示的基于MEMS技术的加速度传感器，因为这个传感器紧紧贴在平板卫星天线上，因此该传感器测量的倾角和平板天线的倾角是一致的。

由于重力加速度始终垂直向下，那么3轴加速度计测量的值分别为：

θ＝arctan(acc_z/(sqrt(acc_x*acc_x+acc_y*acc_y))；

其中，

θ:90°-天线的俯仰角；

天线的极化角；

acc_x:加速度计X轴的测量值；

acc_y:加速度计Y轴的测量值；

acc_z:加速度计Z轴的测量值。

通常把惯性测量单元IMU(Inertial measurement unit)，安装在天线的背部，天线的俯仰角为90°-θ，针对本地的极化角偏移为通过计算得到的俯仰角和极化角偏移，系统可以根据计算结果，自动调节天线的俯仰角和极化角到目标角度。

以上算法要求加速度计的测量准确，特别是当天线的底座水平放置的时候，加速度计的测量误差会导致倾角计算或者极化角计算出现很大的误差，具体来说，通过加速度计来计算角度的误差主要体现在：

1：灵敏度

2：零点温度漂移

3：灵敏度温度漂移

4：电压波动漂移

5：零点漂移

例如，某成本的MEMS加速度计器件，灵敏度为1/1024g,灵敏度温度漂移为0.02％/度，灵敏度电压漂移为：0.05％/度，零点漂移为正负70mg,零点温度漂移为1mg/度，电压波动漂移为0.5mg/V。从上述数据可以得出，如果加速度计不能校准，直接用加速度计的测量结果来计算，会出现4-10度左右的倾角误差，这对自动跟踪卫星天线来说是不可接受的。

其中影响最大的，就是零点漂移和零点温度漂移。通过对加速度计的校准，可以把零点漂移的问题解决，从而大大提高倾角测量的准确度。

对于需求高精度的倾角校准，采用精密分度头进行多位置测试即可。

被测的装有加速度计的PCB板牢固地水平安装到精密分度头上，一般来说，要记录加速度计敏感轴的4种不同姿态下的输出信号，分别对应于作用在该轴上的0g，1g，0g，-1g的加速度值，在每个位置上，记录一系列的数据，且在整个测试过程中要重复数次。利用1g，-1g的测量值求平均，就能得到零点漂移值，在不同的温度下进行测试，就能得到零点温度漂移值。为了得到3轴加速度计的零点漂移值，在测试完成以后，需要把加速度计垂直安装到分度头上，重新测试，能得到另外的轴的零点漂移值。

另外，用简易的方法也可以进行加速度计的校验，一些特别的倾角仪设备具有自行校验的功能，例如：把倾角仪放在平面上(无论垂直还是水平都可以)，并把它固定在某一角落里或标记它的位置。然后按一下开/关按钮，大约等10秒钟后，按住校准按钮，直到LCD显示“CAL1”，然后闪烁显示第一个测量角度值。放开校准按钮，然后在所选的平面内绕该平面的垂直轴旋转180°，并把电子倾角仪准确的放置在同一角落或标记的位置上，等待约10秒钟，在闪烁显示第二个测量角度值稳定后，则再按住校准按钮，直到LCD显示“CAL2”；放开校准按钮，“嘀——”一声后，校准完毕。针对自动跟踪卫星天线也可以采取类似的方法进行校验。