动载体卫通天线的扰动观测及补偿设计

动载体卫通天线技术的难点在于抑制由载体运动所引起的对天线指向精度的扰动,补偿扰动可以显著提高天线的动态性能。传统控制方法通过部署速率陀螺实现扰动角速度的测量,难以准确获取天线转动轴上的扰动量,仅以一定的比例补偿到速度环路输入,提升效果有限。提出了一种基于状态观测器的扰动补偿方法,通过采集天线在典型路面正常工作时惯导的角速度,利用成型滤波器对扰动谱进行近似,获取扰动模型。设计了扰动观测器模型,估计扰动角速度,并以车载动中通天线为平台进行测试。测试结果表明:相比于传统扰动前馈补偿,提出的方法在角误差峰值上减小了13%,RMS减小了43%,可以更好地适应跟踪路况。

“动中通”中TCP连接“阴影”恢复时间的研究

针对"动中通"信道的"阴影"遮挡特性,对TCP连接的"阴影"恢复时间进行了研究,推导出用于计算TCP连接"阴影"恢复时间的数学表达式,并通过了仿真验证,为研究TCP协议在"动中通"信道中的性能以及"动中通"的广泛应用起到重要指导作用。

基于低成本陀螺和倾角仪的姿态估计

针对动中通测控系统中低成本陀螺和倾角仪的姿态估计和陀螺误差校正问题,提出一种利用UKF(Uncented Kalman Filter)滤波器对载体姿态角进行估计,然后利用互补滤波器对陀螺漂移进行估计的算法。该算法通过设计三维完全可观测UKF滤波方程和陀螺误差校正模型对姿态角和陀螺漂移分别进行估计,有效避免了利用卡尔曼滤波进行姿态估计和陀螺漂移误差估计时由于误差模型不准确而产生的发散问题,同时降低了滤波器维数。试验中姿态角估计误差在1°以内,x轴陀螺漂移估计误差为0.0148°/s,y轴陀螺漂移估计误差为0.0017°/s,试验结果表明该算法能有效提高姿态角估计和陀螺漂移估计的精度。

基于遗传算法多子阵平板天线旁瓣电平优化

从理论上分析了多子阵平板天线的方向图特性,指出其旁瓣电平难以通过传统的不等幅馈电技术得以抑制。以降低天线扫描范围内的最高旁瓣电平为目标,采用遗传算法对子阵间距进行优化,并在间距优化的基础上讨论了天线单元方向性与不等幅馈电技术对旁瓣电平的影响。仿真结果证明了理论分析的正确性,表明子阵间距优化可以显著降低天线的旁瓣电平,且在天线口径相同的情况下,所划分的子阵数越多则优化效果越明显。所用方法和分析结果可为多子阵平板天线的设计提供参考。

一种改进的“动中通”步进跟踪算法

研究了"动中通"的初始捕获、重捕获及跟踪算法。为了提高"动中通"系统的性能,针对系统中传统的初始捕获、重捕获及跟踪算法在捕获速度和跟踪精度之间的矛盾,提出了一种基于变步长的步进跟踪算法。该算法具有初始捕获及重捕获阶段搜索步长自动增大而系统转入跟踪后步长很小的特点。理论分析和计算机仿真结果表明:该算法在保持较低计算复杂度的前提下,能同时获得较快的捕获速度及较高的跟踪精度。

车载平板动卫通三轴稳定机理研究

针对车载平板动卫通系统中稳定隔离载体姿态变化问题,通过对三轴稳定机理的分析研究,提出了"方位、俯仰机械补偿,极化电子补偿"的三轴稳定结构,仿真结果表明"方位、俯仰陀螺安装在天线俯仰转台,极化陀螺安装在天线方位转盘或俯仰转台"两种自稳定结构能提供良好的陀螺工作环境并具有较为简洁的隔离载体姿态变化补偿表达式,具有一定的工程理论指导意义。

关于极化角计算的研究

针对动中通系统极化轴易受载体姿态扰动的影响,在天线视轴对准卫星后,根据车体的地理位置和天线方位转盘的姿态参数,推导出极化角的计算公式。在特定的路况下,利用该方法得到的极化角与高精度基准方法得到的极化角进行了仿真对比,仿真结果表明该方法是可行的。该方法为极化轴的稳定控制、系统实现"动中通"极化失配的要求提供了理论依据,并给出实现方案。

基于动中通链路的TCP协议性能及改进方案研究

研究了动中通的链路特性及其对TCP协议的影响,NS2仿真表明,TCP协议在动中通链路中性能急剧下降,在此基础上,提出了一种单网关划分TCP连接的解决方案,并对解决方案的实现细节进行了研究,主要包括网关位置的选取及总体结构的设计、各段通信协议的选取及网关对TCP协议的优化和改进、网关工作模式及对报文确认机制,提出了一种基于缓冲区的本地报文确认机制。

动中通多子阵天线自适应PID滑模稳定控制

动中通在载体运动中进行卫星通信时,天线受到各类扰动的影响而不能准确对准卫星,降低了通信质量。为了解决此问题,设计了一种自适应滑模天线姿态稳定控制器。首先建立了动中通天线系统的动力学模型;基于此模型,采用PID滑模面设计了天线的滑模姿态控制器;通过对扰动的自适应估计,在扰动上界未知情况下获得了平滑的滑模控制输入;将PID方法引入控制器设计,提高了系统的动态响应速度。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的动态响应特性和控制精度,且控制电压输出无抖振。

一种用于移动卫星通信的变极化器

变极化装置是卫星通信天线关键设备之一。采用端射探针变换和对称转门结正交模结构设计了一种用于极化跟踪的快捷可变极化器,实现了射频信号两个正交极化分量的实时跟踪、分离和提取功能。电磁仿真和优化结果表明,设计的变极化器具有宽频带和高极化隔离性能,在Ku频段1.8GHz频带内,极化隔离度优于22d B,端口反射损耗小于-20d B。

相控阵结合伺服辅助的车载动中通天线跟踪方法

天线跟踪功能是车载动中通系统（SOTM）提供无线通信能力的前提,相控阵天线能提供较好的跟踪性能,但是存在波束扫描范围有限的问题.为实现相控阵天线全方位跟踪能力,提出了一种相控阵＋伺服辅助的方法.给出了算法数据处理流程,并完成了原理样机设计.根据原理样机工作原理给出了跟踪角误差计算公式,测试结果与计算结果相符.测试结果表明：在（57.88-115.76）°/s角速度下,通信链路信噪比损失小于0.5dB.

基于同时扰动随机逼近的“动中通”步进跟踪算法

为了提高动中通系统的跟踪性能,在对动中通系统特性分析的基础上,借鉴参数优化的思想和方法提出了一种基于同时扰动随机逼近的步进跟踪算法,算法的核心思想是利用高效的同时扰动技术对跟踪的梯度进行估计,而且算法仅利用带噪声的信号强度的测量值对梯度进行估计。该算法能够同时驱动天线波束在方位面和俯仰面以接收信号的最陡上升方向即梯度方向跟踪目标卫星。计算机模拟分析结果表明该算法不仅是有效的,而且具有较强的鲁棒性。

平板动中通天线波束稳定的分析研究

本文基于方位—俯仰—极化三轴稳定平台的天线波束稳定方案,提出了天线波束坐标系的概念,推导出天线波束稳定隔离方程,以克服载体角运动对天线波束的干扰,并基于此模型进行了仿真,结论对实现天线波束稳定具有一定的理论意义。

低轮廓“动中通”系统跟踪方法研究

在分析低轮廓"动中通"跟踪系统关键技术及天线稳定跟踪和波束跟踪的基础上,给出一种陀螺稳定跟踪和复合跟踪联合工作的模式。其中陀螺稳定跟踪考虑了由于温度和时间引起的偏移误差问题;复合跟踪在陀螺稳定跟踪的基础上加入了一维机扫一维电扫的波束跟踪方法,并给出了波束跟踪的理论和Matlab仿真结果。该联合跟踪的方法能够在保证跟踪精度的前提下有效降低系统成本,对低轮廓"动中通"跟踪系统的研究设计具有实际意义。

车载“动中通”伺服控制系统的设计与实现

随着信息时代的到来,卫星通信发挥着越来越重要的作用。"动中通"系统作为该领域的典型代表,得到了广泛的应用。在对车载"动中通"伺服系统进行了分析和研究之后,设计了一种步进电机伺服控制系统。通过系统辨识工具箱建立了该系统中执行机构的数学模型,并在Simulink在中对伺服系统进行了仿真,设计了速度-位置双闭环PID-扰动补偿的复合控制算法,并应用到实际当中。实验表明,所设计的步进电机伺服控制系统能抑制载体的扰动,动态性能良好,满足性能指标要求。

多板天线“动中通”跟踪测角算法研究

跟踪技术是低轮廓"动中通"系统的核心技术之一。研究了多板天线"动中通"系统的跟踪方案,并针对低轮廓"动中通"跟踪过程中如何获取天线指向相对于卫星方向的偏差角问题,提出了适用于一维机扫一维电扫的多板天线"动中通"系统的方位、俯仰跟踪测角算法,解决了系统的跟踪测角问题,为实现低轮廓低成本"动中通"系统提供了重要的理论参考。

Ka频段卫星动中通链路雨衰预测与对策分析

受周围环境特别是降雨的影响,卫星动中通(STOM)的通信链常常会发生信号衰减、甚至通信中断。针对这一问题,基于ITU-R模型分析并得到了Ka频段卫星通信链路雨衰预测结果。通过实验对比发现,相比于发射端,接收端受低链路降雨影响较小,动中通适用于接收端。分别研究了改变调制方式、编码方式、降低传输速率和选取高增益天线等4种降低雨衰影响方法,给出了不同降雨量下相应的有效解决策略,为动中通在不同降雨衰减环境下的链路设计及通信提供了技术支撑。

基于自抗扰算法的“动中通”系统控制策略

"动中通"(SOTM)伺服控制系统通常采用三闭环PID控制策略进行控制器的设计;然而,由于系统扰动和系统时变性参数的存在,传统PID算法难以保证"动中通"系统稳定、可靠地工作;针对传统控制策略的弊端,建立了"动中通"系统数学模型,并提出了一种基于自抗扰(ADRC)算法的双闭环控制策略;仿真实验表明,基于ADRC的双闭环控制策略不仅具有更快的响应速度和更高的控制精度,还有更强的鲁棒性,能有效地弱化系统扰动的影响,满足"动中通"系统的功能需求。

车载“动中通”伺服控制系统研究与应用

目前,国内大多数卫星通信业务是以固定站卫星通信为主,无法实现在运动中通信。因而,基于卫星通信的运动中通信设备-"车载动中通"系统应运而生。文章研究了两轴捷联式车载移动卫星通信地球站,可实现在运动中实时卫星通信。车载"动中通"伺服控制系统主要研究系统硬件结构、算法设计和系统建模与仿真。由于车辆行驶速度、路况的高度不确定性,车载"动中通"伺服系统采用模糊PID控制,对星策略采用圆锥扫描算法。系统仿真采用MATLAB中Simulink模块完成,仿真结果表明,车载"动中通"伺服系统输入与输出的稳态误差很小,动态性能良好。

TCP/IP在“动中通”系统中的问题研究

针对"动中通"通信链路的特点,及TCP/IP协议的相关特点和算法,对TCP/IP协议在动中通链路中的几项缺陷进行了研究,并给出了可行的改进方案。