談機載衛(wèi)星通信天線穩(wěn)定平臺實現(xiàn)范文

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【摘要】機載衛(wèi)星通信系統(tǒng)在飛機上的機動性相對較高，飛機的姿態(tài)是在不斷改變的，因此比較復雜。飛機在轉(zhuǎn)彎的時候，很容易使得通信天線方位角發(fā)生變化，飛機出現(xiàn)橫滾和俯仰的時候，也會使通信天線的俯仰角改變，因此為讓機載衛(wèi)星通信鏈路更加穩(wěn)定，設計相關(guān)平臺是極為重要的。基于此，本文主要介紹了機載衛(wèi)星通信天線的外部穩(wěn)定方式以及如何建立相應的坐標系。

【關(guān)鍵詞】機載衛(wèi)星；慣導；坐標

轉(zhuǎn)換機載衛(wèi)星通信的整體架構(gòu)中，對于飛機的要求較高，飛機在飛行的時候經(jīng)常會受到各種因素的影響，比如氣流會讓飛機發(fā)生抖動，飛機就會出現(xiàn)偏航等不確定因素，而這些因素會直接讓天線主波束發(fā)生差異偏離，和衛(wèi)星的聯(lián)系也會出現(xiàn)中斷，使得通信發(fā)生問題，導致嚴重的后果，因此如果想要通信更加穩(wěn)定，就需要讓天線隔離飛機的抖動，即建立天線穩(wěn)定平臺。

1穩(wěn)定平臺的實現(xiàn)方法

一般來說，想要讓機載天線更加穩(wěn)定，主要是通過內(nèi)部穩(wěn)定以及外部穩(wěn)定兩種方式實現(xiàn)的。內(nèi)部穩(wěn)定，也就是說不使用外部相關(guān)設備，僅僅依靠天線自身系統(tǒng)的一些內(nèi)嵌姿態(tài)傳感器等功能性零部件，讓飛機出現(xiàn)抖動或姿態(tài)改變的時候，避免發(fā)生天線偏轉(zhuǎn)，在機體不穩(wěn)定的狀況下使其能夠?qū)Υ蟮囟韵鄬o止。而使用外部穩(wěn)定方法，一般情況下需要在飛機上搭載一種導航設備，使其能夠隨時監(jiān)控飛機運行時的參數(shù)，并且按照相關(guān)技術(shù)，對坐標進行轉(zhuǎn)換，使其能夠相對大地保持靜止。這兩種方法各有優(yōu)勢和弊端，使用自身穩(wěn)定的方法，相對而言較為簡潔，獨立性也較高，但是天線自身需要安裝的部件多，體型也較大，投入的成本相對而言較多，而且穩(wěn)定性相對較差。用外部穩(wěn)定的方法使用的部件較少，相對而言更為穩(wěn)定，投入的成本也較低，但是對于外部設備的依賴性過高。大部分的機載衛(wèi)星通信天線受其可用空間的限制，無法內(nèi)嵌姿態(tài)傳感器和采用內(nèi)部穩(wěn)定方法，而目前飛機上一般都會裝有導航設備，天線可以獲取外部的姿態(tài)信息參考，所以使用外部穩(wěn)定方法比較合理。

2基本坐標系

按照相關(guān)規(guī)則可以知道，系統(tǒng)指標有其具體的運行標準，天線座架一般為方位-俯仰座架，在運行的過程當中規(guī)定方位角順時針為正，逆時針為負，而俯仰角規(guī)定為向下為負，向上為正。

3坐標轉(zhuǎn)換

第一步需要確定的就是先假定飛機正在向北方飛行，讓飛機機體的坐標能夠和地理相關(guān)坐標符合，之后再將飛機的整體狀態(tài)進行改變，然后再對于轉(zhuǎn)變之后的情況進行記錄。

3.1改變航向角

飛機正在進行水平運動，飛機的頭部按照順時針進行旋轉(zhuǎn)，得出坐標系的數(shù)據(jù)，見圖2。3.2改變縱搖角飛機的頭部需要按照一定標準，提升一定的角度，并且按照順時針進行旋轉(zhuǎn)，由導航所提供的數(shù)據(jù)，改變飛機的飛行狀態(tài)，按照坐標轉(zhuǎn)換得出的位置進行運動。

3.3改變橫搖角

飛機的機體向一側(cè)傾斜，并且做順時針旋轉(zhuǎn)，見圖3。

4系統(tǒng)構(gòu)成和軟件實現(xiàn)

4.1系統(tǒng)的構(gòu)成

整個飛機的系統(tǒng)主要是由模擬環(huán)路等和系統(tǒng)按照規(guī)則結(jié)合而成的。一號單片機是使用一種較為先進的芯片，考察飛機在運行過程中的數(shù)據(jù)，并且對其讀取，之后再進行輸出，然后按照相關(guān)標準進行計算，之后送到二號單片機之中。二號單片機使用先進的方法和天線軸角結(jié)合起來，對這些數(shù)據(jù)進行運算，而這個運算直接送到轉(zhuǎn)換器內(nèi)形成位置閉環(huán)。

4.2編程說明

對軟件進行相關(guān)操作主要有兩種方式，一種叫做查表法，而另一種叫做浮點法，前者主要是通過把角度的各種數(shù)值進行運算，然后儲存在相關(guān)的軟件里，之后再使用查表的方法進行相關(guān)運作，使這些數(shù)值能夠得出角度的有關(guān)值，再運算之后，就能夠有效地獲得控制天線運動的運行指導。而后者主要是經(jīng)過浮點方式進行運算，相對而言較慢，但是運算的結(jié)果比較準確。因此在飛機飛行的過程當中，使用哪一種方式進行操作，主要由運行過程當中整體系統(tǒng)決定。

5誤差分析及減小誤差的對策

5.1誤差分析

在這樣的系統(tǒng)當中，主要能夠?qū)︼w機整體系統(tǒng)運行的穩(wěn)定程度，和準確度造成影響的原因有以下幾種：比如說計算機在計算的過程中，因為一些原因而導致的數(shù)據(jù)差異。或是飛機在運行的過程當中出現(xiàn)了誤差等。也有可能是因為計算或是校正以及機械轉(zhuǎn)動過程中導致的誤差，因為數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換的過程中，需要通過十分復雜且極為大量的運算，而這些運算有可能會使計算機需要使用很多時間進行，而這種誤差一般來說就叫做計算機的滯后誤差。而因為飛機中的一些零部件和工作的死角區(qū)域而產(chǎn)生的一些誤差，就可以叫做環(huán)路零漂和死區(qū)誤差。本文探索的系統(tǒng)中對于角度進行考察使用的傳感器是單對極旋轉(zhuǎn)變壓器，使用的芯片相對而言較為先進。由這種傳感器和編碼芯片運行導致的誤差，就可以叫做軸角編碼誤差。在飛機運行的過程當中，因為計算機的計算原因所得出的有效數(shù)位產(chǎn)生的誤差，叫做計算誤差。按照系統(tǒng)的相關(guān)要求，可以發(fā)現(xiàn)有一些誤差是在標準范圍內(nèi)的，因此是可以被接受的，也可以符合飛機運行過程中系統(tǒng)需要。

5.2減小誤差的對策

按照飛機運行過程當中不同的誤差所產(chǎn)生的原因之間的不同可以看出，不同的誤差其主要原因大部分都是因為計算機計算帶來的誤差，或是因為隔離精度而產(chǎn)生的誤差。如果是因為計算機的計算滯后所產(chǎn)生的誤差，相對應的就可以在飛機的運行過程當中及時的全方位提升計算機運行速度，如果能夠通過先進的措施，忽略體積和投入經(jīng)費的原因，就可以使用更加先進的嵌入式工業(yè)計算機。使用這種更加先進的工業(yè)計算機，就可以讓這一誤差很大程度上減少。而對于隔離誤差想要減少，首先就需要提高導航的準確度，然后就要對系統(tǒng)進行相應的控制，使用比較先進的符合控制方法，也就是說在之前的控制方法上補充前饋補償，這樣可以讓飛機在運行的過程中更加穩(wěn)定，也可以讓整體系統(tǒng)得到提升，從而提升了隔離精度。而對于一些其他的誤差也有相對應的措施進行解決，比如說在飛機運行當中使用更加先進的元器件，能夠有效的減緩零漂和死區(qū)誤差的情況，而如果能夠使用多對極旋轉(zhuǎn)變壓器，就可以有效的全方位提升軸角編碼的準確度，從而減弱軸角編碼誤差，而使用更加先進的計算機也可以在很大程度上提升數(shù)字的有效位數(shù)，這樣也能夠讓計算誤差減少。綜上所述，飛機的運行過程中，如果能夠使用外部穩(wěn)定的方法，仍然可以有不同的途徑，來提升外部穩(wěn)定方法的可靠度和準確度，飛機在運行的過程中也能夠更加穩(wěn)定。

6結(jié)束語

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)飛機如果能在運行的過程當中使用外部穩(wěn)定的方法，就可以具有更多的優(yōu)勢，讓其運行更加穩(wěn)定。比如說可以在很大程度上減少平臺的尺寸，也能夠壓縮使用的時間，省去了一些不必要的環(huán)路，讓系統(tǒng)也能夠更加穩(wěn)定科學。很大程度上壓縮了投入的資本，而因為硬件的減少，耗電量程度也會很大程度上提升，這也就可以讓飛機上的供電不再那么緊張。但是因為導航是飛機安全飛行重要指標之一，導航出現(xiàn)問題之后，首要擔心的就是飛機在飛行過程中會導致的嚴重后果，因此相對而言使用外部穩(wěn)定的方法通常是適用的；當然，在體積、重量、功耗允許的條件下，天線可以內(nèi)嵌姿態(tài)傳感器等部件，采用內(nèi)部穩(wěn)定方法作為外部穩(wěn)定方法的補充，提高天線的跟蹤性能。

參考文獻

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作者：李曉鋒 單位：中航飛機股份有限公司西飛設計院