基于C8051F120的船载卫星通信自动跟踪控制硬件系统的研发与应用

摘要

当今时代是高速发展的信息化社会，人们对通信越来越依赖，自然而然通信方式也就变得尤为重要。在多种多样的通信中，卫星通信以它自有的独特优势一直占据重要位置，例如卫星通信不受地域限制，通信容量大又灵活。国内现在多数为固定站卫星通信并且其技术也日渐成熟，不能满足运动中的实时通信交互，特别是世界上海洋面积又占总面试的百分之七十左右，基站无法建立，地理因素阻碍了与外界通信，使渔民生活和军事任务都更加困难。由此迫切需要稳健的船载卫星通信系统。本文研究三轴随动的船用移动卫星通信地球站，该系统可保证在船体运动中的实时对星通信。
　　本文在阅读大量的文献的基础上，在现有不成熟的船载“动中通”系统上进行改进，研究内容为船载“动中通”通信地球站的硬件设计，主要包括硬件的选型、电路图的设计、与硬件配置相关的部分软件设计及控制原理。本设计的船载系统由伺服控制分系统、天馈分系统及监控分系统三部分组成。伺服控制分系统负责处理传感器数据并控制电机转动以保证实时对星通信，天馈分系统负责信号的收发，监控分系统负责设置天线参数并实时监控天线状态。在硬件的选型上，本系统选择了GPS获取三轴的绝对地理坐标，配以采用电子罗盘测量三轴理论角度，加上采用三轴陀螺仪测量三轴的瞬时速度来达到快速补偿的目的，可使整个随动系统更为精准快速。为克服因海浪的运动对船体的干扰，采用PID算法作为本系统的控制算法，将实际测得的陀螺仪的值作积分得到误差角度值，并将误差角度值作为PID控制的输入，得到电机的控制量以驱动电机转动，以使船体在运动中始终对准卫星，实现实时通信。
　　本船载系统在三维运动模拟仪测试环境下已能实现准确对星及通信。下一步需要将船载系统安装到船舰上在真实的环境下考验，方便进行后续的量产工作。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4论文内容安排

第二章 船载系统相关原理介绍

2.1坐标系的建立

2.2移动通信地球站对星理论角度的计算

2.3卫星通信系统及原理

2.4本章小结

第三章 系统总体设计

3.1 机械结构设计

3.2 跟踪系统组成

3.3系统硬件组成

3.4本章小结

第四章 系统模块设计

4.1跟踪系统模块设计

4.2上位机模块设计

4.3上下位机通信

4.4 本章小结

第五章 跟踪系统的改进与难点克服

5.1 跟踪系统的改进

5.2 跟踪系统关键技术

5.3 跟踪系统常见难点克服

5.4 本章小结

第六章 船载系统测试

6.1 测试环境

6.2 系统性能测试与分析

6.3 本章小结

第七章总结与展望

参考文献

附录1 程序清单

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢