二维有源相控阵动中通天线控制系统设计与实现

摘要

近年来随着卫星通信技术的发展，作为无线通信的重要组成部分，卫星通信具有覆盖范围大、通信距离长、受自然环境因素的影响小等特点。基于以上特点，卫星通信在军事应用、抢险救灾、海上通信、野外无人区通信等领域越来越受到人们的青睐。而动中通技术就是在可移动的载体上，安装卫星通信地球站，应用特有的稳定和跟踪技术，使天线在载体移动过程中，始终对准指定的地球同步轨道卫星，保持载体与卫星的实时通信的技术。传统动中通天线一般采用三维机械伺服驱动反射面天线，体积大、高度高、耐老化和磨损能力差，越来越难以满足用户对动中通的需求。而二维相控阵动中通天线体积小、剖面低、可共型、波束切换速度快、纯固态结构实用寿命长，可以满足用户在多种恶劣条件下动中通使用。 本论文正是针对上述问题，以二维有源相控阵天线波束控制技术和稳定可靠的卫星天线跟踪技术为主要的研究对象，在深入分析波束空间合成技术、自动化测试技术、卫星精确对准技术、捷联惯导技术、高精度信标机技术等技术之后，对以上技术进行有机融合，设计并实现了二维有源相控阵动中通天线控制系统。主要内容为： 1．设计二维有源相控阵动中通天线控制系统架构。要求在满足项目技术指标要求的情况下，结合天线和TR组件的设计，首先实现二维有源相控阵天线的波束空间合成并扫描（以下简称波控）的功能，其次实现天线在跟随载体的运动过程中，能够实时控制波束对准指定通信卫星的功能。 2．设计控制系统主控板原理图，包含核心处理器件及其附属芯片，数据存储部分，外部接口部分，芯片供电部分等。 3．设计高性能二维有源相控阵天线波束控制算法。满足波控部分分模块技术指标，达到相控阵天线波束快速准确切换的目的。 4．设计高性能卫星精确对准算法并结合波控算法，最终实现载体在运动过程中，天线波束实时对准指定通信卫星的功能。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 动中通技术的发展

1.1.1 机械伺服动中通天线

1.1.2 相控阵动中通天线

1.1.3 动中通控制系统现状

1.2 本文主要工作

1.3 本论文的结构安排

第二章 二维有源相控阵动中通天线控制系统指标分解

2.1 天线整机技术指标

2.1.1 电性能指标要求

2.1.2 接口要求

2.1.3 结构要求

2.2 天线控制系统指标分解

2.3 本章小结

第三章 天线控制系统架构设计

3.1 天线控制系统结构组成

3.2.1 调试接口

3.2.2 终端接口

3.3.1 相控阵天线基本理论

3.3.2 本文波控方案

3.4.1 动中通天线卫星跟踪方式分析

3.4.2 本文卫星跟踪方案

3.4.3 卫星跟踪算法设计

3.5 本章小结

第四章 主控板硬件设计与实现

4.1 主控板需求分析

4.2 主控板设计框图

4.3 整机电源设计

4.3.1 350W模块电路设计

4.3.2 50W模块电路设计

4.3.3 50W负5V电压模块电路设计

4.3.4 波控电路电源设计

4.4 波控数字电路设计

4.4.1 外部调试接口设计

4.4.2 外部用户接口设计

4.4.3 核心处理芯片及外围电路设计

4.4.4 外部模块接口设计

4.5 主控板版图及实物图

4.6 本章小结

第五章 主控软件设计与实现

5.1 主控软件需求分析

5.2 主控软件功能模块组成

5.3.1 时钟模块设计

5.3.2 用户接口通信模块设计

5.3.3 调试接口通信模块设计

5.3.4 跟踪接收机通信模块设计

5.3.5 组合惯导模块通信模块设计

5.3.6 指令解析模块设计

5.3.7 对星算法模块设计

5.3.8 波控算法模块设计

5.3.9 FLASH通信模块设计

5. 3.10 TR组件控制模块设计

5.4 本章小结

第六章 天线整机测试

6.1 动中通天线控制系统测试要求

6.1.1 动中通天线控制系统分机状态测试要求

6.1.2 动中通天线控制系统跟随整机测试指标

6.1.3 动中通天线控制系统功能要求

6.2.1 相控阵天线控制部分波控码测试

6.2.2 相控阵天线方向图测试

6.2.3 天线动中通性能部分测试

6.2.4 跑车测试

6.3 动中通天线控制系统测试指标符合性

6.4 本章小结

第七章 结 论

7.1 本文的主要贡献

7.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献