光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)在“動中通”的應(yīng)用

董蓉霞

（中國電子科技集團公司第39研究所陜西西安710065）

車載“動中通”通信系統(tǒng)的應(yīng)用極為廣泛，從行駛在戈壁搓板路面的“神舟”系列搜救車，到行駛在高樓林立的城市公路的公安系統(tǒng)通信車，再到不可知環(huán)境的應(yīng)急系統(tǒng)通信車，林林總總。“動中通”通信系統(tǒng)工作的前提是通信天線要在載車行駛條件下精確對準衛(wèi)星，而載車的機動性和路面的復(fù)雜性增加了其難度，一方面要求天線響應(yīng)快，在橋梁、樹木、建筑物、山體和隧道等遮擋后迅速完成對衛(wèi)星目標的重捕，另一方面在載體劇烈擾動時能精確地自動跟蹤衛(wèi)星目標[1]。本文通過高精度單脈沖自跟蹤系統(tǒng)和光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)在天線控制系統(tǒng)中的聯(lián)合使用，使這一要求得以實現(xiàn)。

1 天線控制系統(tǒng)設(shè)計

高精度的“動中通”天線控制系統(tǒng)一般采用的工作方式為偽單脈沖單通道[2]的自動跟蹤模式。所謂單脈沖就是在一個脈沖上可得到完整的目標偏離天線電軸的誤差信息，因此響應(yīng)快；偽單脈沖自跟蹤也為零值跟蹤，工作在和信號的最大點，差信號的零點，該處差斜率最大[3]，所以跟蹤精度高，抗顛簸、沖擊、振動能力強。“動中通”天線的半功率波束寬度較窄，動態(tài)條件下沒有航姿系統(tǒng)的引導(dǎo)，自身捕獲衛(wèi)星目標的時效性較差。

光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)是一種把光纖陀螺和加速度計直接連接在動載體上測量載體的角加速度分量和角速度分量，航姿處理器根據(jù)車體坐標系和導(dǎo)航坐標系的方向余弦陣，計算出沿導(dǎo)航坐標系3個軸上的加速度分量，進而計算出載體的航向和姿態(tài)信息[4]。光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)是一種輔助式慣性系統(tǒng)，成本低可靠性高[5]，它不具備自對準功能，利用單脈沖跟蹤系統(tǒng)對衛(wèi)星目標高精度跟蹤的角度數(shù)據(jù)，實時標定光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)初值，可以使航姿系統(tǒng)長期保持在高精度的慣性導(dǎo)航水平上。天線控制系統(tǒng)在進行衛(wèi)星目標捕獲時，工作方式為航姿系統(tǒng)引導(dǎo)天線指向衛(wèi)星目標[6]，目標進入天線電軸的半功率波束寬度內(nèi)，天線控制系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到單脈沖自動跟蹤模式，完成天線對衛(wèi)星目標的捕獲任務(wù)而進入高精度自動跟蹤狀態(tài)。高精度單脈沖自跟蹤系統(tǒng)和光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)在天線控制系統(tǒng)中的聯(lián)合使用，使“動中通”通信系統(tǒng)天線控制系統(tǒng)設(shè)備同時具備快速捕星和精確跟蹤的能力。

“動中通”通信系統(tǒng)天線控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 某車載“動中通”天線控制系統(tǒng)框圖

當單脈沖自跟蹤支路故障時，作為一種冗余手段，天線控制單元利用捷聯(lián)航姿系統(tǒng)送出的天線車體角度作為引導(dǎo)命令引導(dǎo)天線，在航姿收斂時間范圍內(nèi)引導(dǎo)跟蹤目標。

2 試驗與數(shù)據(jù)處理

為了檢查天線對衛(wèi)星目標的捕獲能力，測試單脈沖自跟蹤性能和捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的各項性能，在某工程“動中通”通信系統(tǒng)天線控制設(shè)備中進行了專項試驗，試驗內(nèi)容包括在建筑工地、沙石路面、復(fù)雜城市環(huán)境和山區(qū)公路上的顛簸跟蹤性能試驗和動態(tài)再捕星試驗。

2.1 再捕獲試驗

載車在山區(qū)公路以30～80 km/h的時速運行，天線跟蹤東經(jīng)87．5°的中衛(wèi)1號同步衛(wèi)星，在連續(xù)穿越5個涵洞時，天線控制單元記錄天線工作狀態(tài)和天線運動數(shù)據(jù)。通過圖譜繪制以及所記錄的角度和時間數(shù)據(jù)分析，檢驗天線的再捕獲能力。

數(shù)據(jù)記錄曲線如圖2所示，細線條記錄的是捷聯(lián)航姿系統(tǒng)在涵洞里引導(dǎo)天線指向衛(wèi)星目標的數(shù)據(jù)，粗線條記錄的是天線載車在出涵洞后，單脈沖自跟蹤系統(tǒng)控制天線跟蹤衛(wèi)星目標的數(shù)據(jù)，二者對天線控制趨勢一致，銜接過渡平滑，載車在出涵洞時天線對衛(wèi)星目標的信標信號頻率和相位的鎖定時間不大于2 s。

圖2 山區(qū)公路上天線跟蹤狀態(tài)數(shù)據(jù)曲線

2.2 抗擾動能力試驗

載車在開闊不遮擋、無路面、車輛可極限通過的建筑工地復(fù)雜地形條件下以5～35 km/h的時速連續(xù)運行，天線跟蹤東經(jīng)103°的烽火1號02星，以單脈沖自跟蹤方式對目標進行跟蹤，同時記錄天線跟蹤接收機跟蹤衛(wèi)星信標角偏差信號、天線控制單元工作狀態(tài)和天線運動數(shù)據(jù)，通過圖譜繪制，分析出載車在顛簸路面行駛時天線動態(tài)跟蹤的能力。數(shù)據(jù)記錄結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 顛簸路面單脈沖自跟蹤方位角運動曲線

圖4 顛簸路面單脈沖自跟蹤俯仰角運動曲線

由圖3和圖4可知，載車在顛簸路面分別以順時針方向和逆時針方向行駛，在記錄數(shù)據(jù)將近1 min的時段里，天線沒有丟失目標，始終處于單脈沖自跟蹤狀態(tài)，載車運動引起天線方位角運動速度達到123．33（°）/s時，俯仰角運動速度達到48（°）/s時，天線能夠正常跟蹤衛(wèi)星信標。

3 結(jié)束語

通過對某車載“動中通”通信系統(tǒng)天線控制分系統(tǒng)的多項試驗分析，表明捷聯(lián)航姿系統(tǒng)與單脈沖自跟蹤系統(tǒng)結(jié)合使用，有效解決了“動中通”設(shè)備要求天線控制分系統(tǒng)對衛(wèi)星目標捕獲快速和跟蹤精確。該方法的性價比較高，實用可靠。

[1]阮曉剛，汪宏武．“動中通”衛(wèi)星天線技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用[J]．衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2006（3）：34－37．

[2]沈民誼，蔡鎮(zhèn)遠．衛(wèi)星通訊天線．饋源．跟蹤系統(tǒng)[M]．北京：人民郵電出版社，1993：234－237．

[3]馬寧．“動中通”常用跟蹤方式[J]．測控與通信，2008，32（120）：43－46．

[4]唐大全，劉錦濤，張博．微型捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)的硬件設(shè)計[J]．自動化儀表，2007，28（1）：15－18．

[5]秦永元．慣性導(dǎo)航[M]．北京：科學出版社，2006：328－330．

[6]AL－7204－Product－Sheet[EB/OL]．2008．http：//www．orbit－cs．com/uploads/Files/AL－7204．pdf．