淺析Vertex7200天線控制器工作原理

摘 要：文章主要針對Vertex7200衛星上行天線控制器的組成進行介紹，并對不同的組成部分進行簡要分析，對其原理進行介紹。同時分析了7200ACS調整天線的幾種工作模式。最后簡要介紹了其維護注意事項。

關鍵詞：7200；天控器；地球站；衛星天線

1 概述

衛星上行主要包括節目源（節目流）、節目調制、信號上變頻、功率放大、天線上星幾個方面。由于大口徑上行天線的半功率角小，所以需要安裝天線控制器對其方位（AZ）及俯仰（EL）進行時時跟蹤調整，保證其跟蹤天線及時、準確，保障節目的可靠傳輸。Vertex7200 Antenna Control System（簡稱7200ACS）系列天控器由于其跟蹤精度高、穩定性好、操作靈活方便，所以其在衛星天線上星控制中廣泛使用。文章簡單地對7200ACS的組成和工作原理進行分析，交流維護經驗。

2 7200ACS構成

7200ACS是一個天線指向系統，可以手動操作也可以自動控制進行定位，它能夠從一個或者多個通信衛星中接收信標信號用來定位天線。7200ACS使用微處理器技術，為其提供準確的天線定位、高可靠性和系統的靈活使用能力。7200ACS主要包括3個子系統：ACU（AntennaControlUnit；天線控制器）、ADC（Antenna Drive cabinet；驅動柜）和PFD（PositionFeedback Devices位置傳感器）。

7200ACU主要由以下幾個部分組成：前面板、內部控制電路、雙電源接口、輸入輸出接口。7200ACU前面板如圖1所示，包括一個8Χ4英寸的顯示器和一個操作鍵盤，為操作控制提供一個直觀、簡易的操作平臺。內部控制電路主要用來進行相關控制計算功能。雙電源接口是保障設備的可靠運行。輸入輸出接口，主要功能是接收從信標機發送的信標信號和將計算后的控制信號發送至ADC用于對天線進行控制。

7200ACU使用摩托羅拉6803032位微處理器為中央處理單元（CPU），用于為ACU的控制和跟蹤算法提供足夠的計算能力。還包括一個專用VME CPU控制電路，包括CPU、只讀存儲器（ROM）、隨機存取存儲器（RAM）、總線控制電路和存儲器控制電路，提供有效和可靠的系統操作。

7200ADC主要是對天線的方位、俯仰和極化進行控制的室外單元。一般ADC都放置在天線的基礎上。主要包括：PMCU（便攜式維修控制單元）、主變頻器驅動斷路器、緊急停止開關、AZ（方位）變速傳動裝置、EL（俯仰）變速傳動裝置、24VDC電源、POL（極化）控制電路（三軸和四軸系統）。

便攜式維修控制單元允許操作人員手動控制天線，主斷路器控制驅動電機的電源、限位開關和驅動柜電源。24V直流電源為驅動柜中的電路板提供供電保障。

7200ADC可以從ACU或者便攜維修控制單元接收控制指令，在24VDC的保障下執行驅動指令和聯鎖功能。在AZ和EL軸安裝的是三相感應齒輪電機，標準規格的電機可基于驅動柜提供的208V或380V-415V伏三相輸入。

位置傳感器俗稱玄變，在控制天線時起著重要作用，它反映著天線姿態的時時信息，將信息傳送至ACU用以對天線方位、俯仰和極化值顯示和控制。它的精度決定天線的跟蹤精度。

3 7200ACS操作模式

7200ACS提供了多種操作模式，包括手動控制，ACU手動控制模式，“傳統的”steptrack模式（步進跟蹤模式）以及OPT（Orbit Prediction Tracking；軌道預測）模式。

手動控制是使用傳動柜提供得PMCU操作手柄，主要是便于維護天線。設置位于維護/遙控開關繼電器面板維護模式，要在系統上執行維護允許。因此，此開關在維護位置，ACU不能遠程控制。當驅動柜打開遠程開關時，ACU系統遠程控制天線，PMCU無法操作。

ACU手動控制是通過操作ACU鍵盤，選擇手動操作天線模式，對天線進行手動微調，主要用于惡劣天氣時天線需要進行手動跟蹤衛星時使用。手動微調首先需要執行最低調整速度，手動調整角度按照ACU顯示的最小可調角度調整，保證天線的對星準確。手動控制還可以根據對星角度，提前設定好方位、俯仰和極化，使天線快速跟蹤目標，接近目標時改用低速調整。這種可以進行快速對星和換星。

Steptrack模式根據ACU跟蹤信號的強度提供天線最大的自動周期性定位。7200 ACU利用頂點自適應Steptrack（AST）算法來執行。AST采用備用AZ和EL基于之間的數學關系的峰值運算改變在接收信號電平與在角天線位置的給定變化，決定各軸（方位、俯仰）的初始的步長值，然后根據信號強度之前和之后的變化情況，確定校正的大小和方向。一旦接收信標最大值方向確定，立即控制天線移動。在用戶自定義的時間間隔進行，或者當接收信號電平下降到低于用戶設定的閾值時，Steptrack模式開始尋找信標最大值。

由軌道力學和誤差分析技術相結合的OPT模式提供很好的短期和長期的衛星定位能力。OPT是使用的7200 ACS根據衛星之前的運動來預測衛星未來位置的算法。這個原理是，如果航天器的位置、速度，以及所有作用于它的力量是已知的，其位置可以在將來任何時間進行預測。軌道力學用于提供衛星的和地球表面的模型運動。建模和誤差分析需要定點收集Steptrack數據操作，結合所引起的衛星軌道參數和系統誤差機械結構，其提供最佳數據。軌道參數和系統誤差然后通過軌道力學反饋模型來確定一段時間后的天線的方位及俯仰角度。

4 維護方面

7200ACS主要分為兩個部分，室內ACU部分和室外ADC部分。ACU的工作環境要求較高，一般室溫要求23-25℃，濕度中度。室外ADC部分主要是定期除塵和防水檢查，定期巡視工作狀態是否正常。

7200ACV的后面進風口安裝一個濾塵海綿，一般工作環境較好可以每6個月清洗一次，如果環境中塵土較多則增加清洗頻次，至少每月一次。電池應該每年進行一次測試，發現電池電壓小于2.8VDC時應及時更換。

5 結束語

天線控制器關系到天線的對星準確度，決定著天線信號的饋送質量，是一個關鍵設備，弄清楚原理和維護要點對保障信號的發射有重要意義。