周勇 吳艷 楊崢

【摘 要】本文介紹了云臺(tái)天線自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)原理，及其系統(tǒng)中參考方位角的作用與意義。對(duì)方位角進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn)和C語(yǔ)言編程，并對(duì)該方位角在幾個(gè)象限特殊值處存的計(jì)算缺陷，進(jìn)行了算法上的優(yōu)化，解決了幾個(gè)特殊值導(dǎo)致云臺(tái)天線大幅搖擺，對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)誤的情況，進(jìn)一步完善了云臺(tái)天線自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】云臺(tái)天線自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)；參考方位角；算法實(shí)現(xiàn)；計(jì)算缺陷

中圖分類號(hào)： TN822.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0021-002

【Abstract】The design introduces the principle of automatic pan-tilt antenna and the role and significance of reference azimuth in the system. The implementation of the azimuth and C language programming， and the azimuth at several quadrant special value stored in the calculation of defects， the algorithm optimization， to solve a few special value led to a large pan-tilt antenna， the right Quasi-error situation， to further improve the automatic alignment system antenna.

【Key words】Antenna auto-alignment；Reference azimuth；Algorithm implementation；Calculation of defects

0 引言

毫米波是一種波長(zhǎng)介于1～10毫米的電磁波，由于其具有高頻段、傳輸頻帶寬、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于通信作戰(zhàn)系統(tǒng)中，但由于毫米波瓣窄，副瓣低，使得其在通信天線對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中較為困難[1]。毫米波波瓣對(duì)準(zhǔn)示意圖見圖1所示。

論文基于毫米波云臺(tái)天線自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)控制系統(tǒng)中，一個(gè)重要的參考方位角計(jì)算中存在著的不足，進(jìn)行了優(yōu)良改進(jìn)。兩云臺(tái)天線若要進(jìn)行正常通信，需要使兩天線達(dá)到較高的對(duì)準(zhǔn)精度，兩天線對(duì)準(zhǔn)是根據(jù)兩云臺(tái)天線接收到的AGC反饋電壓最大值為依據(jù)[2]，在兩云臺(tái)天線未對(duì)準(zhǔn)前，需用單片機(jī)控制兩臺(tái)天線，在一定的水平范圍內(nèi)和俯仰范圍內(nèi)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)掃描，再不斷實(shí)時(shí)的讀取AGC的最大值。若兩云臺(tái)天線都在隨意的初始位置開始盲目掃描，這勢(shì)必導(dǎo)致系統(tǒng)掃描對(duì)準(zhǔn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。為了減小掃描時(shí)間，在系統(tǒng)初始掃描時(shí)加入一個(gè)參考方位角，使兩天線先運(yùn)動(dòng)到一個(gè)大致的基準(zhǔn)方位上，再進(jìn)行小范圍的水平和俯仰掃描，即可實(shí)現(xiàn)云臺(tái)天線的快速對(duì)準(zhǔn)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中云臺(tái)天線安裝了GPS模塊和羅盤模塊，分別對(duì)云臺(tái)天線進(jìn)行位置定位和姿態(tài)檢測(cè)。LPC1768主控單片機(jī)，將讀取GPS的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并按照參考方位角計(jì)算公式，計(jì)算出方位角度。并發(fā)出相應(yīng)的角度控制命令，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)電機(jī)使兩云臺(tái)天線運(yùn)動(dòng)到初始對(duì)準(zhǔn)掃描位置，圖中AGC反饋電壓信號(hào)為天線自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)提供對(duì)準(zhǔn)電壓信號(hào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要解析單片機(jī)的控制命令，并將相應(yīng)的控制命令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的角度控制脈沖，驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)和俯仰電機(jī)按要求轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 參考方位角主要算法

根據(jù)遠(yuǎn)程航行器正北夾角的計(jì)算原理[3]，對(duì)系統(tǒng)中的參考方位角計(jì)算如下。先給出兩個(gè)如下定義：

基準(zhǔn)方向：把正北方向作為整個(gè)云臺(tái)天線運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)方向。

參考方位角：云臺(tái)天線運(yùn)動(dòng)終端所在點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的矢量方向按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到基準(zhǔn)方向的所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。

如圖3所示，假設(shè)本方云臺(tái)目標(biāo)點(diǎn)為P（λ，φ），對(duì)端云臺(tái)坐標(biāo)為PS（λS，φS），其中（λ，φ）為點(diǎn)的經(jīng)度和緯度。則運(yùn)動(dòng)終端將要運(yùn)動(dòng)的北向距離為：

對(duì)于上述公式中的反正切函數(shù)計(jì)算，考慮到浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算量和系統(tǒng)單片機(jī)運(yùn)行內(nèi)存的大小，對(duì)于反正切函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)程序中采用采樣數(shù)組取值完成。

在后期的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，云臺(tái)天線在角度趨于幾個(gè)象限的軸線上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大幅度搖擺、位置跑偏的情況，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和尋找發(fā)現(xiàn)單片機(jī)在處理dy/dx的時(shí)候，當(dāng)dx趨于零時(shí)，不能計(jì)算出方位角度值。后期對(duì)幾個(gè)臨界值進(jìn)行優(yōu)化處理，完善了方位角在整個(gè)平面內(nèi)的計(jì)算。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到完善算法前和完善算法后的數(shù)據(jù)結(jié)果如表2和表3。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過(guò)工程實(shí)驗(yàn)，當(dāng)角度值范圍在0

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于本次云臺(tái)天線設(shè)計(jì)系統(tǒng)中參考方位角的計(jì)算，在幾個(gè)臨界值處存在算法上的不足，并對(duì)該缺陷進(jìn)行了算法上的程序優(yōu)化。從而保證了云臺(tái)天線在運(yùn)動(dòng)到參考方位角的準(zhǔn)確性。

【參考文獻(xiàn)】

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