基于GPS与电子罗盘的定向天线自动定向装置.pdf

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1、基于GPS与电子罗盘的定向天线自动定向装置12于日平，王德兴（1.青岛理工大学计算机工程学院，山东省青岛市266033，2.青岛理工大学现代通讯技术研究所，山东省青岛市266033）摘要：介绍了一种定向天线自动定向装置，阐明了其工作原理，描述了系统硬件构成，并给出了电路原理图；着重解释了其姿态控制算法，包括各控制量的计算生成过程，利用相关量做出姿态调整的决策方法。该装置已成功应用于奥帆赛期间的海上安保，取得了理想效果。关键词：单片机；GPS；电子罗盘；定向天线；自动定向中图法分类号:TP23文献标识码：BAutoOrient

2、ationPanforBeamedAntennaBasedOnGPSandElectronicCompass12YURi-ping,WANGDe-Xing(1.Dept.ofComputerEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity,QingdaoShandong,China2660332.AdvancedCommunicationTechnologyInstitute,QingdaoTechnologicalUniversity,QingdaoShandong,China26603

3、3)Abstract:Atypeofautoorientationpanisintroduced,withitsprinciplebeingdemonstrated.Thecomponentsofthesystemaredescribed,anditscircuitdiagramisalsooffered.Emphasishasbeenplacedonitsattitudecontrollingalgorithm,includingtheemergingprocessofallcontrollingparameters,an

4、dthemethodfordeterminingattitudeadjusting.ThisapparatushasbeenadoptedformaritimesecurityinOlympicSailingGames,andhasachievedexpectedeffects.Keywords:MCU;GPS;ElectronicCompass;BeamedAntenna;AutoOrientation１．引言2008青岛奥帆赛海上安保的一项重要工作，就是把海警巡逻艇视野内的海上视频实时传送到陆上指控中心等岗位；起初采用全

5、向天线高功率无线传输，但奥帆赛期间对电磁环境有严格要求，需要将其改进为定向天线低功率无线传输。而舰艇在海上的朝向是不断变化的，必须研制一种能够承载艇上天线，使之始终朝向陆上天线的自动定向装置。２．系统工作原理首先，为方便叙述，界定本文中将使用的各个名词术语与简称，参见图2-1。ϕSBPϕSBAϕSBA−SBP∆ϕSBAϕSBA图2-1系统工作原理LBA(Land-BasedAntenna)陆基固定天线，SBA(Sea-BasedAntenna)海基自动定向天线，SBP(Sea-BasedPlatform)海基平台巡逻艇，箭头

6、为其基准向，设为与艇首同向；系统约定N(正a北向)为0，逆时针为正向角；ϕ-SBP基准朝向角，ϕ-SBA相对SBP基准的指向SBPSBA−SBP角，ϕ-SBA当前指向角，ϕ-SBA理想指向角，∆ϕ-SBA当前与理想指向角偏差；SBASBASBALBA位置坐标已知，通过GPS得到SBA当前坐标，依据这两者计算出SBA理想指向角ϕ；通过电子罗盘得到SBP基准朝向角ϕ，与SBA相对SBP基准的指向角ϕSBASBPSBA−SBP作用得到SBA当前指向角ϕ，根据其与ϕ的偏差，决策步进电机以一定的速度向正确SBASBA[1]的方向转过适

7、当的角度，获得天线的正确指向。３．系统硬件规划系统由采样单元、主控单元、驱动单元组成，硬件电路如图3-1所示。图3-1系统电路图(1)采样单元采样单元包括GPS模块与电子罗盘。为避免无线信号对罗盘的干扰，将其安装在远离天线工作面的屏蔽区。GPS与罗盘通过RS232与单片机通信，按照NMEA0183协议，传送方位与指向角信息，接受单片机命令。对于GPS将采用$GPRMC格式的数据表示，对于电[2]子罗盘将采用$PTNTHPR格式的数据表示。(2)主控单元主控单元采用单片机实现，这在处理速度上完全可以满足要求，且是一种更经济的方

8、案。鉴于GPS模块与电子罗盘均需通过串口与单片机通信，我们选择了一种双串口的单片机[3]W77E58，与51系列单片机兼容。(3)驱动单元[4]采用二相步进电机加减速器驱动天线云台，对步进电机的驱动采用L297+L298方案。L297是一种步进电机逻辑控制芯片，接受单片机指令，向步进电机发