船载卫星通信跟踪系统研究及设计.doc

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1、船载卫星通信跟踪系统研究及设计　　在占地球总面积70%左右的海洋上无法建立基站，由此迫切需要稳健的船载卫星通信系统。船载卫星通信系统研究主要包括系统配置设计、控制策略、硬件选型和监控系统的设计。为了克服船体的运动，三轴随动控制系统采用模糊PID算法，根据一系列的对星策略以使船体在运动中始终对准卫星，实现实时通信。采用FPGA芯片作为陀螺仪温度补偿数据处理系统，可使整个随动系统更为精准快速。监控系统舍弃较为传统的客户端/服务器架构，选择浏览器/服务器架构。通过模拟测试，验证了船载卫星通信系统具有较好的性能和友好的应用性。　　由于海上缺少固定的通信中继站，而船载卫星通信系统正

2、好可以充当海上的通信中继站，我国要建设成为海洋强国，海洋通信必不可少，由此迫切需要高性能的船载卫星通信产品。于是开发高性能的船载卫星通信跟踪系统具有重要的现实意义。　　正是基于该目的，船载卫星通信系统采用了GPS获取三轴的绝对地理坐标，配以电子罗盘测量三轴理论角度，加上基于现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGate船载卫星通信跟踪系统研究及设计　　在占地球总面积70%左右的海洋上无法建立基站，由此迫切需要稳健的船载卫星通信系统。船载卫星通信系统研究主要包括系统配置设计、控制策略、硬件选型和监控系统的设计。为了克服船体的运动，三轴随动控制系统采用模糊P

3、ID算法，根据一系列的对星策略以使船体在运动中始终对准卫星，实现实时通信。采用FPGA芯片作为陀螺仪温度补偿数据处理系统，可使整个随动系统更为精准快速。监控系统舍弃较为传统的客户端/服务器架构，选择浏览器/服务器架构。通过模拟测试，验证了船载卫星通信系统具有较好的性能和友好的应用性。　　由于海上缺少固定的通信中继站，而船载卫星通信系统正好可以充当海上的通信中继站，我国要建设成为海洋强国，海洋通信必不可少，由此迫切需要高性能的船载卫星通信产品。于是开发高性能的船载卫星通信跟踪系统具有重要的现实意义。　　正是基于该目的，船载卫星通信系统采用了GPS获取三轴的绝对地理坐标，配以

4、电子罗盘测量三轴理论角度，加上基于现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)的温度补偿过的三轴陀螺仪测量三轴的瞬时速度来达到快速补偿的目的，根据搜索算法和跟踪算法使整个随动系统在模糊PID控制算法下更为精准快速地实现对星。为了监控船载卫星通信系统的性能以及实现对船载卫星通信系统的人为操作，通过有线局域网或无线WiFi实现船载卫星通信系统与监控系统的相互连接，监控系统采用嵌入式Web服务器的浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)架构。　　1系统总体结构设计　　1.1船载卫星通信工作过程　　船载卫星通信系统的工作过程

5、可以分成两个部分，即发射过程和接收过程。发射过程将要传输的信息依次经过交换机和卫星调制解调器，由上变频功率放大器(BlockUpConverter,BUC)将信号调制成适合在无线环境中传输的信号，再由船载天线发射出去。船载接收过程则与发射过程相反，天线接收到的信号经过低噪声下变频器(LowNoiseBlockdownconverter,LNB)滤波放大后送入定向耦合器，定向耦合器将接收到的信号分成两路或多路，其中一路由卫星调制解调器完成解调用于业务；一路将作为信标机的信号源，用于测量目标卫星的信号强度，当然船载卫星通信系统与卫星之间的通信方式是全双工的。　　1.2船载

6、卫星通信系统结构　　船载卫星通信系统研究的主要对象由ARM控制系统、控制天线姿态的随动系统、调平盒模块、监控系统、网络模块组成，其中调平盒模块中含有为解决三轴陀螺仪零点漂移难题的基于FPGA的温度补偿子模块。　　船载卫星通信系统是以轮船为载体，载体在海水运动的干扰下不仅会有三维运动，而且运动轨迹没有规律无法制定相应的规则。为了高效率、高精度地实现船载天线时刻保持对星的姿态，必须采取一系列的控制策略才能顺畅地完成正常的通信。在茫茫大海上要想得到船载天线的状态，可通过安装在船载跟踪系统上的全球定位系统(GlobalPosiTIoningSystem，GPS)实时地获取跟踪系统

7、的经、纬度信息，通过和目标卫星的经纬度计算得到船载卫星通信系统的天线对准卫星所需的理论位置和俯仰角，电子罗盘采集船载天线的航向角度、俯仰角度和横摇角度，三轴陀螺仪测量三轴的瞬时速度来达到快速补偿的目的［3］。ARM控制系统会根据所得到的天线状态以及信标接收机反馈回来的信号强度实时地控制随动系统使船载天线对准目标卫星。船载卫星通信系统组成框图如图1所示。　　　　2硬件模块设计　　2.1陀螺仪温度补偿模块设计　　为了提高本系统的性价比，本设计没有选择昂贵的惯性导航系统而选择使用型号为CRS0302的微机械陀螺仪，但微机械陀螺仪有