船载卫星天线测姿系统初始对准技术分析

《船载卫星天线测姿系统初始对准技术分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、哈尔滨工程人学硕士学位论文1．2微机械惯性系统简介1．2．1微机械惯性测量元件的发展状况许多世界上著名的惯性技术研究机构都在开展MEMS惯性器件及其系统的研究。例如，美国的Draper实验室、Litton实验室、Honeywell公司、麻省理工学院以及英国的BEI公司以及加拿大、德国、瑞典、韩国、日本的芯片制造公司和高等院校。在他们的推动下，MEMS惯性传感器近些年来发展迅速，目前，市场中出现了多款性能稳定的MEMS加速度计和陀螺仪产品。同时陀螺仪的精度也提高很快，上世纪九十年代初时MEMS陀螺仪的精度仅有1。／s，而如今的陀螺仪精度已经提高了

2、几个数量级，国外精度高的．MEMS陀螺仪的漂移甚至小于l。／h，已经达到了战术级精度惯性系统的应用标准。据相关机构预测，MEMS陀螺仪的极限精度约为漂移0．Olo／ll，这一指标可以满足大部分军用和民用惯性系统的应用要求。表1．1给出了在不同应用领域中对陀螺仪精度的要求。表1．1不同应用领域中对陀螺仪精度的要求导航系统战术武器汽车电子陀螺漂移0．005．0．0l。／Il0．1．10。m50．180。／h标定因子5．50PPM200．500PPM随机噪声0．002—0．0056／h／压0．2—0．5。／h／压1．2．2基于MEMS惯性器件的捷联式

3、惯性系统的研究概况随着MEMS惯性器件精度的提高，基于MEMS惯性器件的捷联式惯性系统的相关产品已经在市场上出现。图1．1为较常见的两种MEMS惯性系统：Cross．Bow公司的AHRS400系列和SysgonDo皿er公司的Motio帆k系列MEMS惯性系统。这些产品中安装的MEMS陀螺仪漂移均为O．05。／s，这与惯性导航系统对陀螺仪精度要求还有很大差距，因此，这些系统主要应用于中低精度的惯性测量系统中。加拿大Calgary大学的科研人员利用中低精度的惯性测量系统与GPS系2哈尔滨_丁程大学硕十学位论文统相组合，实现了汽车组合导航系统的设计

4、试验。韩国首尔国立大学的研究人员也采用帽『可精度的MEMS陀螺仪进行个人导航系统的研究，并通过试验证明了设计的合理性。目前，国外科研机构已经开展了MEMS惯性元件在战术级武器制导系统中的应用研究。其中美国Honeywell公司生产的HGl900系列惯性测量装置，是世界上第一套满足军事应用的MEMS制导系统，目前该系统已经趋于成热，现己装各在美车多利·型号的制导炮弹中。英国的BAE实验室开发出了SilMU系列MEMS惯性系统，早期SilMU系统中的陀螺仪测量范围可达，陀螺漂移为5。／h，现在其精度已有所改进，英国军方已将其作为海狼型导弹中惯性系统

5、的替代产品。美国的Draper实验室在MEMS惯性器件和系统研究rrl与本国的公司丌展合作，进行高性能的军用MEMS惯性系统的开发。近年来，我国也投入了很大力度研制MEMS惯性器件，清华大学、东南大学、北京大学、中科院上海微系统与信息技术所等多家科研机构都在这一研究领域中做了大量工作，取得了进展。其中，清华大学从1996年丌始研制MEMS陀螺仪，1998年研制成第一个音叉式陀螺样机，其漂移为3。／s，此后，经过不断努力．现在陀螺漂移已降为每小时几十度．这也代表了国内在MEMS陀螺研究领域的最高水平。圈▲二■_图l1AHRS400系列和Motio

6、nPark系列MEMs惯性系统哈尔滨工程大学硕+学位论文1．3船载卫星天线稳定系统简介船载卫星天线测姿系统透过由MEMS惯性器件构成的惯性测量单元检测天线相对于惯性坐标系发生的转动来调整天线的姿态，实现最终稳定天线跟踪的目的。1．3．1船载卫星天线稳定系统组成船闵微机械陀螺天线稳定系统麦机械机构和测量单元组成。其中测量单元由MEMS姿态测量单元(MAMU)、天线信号强度检测器和三轴地磁场强度检测器组成。．其中MEMS姿态测量单元为整个系统的核心部分，由三只MEMS陀螺仪、加速度计按照正交角度放置。MEMS姿态测量单元(MAMU)N量天线载体的姿

7、态信息，在载体和天线系统姿态确定的情况下，驱动伺服系统工作，完成对准和跟踪的～系列工作。．1．3。2船载卫星天线稳定系统工作原理船载卫星天线测姿系统的主要任务是稳定卫星天线，使之对准赤道上方的地球同步卫星，保证在船舶运动的情况下天线能够始终接受到卫星信号。如图l。2所示，惯性姿态测量模块中的MEMS陀螺仪检测载体发生三轴转动盾的转动量，其作为反馈值，驱动二自由度伺服系统，进而修难天线位置，使天线成为随动控制系统。同时，利用惯性测量单元中的加速度计和磁强计的输出信号对陀螺漂移进行补偿。由于MEMS陀螺仪的漂移较大，天线系统的静态精度由检测天线信号

8、强度的场强计保证。另外，在初始对准酶时候还需要利用场强计协助进行卫星搜索。{。4初始对准技术理论的发展现状初始对准从控制角度上讲就是施加一定的控制角速