车载移动卫星通信伺服系统的研究与设计

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1、车载移动卫星通信伺服系统的研究与设计张小东2015年1月中图分类号：UDC分类号：车载移动卫星通信伺服系统的研究与设计作者姓名张小东学院名称自动化学院指导教师王渝教授答辩委员会主席王向周教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchandDesignofServoSystemforVehicleMobileSatelliteCommunicationCandidateName：XiaodongZhangSchoolorDepartment:AutomationFacultyMentor:

2、Prof.YuWangChair,ThesisCommittee：Prof.XiangzhouWangDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着人们对于通讯技术需求的日益增长，移动卫星通信领域已经越来越受到国内外专家学者的关注和重视。车载移动卫星通信系统（即“动中通”系统）能够在运动过程中实时、大容量和不间断地的传递语音、数据和图像等信息，在商用、民用、军用领域，都得到了广泛的应用。本文对车载移动卫星通信伺服控制系统进行了分析和研究，对其中的关键技术如初始寻星技术、丢星重捕获技术和

4、自动跟踪技术等进行了研究与设计，同时通过实验仿真和实际测试相结合的方法证明本文设计的算法的合理性和有效性。首先，本文介绍了系统的总体结构设计。根据系统对设计的要求，选取两轴机械结构、三轴跟踪的方案，并对系统机械结构进行了介绍，给出系统的性能指标要求。硬件设计包括总线拓扑设计、系统控制器电路设计和CAN总线通信设计等，而软件设计主要介绍系统使用的软件开发环境和系统软件总体结构等方面。其次，对系统的初始寻星算法进行了研究和设计。通过计算推导的方式说明了地心、地理和载体坐标系，及其相互之间的转换公式等，同时推导出系统对准卫星的理论方位角、俯仰角和极化角的

5、公式。对系统初始寻星方案和寻星流程进行了研究，提出了基于变步长步进跟踪算法的改进寻星算法，并进行了仿真实验验证。再次，对系统丢星重捕获算法进行了探讨和设计，分别介绍了圆锥扫描算法、二维步进扫描的原理和系统实现，并进行了相应的改进。另外，本文还介绍了常用的螺旋扫描算法和分行扫描算法，在综合各种算法的优缺点并结合系统的实际情况下，设计了系统丢星重捕获阶段时螺旋分行扫描算法。最后，对系统自动跟踪算法进行了研究，建立了卫星天线伺服控制系统的数学模型。在控制系统整体数学模型基础上，对传统闭环PID算法和负载扰动补偿控制算法进行了研究，并结合系统实际设计了负载

6、扰动补偿-闭环PID控制算法。对自动跟踪的改进算法进行了研究，引入校正环节，并结合实验仿真和实际系统测试的结果对算法的有效性进行了证明。关键词：移动卫星通信；伺服系统；初始寻星；丢星重捕获；螺旋分行扫描；自动跟踪I北京理工大学硕士学位论文AbstractAlongwiththegrowingdemandforcommunicationtechnology,mobilesatellitecommunicationhasbeenacquiredmoreandmoreconcernandattentionbyexpertsandscholarsathom

7、eandabroad.Vehiclemobilesatellitecommunicationsystem(i.e.,On-The-Movesystem)cantransmittheinformationsuchasvoice,dataandimage,intheprocessofmovementinrealtime,largecapacityanduninterruptedmanner.Thisthesisanalysesandstudiestheservocontrolinvehiclemobilesatellitecommunicationsy

8、stem,anddesignsthekeytechnologiessuchastheinitialacquisitiona