便携式卫星通信控制系统研究与设计

论文摘要

便携式卫星通信地球站是一种复杂的机电一体化的产品,它集中体现了卫星通信的各类优点。随着卫星通信的不断发展和国家对应急通信的高度重视,功能齐全、性能可靠、方便用户携带的便携式卫星通信地球站的设计已成为卫星通信领域的一大研究热点。本文以小口径、便携式天线卫星通信地球站的研制为背景,进行了通信控制系统的研究和设计,实现了天线对目标卫星的自动搜索与跟踪,保证天线高精度指向卫星以实现卫星通信。本文首先对系统机械结构进行了分析与研究,设计了基于方位一俯仰两轴的便携式卫星天线结构型式,以嵌入式控制器为控制核心,提出了基于GPS、电子罗盘和卫星信标的便携式卫星天线控制系统的总体设计方案,并给出了控制系统的技术指标。详细介绍了相关传感器与关键部件的选型,进行了硬件总体结构和功能设计,分别开发了电源模块、信号调理模块、电机驱动模块、液晶显示模块、无线监控以及通信等硬件模块电路。为实现天线的高精度对星指向控制,设计了基于精粗对准相结合的天线指向跟踪控制算法,详细介绍了天线指向的计算公式和对星步骤,在此基础上,采用模块化软件设计方法,分别开发了通信模块、显示模块、电机控制模块等软件模块。为有效实现对便携式卫星通信地球站的监控,设计开发了基于无线监控的远程监控程序,功能全面,界面友好。最后,在分别完成软、硬件模块调试的基础上,对控制系统进行了联调,给出了相应的实验调试结果,并对调试过程中出现的问题进行分析,对下一步研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 天线对卫星跟踪技术
• 1.4 本文内容安排
• 2 便携式卫星通信系统总体设计
• 2.1 天线座架设计
• 2.2 天线的分类与选型
• 2.3 便携式卫星通信系统总体结构设计
• 2.4 系统跟踪方案设计
• 2.5 系统主要技术指标
• 2.6 本章小结
• 3 便携式卫星通信控制系统硬件设计
• 3.1 天线控制器硬件总体设计
• 3.2 传感器选型
• 3.2.1 GPS接收机
• 3.2.2 电子罗盘
• 3.3 执行电机选型
• 3.4 无线模块选型
• 3.5 显示模块选型
• 3.6 卫星信号接收模块
• 3.6.1 卫星信号强度的提取方法
• 3.6.2 AGC电平在天线控制系统中的应用
• 3.7 天线控制器硬件电路设计
• 3.7.1 电源模块
• 3.7.2 微处理器模块
• 3.7.3 信号调理模块
• 3.7.4 电机驱动模块
• 3.7.5 通信模块
• 3.7.6 显示模块
• 3.7.7 无线通信模块
• 3.7.8 控制器外部接口
• 3.7.9 PCB布局与布线
• 3.8 本章小结
• 4 便携式卫星通信控制算法与软件设计
• 4.1 天线指向角的计算
• 4.2 天线搜索与跟踪算法
• 4.2.1 天线搜索算法设计
• 4.2.2 天线跟踪算法设计
• 4.3 系统控制器软件设计
• 4.3.1 DSP初始化设置
• 4.3.2 天线姿态初始化
• 4.3.3 卫星信号搜索
• 4.3.4 卫星信号跟踪
• 4.4 系统软件模块设计
• 4.4.1 信号处理模块
• 4.4.2 串口通信模块
• 4.4.2.1 GPS通信
• 4.4.2.2 HMR3300通信
• 4.4.3 电机控制模块
• 4.4.4 LCD显示模块
• 4.5 监控系统软件设计
• 4.5.1 监控系统工作任务
• 4.5.2 无线模块初始化配置
• 4.5.3 远程监控软件设计
• 4.6 本章小结
• 5 系统调试
• 5.1 软件开发与调试环境
• 5.2 系统联调
• 5.2.1 电源模块调试
• 5.2.2 控制芯片时钟输出调试
• 5.2.3 信号调理和AD调试
• 5.2.4 通信模块调试
• 5.2.5 LCD调试
• 5.2.6 无线模块调试
• 5.2.7 电机模块调试
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献