毫米波自動對準系統(tǒng)方位角的優(yōu)化與實現(xiàn)

周勇 吳艷 楊崢

【摘 要】本文介紹了云臺天線自動對準原理，及其系統(tǒng)中參考方位角的作用與意義。對方位角進行了算法實現(xiàn)和C語言編程，并對該方位角在幾個象限特殊值處存的計算缺陷，進行了算法上的優(yōu)化，解決了幾個特殊值導致云臺天線大幅搖擺，對準錯誤的情況，進一步完善了云臺天線自動對準系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】云臺天線自動對準；參考方位角；算法實現(xiàn)；計算缺陷

中圖分類號： TN822.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0021-002

【Abstract】The design introduces the principle of automatic pan-tilt antenna and the role and significance of reference azimuth in the system. The implementation of the azimuth and C language programming， and the azimuth at several quadrant special value stored in the calculation of defects， the algorithm optimization， to solve a few special value led to a large pan-tilt antenna， the right Quasi-error situation， to further improve the automatic alignment system antenna.

【Key words】Antenna auto-alignment；Reference azimuth；Algorithm implementation；Calculation of defects

0 引言

毫米波是一種波長介于1～10毫米的電磁波，由于其具有高頻段、傳輸頻帶寬、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛地應用于通信作戰(zhàn)系統(tǒng)中，但由于毫米波瓣窄，副瓣低，使得其在通信天線對準過程中較為困難[1]。毫米波波瓣對準示意圖見圖1所示。

論文基于毫米波云臺天線自動對準控制系統(tǒng)中，一個重要的參考方位角計算中存在著的不足，進行了優(yōu)良改進。兩云臺天線若要進行正常通信，需要使兩天線達到較高的對準精度，兩天線對準是根據(jù)兩云臺天線接收到的AGC反饋電壓最大值為依據(jù)[2]，在兩云臺天線未對準前，需用單片機控制兩臺天線，在一定的水平范圍內(nèi)和俯仰范圍內(nèi)進行對準掃描，再不斷實時的讀取AGC的最大值。若兩云臺天線都在隨意的初始位置開始盲目掃描，這勢必導致系統(tǒng)掃描對準時間過長。為了減小掃描時間，在系統(tǒng)初始掃描時加入一個參考方位角，使兩天線先運動到一個大致的基準方位上，再進行小范圍的水平和俯仰掃描，即可實現(xiàn)云臺天線的快速對準。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中云臺天線安裝了GPS模塊和羅盤模塊，分別對云臺天線進行位置定位和姿態(tài)檢測。LPC1768主控單片機，將讀取GPS的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并按照參考方位角計算公式，計算出方位角度。并發(fā)出相應的角度控制命令，驅(qū)動云臺電機使兩云臺天線運動到初始對準掃描位置，圖中AGC反饋電壓信號為天線自動對準提供對準電壓信號。電機驅(qū)動模塊主要解析單片機的控制命令，并將相應的控制命令轉(zhuǎn)化為相應的角度控制脈沖，驅(qū)動方位電機和俯仰電機按要求轉(zhuǎn)動。

2 參考方位角主要算法

根據(jù)遠程航行器正北夾角的計算原理[3]，對系統(tǒng)中的參考方位角計算如下。先給出兩個如下定義：

基準方向：把正北方向作為整個云臺天線運動的基準方向。

參考方位角：云臺天線運動終端所在點到目標點的矢量方向按逆時針方向旋轉(zhuǎn)到基準方向的所轉(zhuǎn)過的角度。

如圖3所示，假設本方云臺目標點為P（λ，φ），對端云臺坐標為PS（λS，φS），其中（λ，φ）為點的經(jīng)度和緯度。則運動終端將要運動的北向距離為：

對于上述公式中的反正切函數(shù)計算，考慮到浮點數(shù)據(jù)運算量和系統(tǒng)單片機運行內(nèi)存的大小，對于反正切函數(shù)的實現(xiàn)，在系統(tǒng)程序中采用采樣數(shù)組取值完成。

在后期的工程實踐中發(fā)現(xiàn)，云臺天線在角度趨于幾個象限的軸線上時，會出現(xiàn)大幅度搖擺、位置跑偏的情況，不能實現(xiàn)自動對準。經(jīng)過反復實驗和尋找發(fā)現(xiàn)單片機在處理dy/dx的時候，當dx趨于零時，不能計算出方位角度值。后期對幾個臨界值進行優(yōu)化處理，完善了方位角在整個平面內(nèi)的計算。經(jīng)過反復實驗得到完善算法前和完善算法后的數(shù)據(jù)結(jié)果如表2和表3。

3 實驗結(jié)果及分析

經(jīng)過工程實驗，當角度值范圍在0

4 結(jié)束語

對于本次云臺天線設計系統(tǒng)中參考方位角的計算，在幾個臨界值處存在算法上的不足，并對該缺陷進行了算法上的程序優(yōu)化。從而保證了云臺天線在運動到參考方位角的準確性。

【參考文獻】

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