移動(dòng)接收衛(wèi)星電視的天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)分析

王洪海

摘要：本文主要將陀螺傳感器、電子羅盤以及GPS模塊進(jìn)行了組合，從而使得車載衛(wèi)星電視實(shí)現(xiàn)了在行駛過程中靈敏的變換天線的接收方向，然后通過微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后傳送到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這樣就可以利用伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得衛(wèi)星電視天線在汽車行駛過程中始終能夠?qū)?zhǔn)衛(wèi)星方向。而且對(duì)車輛在長(zhǎng)時(shí)間行駛過程中所產(chǎn)生的誤差積累也采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行修正，進(jìn)一步保證了衛(wèi)星電視能夠正常工作。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)接收;衛(wèi)星電視;天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng);多傳感器

引言

在多媒體行業(yè)中移動(dòng)衛(wèi)星主要集中在移動(dòng)衛(wèi)星電視、移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及移動(dòng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)等三個(gè)方面。移動(dòng)衛(wèi)星在上述幾個(gè)方面的應(yīng)用過程體現(xiàn)出了最大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)行業(yè)的發(fā)展也起到了極大的推動(dòng)作用。

1 移動(dòng)衛(wèi)星綜述

1.1 移動(dòng)衛(wèi)星電視系統(tǒng)

本世紀(jì)初，福特汽車公司在其所有新出廠的汽車上配置了移動(dòng)衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，與此同時(shí)，波音公司也在其波音飛機(jī)上接入移動(dòng)衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前在英國(guó)倫敦的出租車行業(yè)實(shí)現(xiàn)了普及應(yīng)用。

1.2 移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)

移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用使得人們?cè)谶M(jìn)行通訊過程中通訊成本得到了極大的削減，而移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海事方面的應(yīng)用使得還是衛(wèi)星通訊每分鐘僅需要2.5美元，即使在高速通訊的狀態(tài)下，每分鐘的通訊費(fèi)用也僅僅75美元，由此可見，在遠(yuǎn)距離通信領(lǐng)域移動(dòng)通訊最新系統(tǒng)具有非常明顯的優(yōu)越性。

1.3 移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)

移動(dòng)衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)應(yīng)推動(dòng)了數(shù)字地球建設(shè)的發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)了信息全球化的建設(shè)。在我國(guó)在工業(yè)生產(chǎn)、能源開采、金融行業(yè)、軍事行業(yè)、地質(zhì)測(cè)繪等相關(guān)領(lǐng)域?qū)σ苿?dòng)衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)的需求量非常大^[1]。在我國(guó)2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)科技奧運(yùn)今天的巨大的貢獻(xiàn)。目前，一部分新聞采訪車還在使用傳統(tǒng)的固定方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而這種也不能轉(zhuǎn)播方式不能適用于實(shí)況轉(zhuǎn)播以及戰(zhàn)地記者采訪。但是利用移動(dòng)接收衛(wèi)星電視的天線跟蹤系統(tǒng)，只要在系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)收發(fā)雙工器，這樣就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采訪及時(shí)轉(zhuǎn)播，極大地提升了新聞報(bào)道的時(shí)效性和真實(shí)性。

2 天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的構(gòu)成基本原理

在亞太地區(qū)的宇宙空間中，靜止軌道上大約停留著70多顆類型以及功能都不相同的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星為人們提供了通信、英特網(wǎng)、多媒體等多種服務(wù)，我國(guó)在電視節(jié)目轉(zhuǎn)播過程中使用了11顆衛(wèi)星。

天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)主要是由陀螺傳感器、電子羅盤、CPU微處理器、伺服系統(tǒng)、單層裂縫平面天線等組成，其中CPU微處理器每16bit，伺服系統(tǒng)主要有伺服驅(qū)動(dòng)器以及伺服電動(dòng)機(jī)組成^[2]。

2.1 陀螺傳感器

陀螺傳感器的主要作用是測(cè)量汽車在行駛過程中航向角產(chǎn)生的變化。產(chǎn)自俄羅斯的全固體光纖陀螺傳感器以及美國(guó)的微電子機(jī)械系統(tǒng)慣性陀螺傳感器是目前市場(chǎng)上性價(jià)比比較高的兩種產(chǎn)品。美國(guó)的微電子機(jī)械系統(tǒng)慣性陀螺傳感器不僅體積小、重量輕，而且其在運(yùn)行的過程中產(chǎn)生的功耗也比較低，啟動(dòng)速度非常快，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的隨機(jī)漂移不超過1°/h;其動(dòng)態(tài)范圍能夠控制在±60°/s;如傳感器在針對(duì)運(yùn)動(dòng)載體進(jìn)行好像有變化角速度測(cè)量的時(shí)候主要是以16bit數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，在針對(duì)行駛汽車進(jìn)行航向角變化量計(jì)算的時(shí)候主要使用的方法是積分法。

2.2 電子羅盤

電子羅盤的主要作用是針對(duì)衛(wèi)星電視天線跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行俯仰角和方位角這兩個(gè)傳感系統(tǒng)，我國(guó)的衛(wèi)星電視天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)主要使用的電子羅盤是產(chǎn)自美國(guó)霍尼韋爾公司，該電子羅盤在測(cè)量出俯仰角、方位角以及航偏變化量的時(shí)候主要使用的格式是NMEA，該格式信號(hào)經(jīng)過RS-232串口進(jìn)行傳輸，該建筑還具有響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)一直想用時(shí)間為0.1秒，運(yùn)行頻率能夠達(dá)到20Hz，針對(duì)航向進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候精度能夠達(dá)到0.5°，其實(shí)際的分辨率能夠達(dá)到0.1°，能夠在各種惡劣的環(huán)境下很好的完成任務(wù)。

2.3 伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)主要是由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)組成。由于車載移動(dòng)衛(wèi)星電視在實(shí)際運(yùn)用過程中必須要達(dá)到長(zhǎng)期免維修的要求，而產(chǎn)自英國(guó)ct公司的微型交流無刷伺服電動(dòng)機(jī)以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠很好的達(dá)到這一要求，因此在我國(guó)也實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。該伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器非洲的衛(wèi)星的處理器，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種功能的控制，與此同時(shí)，該伺服系統(tǒng)中配備了ASIC芯片，因此在該伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上能夠形成脈沖寬度變頻器。充分利用ASIC芯片美國(guó)產(chǎn)生非常穩(wěn)定的電壓脈沖寬度調(diào)制輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙層隔離變換器逆變器的控制，進(jìn)一步來驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)。由于上述幾種設(shè)備都是進(jìn)行整體分裝，因此能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)三種或者多種控制，在實(shí)際過程中運(yùn)行非?？煽?。

2.4 GPS接收機(jī)模塊

GPS接收機(jī)模塊主要的作用是針對(duì)汽車當(dāng)前的坐標(biāo)位置進(jìn)行測(cè)量，必須要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，導(dǎo)致其在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移和隨機(jī)漂移誤差的積累，這樣就會(huì)對(duì)天線的跟蹤精度造成。因此，在實(shí)際的應(yīng)用過程中每間隔固定的時(shí)間就必須要使用GPS接收機(jī)對(duì)汽車空間位置進(jìn)行定位，與此同時(shí)，還是要對(duì)衛(wèi)星電視接收機(jī)輸出的自動(dòng)增益控制信號(hào)進(jìn)行定位，并以此來對(duì)天線的位置進(jìn)行校正，同時(shí)對(duì)積累誤差進(jìn)行修正，讓衛(wèi)星天線重新對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方向，而當(dāng)汽車行駛到隧道、高架橋、森林等對(duì)GPS有遮擋作用的區(qū)域就會(huì)導(dǎo)致GPS定位失效，從而使得誤差積累更大，針對(duì)這種情況，必須要采取推算定位的方法來進(jìn)行自律導(dǎo)航。

3 結(jié)束語

要想實(shí)現(xiàn)移動(dòng)衛(wèi)星電視信號(hào)接收，就必須要設(shè)計(jì)出移動(dòng)接收衛(wèi)星電視的天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，并將一些成熟，技術(shù)以及先進(jìn)的成果植入到該系統(tǒng)內(nèi)，這樣就能極大的提升移動(dòng)接收衛(wèi)星電視的運(yùn)行效率，目前正處于研發(fā)階段的有源相控陣天線一旦實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)應(yīng)用，不僅能夠讓天線自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的體積更小，而且設(shè)備的自身重量更輕。將其應(yīng)用到衛(wèi)星電視接收上，能夠極大的擴(kuò)展衛(wèi)星多媒體業(yè)務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐年，何奕成. 江蘇地震應(yīng)急指揮車衛(wèi)星電視天線對(duì)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究，2016，37（05）：168-171.

[2]牛小驥，高鐘毓，張嶸，陳志勇. 基于微機(jī)械慣性傳感器的衛(wèi)星電視天線穩(wěn)定系統(tǒng)[J]. 中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2002（05）：12-16.

（作者單位：天津廣播電視臺(tái)）