谈机载卫星通信天线稳定平台实现范文

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【摘要】机载卫星通信系统在飞机上的机动性相对较高，飞机的姿态是在不断改变的，因此比较复杂。飞机在转弯的时候，很容易使得通信天线方位角发生变化，飞机出现横滚和俯仰的时候，也会使通信天线的俯仰角改变，因此为让机载卫星通信链路更加稳定，设计相关平台是极为重要的。基于此，本文主要介绍了机载卫星通信天线的外部稳定方式以及如何建立相应的坐标系。

【关键词】机载卫星；惯导；坐标

转换机载卫星通信的整体架构中，对于飞机的要求较高，飞机在飞行的时候经常会受到各种因素的影响，比如气流会让飞机发生抖动，飞机就会出现偏航等不确定因素，而这些因素会直接让天线主波束发生差异偏离，和卫星的联系也会出现中断，使得通信发生问题，导致严重的后果，因此如果想要通信更加稳定，就需要让天线隔离飞机的抖动，即建立天线稳定平台。

1稳定平台的实现方法

一般来说，想要让机载天线更加稳定，主要是通过内部稳定以及外部稳定两种方式实现的。内部稳定，也就是说不使用外部相关设备，仅仅依靠天线自身系统的一些内嵌姿态传感器等功能性零部件，让飞机出现抖动或姿态改变的时候，避免发生天线偏转，在机体不稳定的状况下使其能够对大地而言相对静止。而使用外部稳定方法，一般情况下需要在飞机上搭载一种导航设备，使其能够随时监控飞机运行时的参数，并且按照相关技术，对坐标进行转换，使其能够相对大地保持静止。这两种方法各有优势和弊端，使用自身稳定的方法，相对而言较为简洁，独立性也较高，但是天线自身需要安装的部件多，体型也较大，投入的成本相对而言较多，而且稳定性相对较差。用外部稳定的方法使用的部件较少，相对而言更为稳定，投入的成本也较低，但是对于外部设备的依赖性过高。大部分的机载卫星通信天线受其可用空间的限制，无法内嵌姿态传感器和采用内部稳定方法，而目前飞机上一般都会装有导航设备，天线可以获取外部的姿态信息参考，所以使用外部稳定方法比较合理。

2基本坐标系

按照相关规则可以知道，系统指标有其具体的运行标准，天线座架一般为方位-俯仰座架，在运行的过程当中规定方位角顺时针为正，逆时针为负，而俯仰角规定为向下为负，向上为正。

3坐标转换

第一步需要确定的就是先假定飞机正在向北方飞行，让飞机机体的坐标能够和地理相关坐标符合，之后再将飞机的整体状态进行改变，然后再对于转变之后的情况进行记录。

3.1改变航向角

飞机正在进行水平运动，飞机的头部按照顺时针进行旋转，得出坐标系的数据，见图2。3.2改变纵摇角飞机的头部需要按照一定标准，提升一定的角度，并且按照顺时针进行旋转，由导航所提供的数据，改变飞机的飞行状态，按照坐标转换得出的位置进行运动。

3.3改变横摇角

飞机的机体向一侧倾斜，并且做顺时针旋转，见图3。

4系统构成和软件实现

4.1系统的构成

整个飞机的系统主要是由模拟环路等和系统按照规则结合而成的。一号单片机是使用一种较为先进的芯片，考察飞机在运行过程中的数据，并且对其读取，之后再进行输出，然后按照相关标准进行计算，之后送到二号单片机之中。二号单片机使用先进的方法和天线轴角结合起来，对这些数据进行运算，而这个运算直接送到转换器内形成位置闭环。

4.2编程说明

对软件进行相关操作主要有两种方式，一种叫做查表法，而另一种叫做浮点法，前者主要是通过把角度的各种数值进行运算，然后储存在相关的软件里，之后再使用查表的方法进行相关运作，使这些数值能够得出角度的有关值，再运算之后，就能够有效地获得控制天线运动的运行指导。而后者主要是经过浮点方式进行运算，相对而言较慢，但是运算的结果比较准确。因此在飞机飞行的过程当中，使用哪一种方式进行操作，主要由运行过程当中整体系统决定。

5误差分析及减小误差的对策

5.1误差分析

在这样的系统当中，主要能够对飞机整体系统运行的稳定程度，和准确度造成影响的原因有以下几种：比如说计算机在计算的过程中，因为一些原因而导致的数据差异。或是飞机在运行的过程当中出现了误差等。也有可能是因为计算或是校正以及机械转动过程中导致的误差，因为数据在转换的过程中，需要通过十分复杂且极为大量的运算，而这些运算有可能会使计算机需要使用很多时间进行，而这种误差一般来说就叫做计算机的滞后误差。而因为飞机中的一些零部件和工作的死角区域而产生的一些误差，就可以叫做环路零漂和死区误差。本文探索的系统中对于角度进行考察使用的传感器是单对极旋转变压器，使用的芯片相对而言较为先进。由这种传感器和编码芯片运行导致的误差，就可以叫做轴角编码误差。在飞机运行的过程当中，因为计算机的计算原因所得出的有效数位产生的误差，叫做计算误差。按照系统的相关要求，可以发现有一些误差是在标准范围内的，因此是可以被接受的，也可以符合飞机运行过程中系统需要。

5.2减小误差的对策

按照飞机运行过程当中不同的误差所产生的原因之间的不同可以看出，不同的误差其主要原因大部分都是因为计算机计算带来的误差，或是因为隔离精度而产生的误差。如果是因为计算机的计算滞后所产生的误差，相对应的就可以在飞机的运行过程当中及时的全方位提升计算机运行速度，如果能够通过先进的措施，忽略体积和投入经费的原因，就可以使用更加先进的嵌入式工业计算机。使用这种更加先进的工业计算机，就可以让这一误差很大程度上减少。而对于隔离误差想要减少，首先就需要提高导航的准确度，然后就要对系统进行相应的控制，使用比较先进的符合控制方法，也就是说在之前的控制方法上补充前馈补偿，这样可以让飞机在运行的过程中更加稳定，也可以让整体系统得到提升，从而提升了隔离精度。而对于一些其他的误差也有相对应的措施进行解决，比如说在飞机运行当中使用更加先进的元器件，能够有效的减缓零漂和死区误差的情况，而如果能够使用多对极旋转变压器，就可以有效的全方位提升轴角编码的准确度，从而减弱轴角编码误差，而使用更加先进的计算机也可以在很大程度上提升数字的有效位数，这样也能够让计算误差减少。综上所述，飞机的运行过程中，如果能够使用外部稳定的方法，仍然可以有不同的途径，来提升外部稳定方法的可靠度和准确度，飞机在运行的过程中也能够更加稳定。

6结束语

综上所述，可以发现飞机如果能在运行的过程当中使用外部稳定的方法，就可以具有更多的优势，让其运行更加稳定。比如说可以在很大程度上减少平台的尺寸，也能够压缩使用的时间，省去了一些不必要的环路，让系统也能够更加稳定科学。很大程度上压缩了投入的资本，而因为硬件的减少，耗电量程度也会很大程度上提升，这也就可以让飞机上的供电不再那么紧张。但是因为导航是飞机安全飞行重要指标之一，导航出现问题之后，首要担心的就是飞机在飞行过程中会导致的严重后果，因此相对而言使用外部稳定的方法通常是适用的；当然，在体积、重量、功耗允许的条件下，天线可以内嵌姿态传感器等部件，采用内部稳定方法作为外部稳定方法的补充，提高天线的跟踪性能。

参考文献

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作者：李晓锋 单位：中航飞机股份有限公司西飞设计院