卫星天线跟踪控制器的研制

数字卫星天线跟踪控制器的研制*卢洪武 李天平 杜军 周茂霞（山东师范大学传播学院，，济南；第一作者49岁，男，教授）摘要 本文介绍了一种用AT89C51单片机实现的卫星天线跟踪控制器的控制原理，硬件结

1* 数字卫星天线跟踪控制器的研制 卢洪武李天平杜军周茂霞 49 （山东师范大学传播学院，，济南；第一作者岁，男，教授） 摘要 AT89C51. 本文介绍了一种用单片机实现的卫星天线跟踪控制器的控制原理，硬件结构及软件设计方法 关键词 卫星天线；跟踪控制；单片机 中图分类号 由于地球重力分布的不规则性及太阳风压等对地球同步轨道上的通信广播卫星的影响，使卫星在轨 道位置上发生偏移。当卫星使用年久时，其姿态控制能力下降，漂移现象更为严重。因此，没有跟踪控 Ku 制系统的天线指向将偏离卫星。从另一方面考虑，采用大口径天线接收波段信号时，因频率高主波 束宽度较窄，因此，易受风力或自身形变等因素的影响，造成天线指向偏离卫星，使天线接收增益大幅 度下降，造成通信或广播信号中断。所以研制一种高可靠性的卫星天线自动跟踪控制系统，对保证卫星 信号接收质量意义重大。 1 天线控制原理 卫星天线跟踪控制系统构成如图1所示。卫星天线的调整分搜索和自动跟踪两个过程。搜索是调整 天线对准预设卫星的过程，事先操作者将卫星天线接收不同卫星所对应的天线俯仰角和方位角及星号输 入控制器并保存，系统工作时，首先根据输入的星号由微控制器发出控制指令，使天线转动到预存的指 向位置，此时天线已基本对准卫星，可以收到信号。之后，控制系统进入寻优和自动跟踪状态。 自动跟踪与搜索过程不同的是它以实际接收的卫星信号大小作为调节依据，搜索完毕时接收机已接 收到卫星信号，但是天线并未准确对星，控制器控制天线在一定范围内反复扫描，找到接收信号最强的 位置，测出信号的大小并存储，以后即以此信号与后续信号比较。当发现接收信号与存储的极值之差， 超过了规定的范围时，则应控制天线重新寻优，使天线指向最佳，找到新的信号最大值，并用新极值代 【3】 AD625 替原极值，从而保证天线处于最佳指向状态。 2硬件电路设计 AT89C518255I/O 系统采用微处理器做主控制器，扩展一片接口芯片，组成键盘和显示电路，用 作卫星编号，接收点经纬度及跟踪控制方式命令的输入和天线俯仰角、方位角、跟踪控制反馈信号的显 P13A/DMC14433AD625 示。口和位半转换器连接，通过仪用放大器及数控模拟开关组成天线俯仰、 74LS377MPU 方位角度信号和天线自动跟踪信号的调理和输入通道。系统扩展一片做输出控制通道。 E/N 根据欲寻卫星的所需角度及信号的大小，经过分析比较、计算处理，发出控制指令，控制俯仰、 bo AT89C51MAX232 方位电机驱动天线进行上、下、左、右扫描，从而自动对准和跟踪卫星。的串行口经 PC 电平转换后和机通信记录不同卫星的天线角度信息或漂移卫星不同时间的运动规律，作为卫星天线 控制器的自动跟踪控制依据。 2.1 角度信号和跟踪控制参考信号采集电路设计 卫星天线跟踪控制器是闭环控制系统，为保证系统可靠工作，必须选取稳定可靠的角度传感器，使 采集的角度数据准确可靠。图2给出具体设计电路。综合考虑成本、技术要求和技术难度，经分析比较、 实验，角度传感器采用了旋转电阻式，它由精度高，线性好，温度系数小的恒流源3R3和多圈电位器与 传动机构组成。当天线转动时，由传动机构带动俯仰、方位角度传感器中的多圈电位器旋转，使多圈电 位器的阻值发生变化，因为多圈电位器与集成恒流源3CR3串联，所以多圈电位器中间抽头输出的电压 和天线转动角度成线性关系。当3CR3输出10mA电流，多圈电位器W7、W8的阻值为500欧时，方位角 的转动范围是±90.0°，对应的电压变化范围是0～5000mV，当角度变化0.1°时，电压变化2.78mV。 经AD625仪表放大器调理变成稳定的0～2000mV的电压变化，以适应 MC14433A/D转换器的输入要求。 1* 山东省教育厅科技计划项目（） 2005-12-18 收稿日期： 非 物 质 文 化 遗 产 是 指 各 族 人 民 世 代 传 承 的 ， 与 群 众 生 活 密 切 相 关 的 各 种 传 统 文 化 表 现 形 式 和 文 化 空 间 ， 包 括 民 俗 活 动 、 表 演 艺 术 、 传 统 知 识 和 技 能 以 及 与 之 相 关 的 器 具 、 实 物 、 手 工 制 品 等 1 图