基本信息
- 项目名称：
- 用于“动中通”的自主稳定跟踪系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明是用于“动中通”的自主稳定跟踪系统，是本小组在课外时间共同努力创新的结果。该发明的目的是隔离车辆或舰船等运动载体的扰动，保持天线实时稳定指向目标卫星，从而保证载体在运动过程中都能实时的接收卫星信号。
- 详细介绍：
- 本发明是用于“动中通”的自主稳定跟踪系统，本系统采用俯仰—横滚—方位三轴结构，采用步进跟踪的跟踪方式，并运用嵌入式系统开发技术、驱动与控制一体化技术、多模态智能控制算法，从而实现较高的稳定性与跟踪特性。将本发明推广应用到“动中通”天线中，将会保证运动载体与卫星的实时通信，在军用或民用领域都有良好的应用价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：隔离运动载体对卫星接收天线的扰动，在运动过程中保持卫星天线的稳定指向，以满足用于野外的或长途途中卫星信号接收的需求，特别适用于工作环境复杂的车载系统以及船载系统。 基本设计思路：运用嵌入式系统技术、计算机控制技术以及智能控制思想，实现方位、俯仰、横滚三轴稳定，方位、俯仰两轴稳定跟踪。 创新点：1)系统采用嵌入式全自动稳态跟踪技术和驱动与控制一体化技术，电机调速性能好，系统集成度高、可靠性强；2)系统采用多模态智能控制技术，根据系统不同的模态，添加不同的控制律，使系统同时具有较强的动态性能与稳态性能。 关键技术:1)俯仰—横滚—方位三轴稳定跟踪结构的设计以及电机、传感器等器件的安装位置的设计；2)采用多模态稳定跟踪控制技术，添加智能算法，保证天线的稳定指向;3)应用嵌入式稳定跟踪控制器设计技术， 形成适宜于本系统的软硬件系统，以保证技术指标的实现。 技术指标： 三轴稳定精度可达+/-0.4度，天线两轴指向精度为+/-0.4度。运动范围为：俯仰角:25度—70度；方位角：-265度—+265度；横滚角：+/-30度。 可适用于载体的运动指标为：横摇：+/-25度(8秒周期)；纵摇：+/-15度(5秒周期)；方位：2度/秒(5度/秒2)
科学性、先进性
- 本系统的科学性先进性以及技术上的突破表现为： 1)本系统采用俯仰、横滚、方位三轴跟踪系统，克服了两轴跟踪产生波束滚动以及补偿加速度过大等缺陷，提高了系统的稳定性与动态跟踪的精度； 2)本系统采用新型高精度驱动与控制一体化技术，使得驱动与控制装置的结构更加紧凑，且具有较强的抗干扰能力； 3)采用多模态智能控制技术，根据系统不同的模态，施加不同的控制律，实现智能分区闭环控制，克服传动链间隙以及陀螺漂移对跟踪精度的影响，系统同时具有较高的动态性能和稳态性能。 参考文献资料如下： 1 严武升,刘宏.舰载雷达三轴稳定跟踪的研究.西安电子科技大学学报.1998 2 Installation and Operation Manual for SEA TEL Model. September 10,2004.
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：在载体静止的情况下一键启动，系统进入到初始对准的过程。之后载体运动，系统进入到稳定跟踪阶段，实现天线稳定指向。可见，系统使用方法简洁、方便。 技术特点与优势:(1)采用高性能嵌入式系统，产品结构紧凑，可靠性高，集成度高，便于维护;(2)将此系统推广应用于“动中通”系统中，可以实现天线的稳定跟踪;(3)使用低成本的较高精度陀螺等传感器，关键技术均为自主创新，性价比高。 适用范围及推广前景:(1)与国内外相关产品相比，本系统性价比高，更适合中国国情;(2)本系统应用范围广泛，可根据应用场合和客户需求的不同形成多种系列、不同档次的产品;(3)本系统经产品化，将会在军用和民用上起到良好的效果。 经济效益预测：本系统目标产品单台售价2万元左右，则每年可销售800台套，销售额1600万，实现净利润300万元，上缴税金300万元，还可为国家节约大量外汇支出；可见其需求较大，市场广阔，经济效益显著。
同类课题研究水平概述
- 移动卫星天线稳定跟踪系统集惯性导航技术、微惯性传感器应用技术、数据采集及信号处理技术、计算机控制技术、精密机械设计技术、电机伺服控制技术、卫星通信技术和系统工程技术等多项技术于一身，是以机电一体化、自动控制技术为主体，是多个学科有机结合的产物。 (1)国外发展现状：国外技术相对成熟。在军用领域，美国格鲁曼公司（NGC）已研制出可为战车提供卫星通信功能的AN/VIC-3车载通信系统；美军指挥战车M2A3安装了车载卫星通信系统；在民用领域，专业生产车用、船用卫星通信及电视接收天线系统的公司有：美国格鲁曼公司（NGC）、KVH公司、海洋通信（SEA TEL）公司及日本NKH公司等。国外的移动卫星跟踪系统大多数都采用三轴稳定体系，且采用高成本高精度光纤陀螺传感器，技术相对成熟，性能稳定，但价格昂贵且核心技术封锁。同时，卫星通信领域关系到国家公共安全和信息安全，不宜在我国大量推广使用国外产品。 (2)国内发展现状：国防科技大学是国内较早从事移动卫星通信系统研制的单位，该单位开发的天线稳定系统在国内较早使用直接式微机电速率陀螺构成，具备了一定的工程实用价值；中国电子科技集团第39研究所是精密天线系统专业化研究所， 其研制的Ku频段“动中通”车载式卫星通信站，是一种在车载运动状态下能够传输图像、话音、数据信息的移动卫星通信系统；在2006年的柏林航空航天展上，重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司展出了具有我国自主知识产权的移动卫星通信系统。该系统集指挥、通信、情报搜集等功能于一体，可实现实时宽带、大容量、不间断地传递语音、数据、图像信息。另外，国内还有一些高校和研究机构在这方面取得了一些成果。 (3)国内外发展趋势：① 新型固态惯性传感器和智能信息处理技术应用于稳定控制；② 嵌入式技术的应用将促进系统的小型化和集成度；③ 智能控制技术的应用将大大提高系统的动态和稳态品质；④ 高性价比。 本系统正是基于上述考虑，采用了性价比较高的陀螺（压电陀螺）与水平仪，运用多模态智能控制技术、驱动与控制一体化技术，来实现较高的稳定性与跟踪特性。将其应用于“动中通”系统中，可保持与卫星的实时通信，实现了卫星上网、卫星电话、信息采集与传输等功能，且性价比较高，将有良好的市场前景与可观的经济效益。
