单位文秘网 2021-10-07 08:14:50 点击: 次
信息,再根据各岸基天线位置计算出其应该的指向角度,与从天线控制器获取的天线当前指向角度作对比,形成控制信息送往各天线控制器,从而控制天线转动,使之实时跟踪移动站。天线控制器接收天线转台上旋转变压器传来的电信号,转换为角度数字值,显示在液晶面板上,同时控制电机控制天线转台转动。
2.2 中心控制台的设计与实现
(1)功能
中心控制台接收定位数据接收系统发送的移动站定位信息,在GIS海图上实时显示,当定位数据接收中断,可根据移动站当前状态对移动站的行进轨迹进行预测;中心控制台同时接收各岸基天线的状态信息,并在海图上可视化显示。
中心控制台接收天线控制器获取的天线状态信息,可设置和显示IP网络通信参数、岸基天线状态参数和其他一些控制信息;当收到移动站位置信息后,自动计算各岸基天线的指向,将控制信息送往各天线控制器。
(2)组成
中心控制台由四个模块组成:
◆网络通信模块:负责设置和显示网络参数,接收定位导航系统发送的海上移动站定位信息。
◆串口通信及转动控制模块:负责与天线控制器的串口通信,可设置串口通信参数,接收天线控制器送来的天线状态信息,向天线控制器发送天线转动控制命令。
◆信息显示及操作设置模块:显示天线状态、海上移动站位置等信息,可设置岸基天线位置、控制天线转动、设置天线跟踪等。
◆电子海图操作及显示模块:具备电子地图常用的操作,如放大、缩小、拖动和测距功能,可在海图上实时显示海上移动站位置和天线指向。
(3)实现方案
中心控制台硬件配置为一台计算机,通过串口控制天线控制器(多个串口可控制多台控制器)。中心控制台软件采用Visual C++6.0开发,电子海图模块采用MapX ActiveX控件来实现。网络通信和串口通信模块采用多线程方式实现,保证信息传输的实时性。
网络通信模块负责底层网络通信功能,串口通信及转动控制模块负责设置串口通信参数,通过串口发送和接收信息,负责天线转动的控制,控制流程图如图2所示:
中心控制台可进行转台修正角设置、天线转台指向角设置、天线转台转动控制。对天线转台的控制采用异步控制方式,每次发送控制指令后,不跟踪控制结果。程序采用定时方式,每隔250ms向天线控制器发送状态查询指令,接收到天线转台状态信息后,依据控制命令和天线控制器当前状态发送相应控制指令,发送指令后不管是否成功,待下次接收到状态信息后再重新进行控制操作。此种控制方式容错性好,每秒进行4次控制操作,当一次出现错误时,下次可重新进行控制操作,满足天线控制的实时性要求。
天线转台信息显示及控制模块负责显示天线状态信息,设置天线系统参数,对天线进行控制操作。
电子海图模块采用GIS技术,在电子海图上实时显示对海微波通信态势,动态显示海上移动微波通信舰船位置,指示岸基天线波束角覆盖范围及当前方位,辅助显示海上目标航速、航向及通信距离等重要信息。
(4)定位信息的获取
中心控制台可通过北斗和GPS两种方式获取移动站位置信息。
方式1:通过北斗卫星定位系统获取。使用北斗定位指挥机和北斗定位终端,前者放置在岸上,后者放置在海上移动站。北斗卫星定位指挥机可实时获得北斗卫星定位终端的位置信息(即海上移动站位置信息),再通过网络将定位信息送往中心控制台,系统从而实时获取海上移动站位置。此方法不依赖于所服务的对海微波通信系统,从而避免了由此而带来的弊端,保证了定位信息获取方式的独立性。
方式2:通过GPS获取。海上移动站放置一台GPS定位接收机,实时将移动站位置信息通过对海微波通信系统传输到岸上中心控制台。此方法依赖于对海微波通信系统,如果微波通信中断,定位信息就无法获取。
中心控制台使用两种方式相结合的方式,既保证了不依赖于对海微波通信系统的独立性,又可以通过数据处理来提高移动站的定位精度和定位可靠性。
2.3 天线控制器的设计与实现
(1)硬件设计
天线控制器是天线转动的控制单位及天线状态的采集单元,也是中心控制台与天线转台之间的联系纽带,具备信息采集、控制、通信等三项重要功能,是控制核心。为满足使用条件,天线控制器采用嵌入式技术开发,主要包括微处理器(MCU)、轴角转换电路(RDC)、对外接口及功率驱动电路等,其原理框图及其与其他部分的关系如图3所示:
微处理器是整个单元的核心,这里选用具有工业级环境适应能力的ATMEGA128单片机,可以通过JTAG口实现在片实时仿真调试。
轴角转换电路选用“旋转变压器+RDC”方案,将天线转动角度信息转变为相差调制信号后传输,抗干扰能力大大增强。同时,角度获取精度可达到0.1度,能准确地获取天线转台角度,对天线进行精确控制。旋转变压器是一种测量角度用的小型交流电动机,测量旋转物体的转轴角位移和角速度。
激励源配合外围功放电路产生1kHz正弦波信号,送往安装在天线转台的旋转变压器。经过旋转变压器转换后的调制正弦波信号和调制余弦波信号通过放大电路后送往RDC芯片,由RDC芯片转换为角度数字值。
对外接口包括与功率驱动电路连接的控制接口、键盘输入接口及与上位机通信的数字接口。与功率驱动电路连接的控制接口采用单片机的PORTB端口,直接驱动功率元件,同时可从此端口读取继电器状态,继而判断天线转台状态。与上位机的接口采用RS422和RS232自适应的串行接口。
(2)软件设计
软件按模块化设计原则设计,主要分为主模块、功能选择监视模块、本控处理模块和远控处理模块。
系统启动后就进入主模块,在主模块中调用其他模块,同时进行一些相应的初始化工作。在主模块的初始化过程中打开了7个中断,分别为2个定时中断、4个通信中断和1个外部中断。定时中断1个为RDC读取定时中断,定时50ms,用于从RDC中读取天线转台角度;1个为通信接收标示符置位定时中断,定时3ms,用于通信接收完成后将通信接收标示符置1,使其他模块程序在运行过程中进入通信接收处理过程。通信中断包括2个通信发送完成中断和2个通信接收完成中断,分别用于RS422接口和RS232接口。在通信接收完成中断处理程序中打开通信接收标示符置位定时中断,等待3ms后让程序进入通信接收处理过程。外部输入中断用于响应键盘输入操作,当有键盘输入时启动中断,在中断处理程序中将键盘输入标示符置1,当其他模块程序运行时,根据此标示符扫描获取键盘输入值。
功能选择监视模块为用户提供功能选择画面,待用户选择功能后,进行相应操作。用户可进行三种功能操作,分别为设置设备地址、设置角度修正值和选择控制模式。
本控处理模块主要响应在本级控制模式下用户进行的操作,用户可以进行顺转、逆转、停止以及转动到指定角度等操作。
远控处理模块接收上位机(中心控制台)的控制指令,控制天线转台转动,根据通信接收处理模块设置的远控类别标示符进行相应的操作。
2.4 天线转台的设计与实现
天线转台的功能是为对海微波通信天线提供安装支架,接收天线控制器的控制命令,驱动电机左右转动,转台上安装的旋转变压器将天线转台转动情况转变为相差信号送往天线控制器。由于在实际使用过程中,天线转台不是固定安装在某地,而是每次根据不同要求架设在不同地方,因此天线转台要便于安装拆卸,且便于运输携带。同时因为要保证天线转台的通用性,能安装多种类型的天线,天线转台机械结构要合理,承载重量要大,具备一定的抗风性能。天线转台结构主要由座架、方位传动机构、天线支杆三大部分组成,如图4所示:
3 结束语
对海移动通信岸基天线自动跟踪系统利用当前成熟的卫星定位系统,根据定位信息来引导天线对准海上移动目标。与专业的天线伺服系统相比,此系统成本低、效益高,同时可以作为通用平台用于多种天线的控制,具有较高的实用价值。
参考文献
[1]曹达仲,侯春萍. 移动通信原理、系统及技术[M]. 北京: 清华大学出版社,2004.
[2]黄少峰,张尊泉,彭飞. 定向天线自动控制系统的研究[J]. 现代防御技术,2008(2).
[3]Joseph C Liberti, Theodore S Rappaport. Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications[C]. Prentice Hall PTR,1999.
【作者简介】
刘秋辉:高级工程师,硕士研究生,91550部队,研究方向:测控总体。
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