[發明專利]基于FFT跟蹤技術的移動衛星通信天線伺服系統

有效

• 申請號: 201710093134.6
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106935976B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 徐建宇;賈鵬;趙春標;夏忠民;楊凡宇
• 申請（專利權）人: 熊貓電子集團有限公司;南京熊貓漢達科技有限公司
• 主分類號: H01Q3/10
• 分類號: H01Q3/10;H01Q3/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于FFT跟蹤技術的移動衛星通信天線伺服系統，其特征是，

包括自身穩定平臺和FFT跟蹤伺服模塊；所述的自身穩定平臺包括天線姿態信息處理單元和尋星伺服控制單元；所述的FFT跟蹤伺服模塊包括信標處理單元、FFT跟蹤算法單元和天線跟蹤伺服控制單元；所述的天線姿態信息處理單元采用FPGA收集慣導傳感器、陀螺儀、編碼器傳感器的姿態信號；

所述的尋星伺服控制單元用于控制電機驅動器完成天線的機械尋星動作，尋星伺服控制單元使用DSP讀取FPGA中FIFO緩存區的數據，解析該數據，得到的慣導和陀螺儀數據用于計算尋星的目標位置，得到的編碼器角度信息作為反饋信號用于閉環的PID伺服控制，通過自身穩定平臺驅動電機運動使天線對準衛星；

所述的信標處理單元對天線射頻接收的模擬信號進行模/數轉換，為FFT跟蹤算法提供數據樣本；信標處理單元由寬帶零中頻解調器和基帶數字處理模塊組成，信標信號經零中頻解調器下變頻為數kHz的單頻基帶信號，然后經A/D芯片采樣至基帶數字處理模塊，排除鄰星調制波干擾，最后通過RS232輸出信標強度及信標頻偏；

所述的FFT跟蹤算法單元采用FPGA讀取信標數據，完成FFT算法，并返回天線跟蹤伺服控制單元調整運動的相位值和幅度值；

FFT跟蹤伺服模塊實現如下功能：

所述的FFT跟蹤算法單元用于計算天線跟蹤調整運動的相位值和幅度值；天線完成尋星動作后，跟蹤伺服控制單元驅動電機控制天線進行周期圓錐掃描，掃描過程中天線對衛星位置的變化會導致信標強度變化，且得到的信標強度符合正弦函數規律；使用FPGA內核FFT算法對該信標數據做頻域變換，提取有效信號的相位值和幅度值；

所述的跟蹤伺服控制單元用于天線自動跟蹤調整；跟蹤伺服控制單元依次執行兩個階段的動作控制，第一階段實現天線圓錐掃描運動；第二階段根據FFT跟蹤算法單元計算的相位值和幅度值，實現天線自動跟蹤調整，相位值為天線調整方向，幅度值為天線調整角度；

圓錐掃描過程中得到的信標X(t)在時域上的表達式可以定義為：

式(1)中，A為信標的直流分量，B為余弦函數的幅值，ω為余弦函數的角頻率，為余弦函數的相位，z(t)為噪聲信號；t為時間參數；

由于噪聲信號z(t)對信標的影響較大，采用快速傅立葉變換FFT數字信號處理技術提取信標信號的頻域特征：

FFT計算時，假設采樣頻率為Fs，信號頻率為F，采樣點數為N，FFT之后的結果就是一個為N點的復數；如果原信號的峰值為C，那么FFT計算結果的每個點、第一個點直流分量除外的模值就是C的N/2倍，每個點的相位就是在該頻率下的信號的相位；

設FFT計算后的有效點為m，則該點復數Y(m)表示為：

Y(m)＝Re+Imi (3)

式(3)中Re為FFT計算后該點復數的實部，Im為虛部；天線調整的相位值ψ和幅度值ε計算公式分別為：

ψ＝arctanIm/Re (4)

移動衛星通信天線伺服系統實現跟蹤的具體步驟為：

步驟1：系統上電后，姿態信息處理單元收集慣導、陀螺儀、編碼器的姿態信號；

步驟2：尋星伺服控制單元讀取姿態信息處理單元的數據，控制電機驅動器完成尋星動作；

步驟3：跟蹤伺服控制單元控制天線執行圓錐掃描動作；

步驟4：信標處理單元對射頻信號進行模/數轉換，將處理得到的數據傳給FFT跟蹤算法單元；

步驟5：FFT跟蹤算法單元根據信標值計算出天線自動跟蹤調整的相位值和幅度值；

步驟6：跟蹤伺服控制單元根據FFT跟蹤算法單元產生的相位值和幅度值完成自動跟蹤動作；

步驟7：信標強度大于跟蹤門限時，跟蹤停止，否則重復步驟3～步驟6，保證天線自動跟蹤始終處于收斂狀態。