遥感卫星高精度指向跟踪控制策略研究

Hale Waihona Puke １ 引言 型： ：
＾ ｒ ，
速度为 以 ， 角加速度为 、
，目标和观测站的关系如 图 １ 所 示。
＝ ＋Ａ ｏ ＋ ｓ ｉ ｎ （ Ａ 一 Ｊ ｌ ｆ ） ｔ ｇ Ｅ ｃ ＋ ｔ ｅ ， Ｅ ｃ ＋ （ ： ＋＝ ＝ 一 ， 生 ） ｓ ｅ ｃ
Ａｒ ，
Ｅ ｚ Ｅ ｃ ＋Ｅ Ｄ＋ ｃ ｏ ｓ （ Ａ ｃ 一 ） ＋Ｋ月 ＋二
１ ２ ｅ
＋Ｅ２ ｃ ｏ ｓ Ｅｃ ＋Ｅ ａ
稳 定跟踪低频段过境卫 星，通过计 算的卫星指 向数据和 实际的轴 角编码数据进行对 比求差 。经过 多次的跟踪 ，获得大量 的误 差数据 ， 依 据系统误差模型采用最小二乘 法对误差 曲线进行拟合 ，求 出各误 差 现测站 Ｒ 系数 。求出各误差系数后 ， 采用该系数对天线实际指向进行修正。 图 １ 观测站与运动 目标位置关系 ４ ． ３ 提高天线控制单元实时控制频率 提 高天线控制单元实时 控制频率 ，能够使位置环路 的超 调明显 减 小，对于精 确的天线指 向控制将有 明显的改善作用 。另外高 的采样 率 也使一些如算法复合前馈 、计算机 辅助跟踪等算法的精确性进 一步提 式中 ： Ｒ ｃ ＝测站天线离 目标飞行地面轨迹的最近距离 ； 高，对于天线指 向、跟踪精度有较大的改善作用 。 设 ：卫星轨道高度 ： ｈ ＝ ３ ０ ０ Ｋ ｍ， 地球半径 ：Ｒ ｅ ＝ ６ ３ ７ ８ ． １ ４ Ｋ ｎ ｉ 在天线控制子系统中具有很 高的实时性。采用高速 同步串 口 （ ｓ ｓ ｉ ） 采用方位一 俯仰 ＋ 斜 转台（ ７ 。倾角 ） 三轴天线座架 ， 目标在正过顶时 ， 完成与轴角编码单元 、跟踪接收机 的数据交换 ，每个数据通道 的数 据 天线测量系最 高仰角为 ＝８ ３ 。 。 交换时间小于 ３ ０ ０ ｎ ｓ ； 通过 以上措施 的采用 ，控制系统的控制周期可 以 对应的天 线方位角转动 速度为：Ａ ＝ １ １ ． ９ ８ （ ￣ ／ ｓ Ｊ 控制在 １ ０ ｍ ｓ 以内， 数据刷新率可以达 到 １ ０ ０ Ｈ ｚ ， 提高了位置环路带宽 ， 最大加速度 ： 一 ＝１ ． ６ ２ ８ （ 。 ／ ） 有效减小跟踪 目 标时的动态滞后，使对动态 目 标的跟踪更可靠有效 。 为 了保 证过顶时跟踪精度 ，伺服 系统的位置环等效加速度误差 系 ４ ． ４ 使用 目标前馈 的位置复合控制 数Ｊ ＜ ａ 必须达 到 ７ ０ （ １ ／ ｓ ２ ） 以上才 能满足 精度要求 。从 目前 的设计、加 工 传统的位置环路调节器采用 Ｐ Ｉ Ｄ算法进行环路控制 ， 根据工程经验 ， 水平看 ，要达 到是不可能 的，因此伺服 系统 必须采用速度前馈复合控 在没有复合控制 （ Ｆ Ｆ ）的前提下 ，某 口径天线系统 的加 速度 误差系数 制技术提高伺服系统等效 ｌ （ ａ≥７ ０ ， 才能保证过顶跟踪精度的实现 。 （ Ｋ ａ ）一般能达到 ６ 左右 ， 这样的指标是远远不够的 ，目标过顶前后 速度和加速度的急剧变化会使天线不能精确对准 目标 。 ３ 方案设计 采用了 目标前馈 的位置 复合控 制 ，实际上是 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器的～种改 天线伺 服控制 系统 主要包括 天线控制单 元 （ Ａ Ｊ ＝ Ｕ ） 、天线驱动单 元 进形式 ，在 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器的环路之外 ，将 目 标位置 进行微分等处理 ，提 （ Ａ Ｄ Ｕ ）、轴角编 码单元 （ ｅ Ｄ ｔ Ｏ 、驱 动 电机、测角 元件、控制保护 逻 取速度分量信息 ， 使Ｐ Ｉ Ｄ调节器能够适应 目标速度 的变化 ， 实现稳定 、 辑等组成。 精确的指 向控制 。采用 目 标 前馈复合控制算法 后，系统 的加速度误差 天线控 制单元 （ Ａ Ｃ Ｕ ） 是伺服 系统 的控制中心。它完成天线运 动的 系数大大提高 ，显著提高了位置控制精度 。 各种控 制以及各种控制策 略的实时计算与实施 ，最终完成天线对 目标 的精确跟踪 。 ５ 结 论 天线驱 动单元 （ Ａ ＤＵ ）主要 由驱 动功放、环路控制与保护 电路 及 采取以上控制策 略的高精度指 向跟踪控制 系统已广泛应用在遥感 安装在 天线 上的执行 电机 、传感 器等构成 ，主要完成 功率放 大、能量 卫星全空域捕获跟 踪系统中 ，实现 了对 高仰 角、高动态卫星的保精度 转换 ，最终驱 动天线转动。 跟踪 ，取得了预期成 果 ， 可 在我 国新一代低轨遥 感卫星天线伺服 系统 轴角编码单元 （ Ｐ Ｄｔ Ｏ 获得精确的位置角度信息。 中推广应用 。
工 业 技 术
柬工案 抛术
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遥感 卫星高精 度指 向跟踪控 制策 略研究
雷志刚
（ 中国电子科技集团公司电子第 ３ ９研究所 ， 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ：本 文提 出 了遥感卫星高精度指向跟踪控制策略 ，阐述 了具体 实现 方法，实现 了对高仰 角、 高动态 目标的全 空域无盲 区可 靠捕获及稳 定
跟踪 。
关键词 ：指 向；跟踪 ；控制 ；高精度
旋变发射 机精粗 比为 ６ ４ ： １ 。编码芯片采用高精度 Ｒ Ｄ Ｃ转换器 ，它能够 直接将来 自测角元件 即分解器或 同步机的被角度调制 了的交流 信号转 随着遥 感卫星在资源探测 、天气 预测、海洋观察、减灾等方面 的 换成二进制数字角度值 。 广泛应用 ， 对天线伺服系统在实现 目 标全空域搜索、捕获、 自 动跟踪、 ４ ． ２ 精确的引导数据计算 过顶跟 踪等方面提 出了更高 的要 求。本文研 究遥感卫星高精度指 向跟 天线 在程序跟踪工作方 式时 ，由于指 向误差 的客观 存在 ，即使轨 踪控制 策略 ，实现 目标的高精度指 向控 制、快 速捕 获及高精度高动态 道预报数据非常精确 ，天线也无法 准确对准 目标 。其 中指 向误 差中的 全空域无盲区稳定跟踪。 系统误差可 以通过对轨道预 报数 据或角度编码数据反修 正加以克服 ， 从而提高指向精度 。 ２ 需求分析 计算好的引导数据在用 于天 线引导前 ，还要进行轴系误差 的反修 遥感卫星天线伺服系统主要 用于跟踪太 阳同步轨道低轨遥感卫星 ， 正，反 向修正的 内容包括天线编 码器零位误差 、天线重 力变形误差、 其轨道高度一般为 ３ ０ ０ ｋ ｍ～８ ０ ０ ｋ ｍ 之间。 天线大盘不水平误差、方位、俯仰轴不正交误差、天线光电轴失配误差 ， 太 阳同步轨道卫星 目标运动特征 一般为近圆轨道 ，在航捷点 附近 修正后能够保证天线指 向更精 准。具体 的修正方法是根据系统 误差模 假定 目标水平飞行 ，轨道 高度为 ｈ ，目标 的速度 为 ｖ ｔ ，天线 的方位 角