国内动中通系统技术介绍

国内动中通天线自跟踪技术介绍 1 动中通卫星通信系统的组成    1 2 动中通天线跟踪方式介绍    2 2.1 精确指向跟踪系统    2 2.2 单脉冲自动跟踪方式    3 2.3 混合跟踪方式（差分GPS）    3 3 动中通惯导比较    5 1 动中通卫星通信系统的组成 动中通卫星通信系统主要由天线自动跟踪系统和常规卫星通信系统两大部分组成，其中天线自动跟踪系统是关键技术。 2 动中通天线跟踪方式介绍 目前，国内动中通系统天线自动跟踪系统有三大类：1精确指向跟踪系统；2单脉冲自动跟踪系统；3混合跟踪系统（差分GPS），这几种方式根据其技术特点，应用范围有所不同，分别介绍如下： 2.1 精确指向跟踪系统 精确指向跟踪方式根据车辆运动过程中位置（经度、纬度、高度）及姿态（航向角、俯仰角及横滚角）等参数，计算出天线指向卫星的方位角，俯仰角和极化角。该系统要求陀螺惯导系统精度高，稳定性好（不漂移），但不能解决卫星定点位置的漂移问题，因而此种方式的优点是不需要捕获引导，可实现盲対星，不怕遮挡（但卫星通信本身还是怕遮挡的）。但缺点是高性能高稳定度陀螺惯导（法国进口光纤惯导）价格昂贵，而且不能解决卫星定点位置的飘移，因而跟踪精度稍低。 经过国内相关机构多次调研和实际测试，在相同精度的陀螺设备中，激光陀螺比光纤陀螺的漂移累计周期短，一年内需进行多次相校。进口光纤陀螺稳定周期长，漂移累积小，一般选用OCTANS法国高精度光纤陀螺惯性导航系统作为该跟踪系统的测姿部件。相关指标如下： 航向动态 精度 0.1°(与纬线正交) 分辨率 0.01° 稳定时间（静态） <1mn 稳定时间（各种条件） <5mn 升沉横摆纵摆 精度 5cm或5%，取大者勿需设置,( SAFE-HEAVE＆#8482;) 横滚 俯仰 动态精度 0.01° (±90°) 量程 无限制(±180°) 分辨率 0.001° 工作环境 震动 1g Sine，(5~50Hz) 跟踪速度 可达750°/s 操作冲击/最大冲击 30g-6ms /50g-11ms 平均故障时间 30,000 小时 工作/储存温度 -40℃~+60℃/+80℃ 对热冲击效应不敏感，勿需预热；对纬度或航速无限制       2.2 单脉冲自动跟踪方式 单脉冲自动跟踪方式是跟踪卫星的信标，其主要的技术特点是利用单脉冲精密跟踪技术，实现卫星通信天线在移动载体上对卫星的精密跟踪。因而主要的优点是跟踪精度高，不怕卫星漂移(由于受太阳和月亮引力的影响，静止卫星会在一个与地球赤道平台夹角不断变化的倾斜轨道上运行。假设卫星轨道的东西位置保持不变，则从地球显道面观察卫星的日漂移轨迹是一个对称于同步静止卫星轨道位置的“8”字形)。 但由于该产品是利用单脉冲跟踪技术，而在此频段（Ku频段）天线波束很窄，因而天线可跟踪角度范围很小（一般只有±1°左右），一旦跟踪目标丢失（如进山洞、卫星信号被遮挡或车体因剧烈跳动等原因），重新捕获目标比较困难，有时甚至需要人工辅助才行。该类型动中通系统为保证跟踪精度，复杂程度高，价格昂贵，目前主要应用军方市场，国内39所 54所拥有此技术。 2.3 混合跟踪方式（差分GPS） 精确指向式跟踪系统具有不依赖外界信息、隐蔽性好、抗干扰性强、全天候工作等优点，是一种能够提供多种导航参数，完全自主的导航系统。但它的精度随时间而变化，长时间工作会累积较大误差，这使惯性导航系统不宜作长时间导航。而全球卫星定位系统（GPS）具有较高的导航精度，但由于运动载体的机动变化，常使接收机不易捕获和跟踪卫星的载波信号。为发挥两种技术的优势，更有效全面地提高产品的性能，增强系统的可靠性、可用性和动态性，现多采用多传感器数据融合技术将卫星定位与惯性测量相结合，推出了全新姿态方位差分GPS(混合跟踪方式)的“动中通”系统。 利用差分GPS跟踪系统的动中通惯性导航平台继承发扬了GPS导航和惯性测量方面的技术优势，通过使用国产高精度的闭环光纤陀螺和加速度计，以及改进组合导航与姿态测量算法，使产品的技术性能得到更进一步提高。该方式克服了单一器件的不足，充分发挥了GPS精度高、无累积误差、无漂移、价格低和惯性产品动态性能好、抗干扰能力强、不需外部信号源就能自主工作等特点，提高了系统整体的姿态方位测量精度、导航精度及实时跟踪对准性能。 由于采用GPS系统的导航精度为补偿，降低了系统的惯导精度要求，系统性价比大大优于传统指向至跟踪方式。而且差分GPS系统精度主要根据GPS航向基线参数确定，当基线长度增加时，航向精度将成量级的增加，当基线长度为2m时，航向精度可达0.1°，4m基线时为0.05°，当采用8m基线时，精度可达0.025°。 目前国内各大动中通天线生产厂家多采用此种技术，但此技术必须依赖GPS，如果GPS系统关闭，则天线无法使用。 3 动中通惯导比较 目前动中通天线使用的惯导主要分为光纤陀螺、激光陀螺，都是为动中通天线提供航向信息，这几种方式的区别是： （1）进口光纤陀螺惯导：精度高、稳定性好，光纤陀螺无故障工作时间不小于30000小时，是激光陀螺无故障工作时间的5倍以上；且无噪声、无漂移、系统锁定快，天线开机无需调试即可正常工作，非常适合于执行公安系统紧急任务的工作方式，是目前公安动中通系统应用最广泛的方式；光纤陀螺结合差分GPS，不仅可以实现天线系统的盲对星功能，还可实现车辆的行进中对星功能； （2）激光陀螺惯导：激光陀螺惯导相比于光纤的主要问题是在精度相同的对比情况下，可靠性较差（平均无故障时间短），其次是稳定性较差，系统工作一段时间后会漂移，必须由技术人员进行标校。对于公安系统长期需要执行突发任务，为保障通信，必须在执行任务前对陀螺惯导进行标校，该项缺陷难以保障公安系统执行任务时要求通信系统快速响应、及时开通的业务需求；其次，激光陀螺的开机之后噪声较大，尤其是公安系统的通信车，为了隐蔽的需要，通信系统必须安装于密闭车厢内，激光陀螺的噪声对信车内的工作环境有一定的影响。 （3）惯导系统对于动中通系统来说，主要是作为指北和姿态数据的一个器件，而动中通的整体性能比如天线的跟踪精度、指向精度主要由天线的跟踪系统的综合性能所决定。在陀螺提供精度能保证使用的要求的情况下，动中通天线的跟踪算法、转台精度、伺服控制等主要设备一起，才能实现精确的动中対星。