船載通信天線控制系統(tǒng)的穩(wěn)定設(shè)計

為了完成遠(yuǎn)洋航天測控和通信業(yè)務(wù)，大型精密跟蹤天線要安裝在測控和通信測量船上。由于船體受海浪影響，而發(fā)生隨機(jī)性搖擺(橫搖、縱搖、偏航)會使天線視軸晃動，容易造成窄波束天線跟蹤性能下降，甚至造成丟失目標(biāo)。為準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)，減小載體運(yùn)動給天線跟蹤帶來的擾動，需建立一套抗擾動穩(wěn)定系統(tǒng)，使天線輸出視軸隔離船體擾動而穩(wěn)定在慣性空間坐標(biāo)系。保證系統(tǒng)的跟蹤能力和跟蹤性能的要求。
為了有效實現(xiàn)抗擾動功能，傳統(tǒng)的方案上需要同時采用多模式補(bǔ)償，利用至少6個速率陀螺檢測船體的三維擾動信息和天線主動的旋轉(zhuǎn)信息，根據(jù)天線三軸(方位軸、俯仰軸、橫切軸)結(jié)構(gòu)，結(jié)合前饋開環(huán)補(bǔ)償和反饋閉環(huán)補(bǔ)償，實現(xiàn)對擾動的隔離。方案設(shè)計復(fù)雜、陀螺使用量大且冗余度不夠。

1 船體三維擾動對三軸天線視軸的影響
三軸天線系統(tǒng)(橫切軸C、方位軸A、俯仰軸E)，是在傳統(tǒng)的A-E型座架基礎(chǔ)上，在俯仰軸上疊加與之垂直的橫切軸，橫切軸垂直于電軸。當(dāng)俯仰角E=0°時，橫切軸與方位軸重合；當(dāng)俯仰角E=90°時，橫切軸與方位軸垂直。

當(dāng)船體以角速度矢量ωz=(ωpωyωh)表示擾動。其中：ωy為船橫搖速度，ωp為船縱搖速度，ωh為船航向速度。船搖參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換到橫傾軸、方位軸、俯仰軸的速度分量，如圖1所示。設(shè)ωRE為船搖附加的方位速度，ωRC為船搖附加的橫傾速度，ωRE為船搖附加的俯仰速度甲板坐標(biāo)系：OXc為船艏艉線，艏為正，OYc為垂直甲板平面，向上為正，OZc按右手規(guī)確定。