一種移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法與流程
2023-12-09 19:54:51 2
本發明涉及一種陀螺動態消除零點偏移的方法，尤其涉及一種無航向羅經數據的VSAT天線方位陀螺動態消除零點漂移的方法，屬於衛星通信領域。
背景技術：
目前，海上漁船等民用船舶的通信主要採用短波雷達、海事衛星電話等設備，但短波雷達存在作用距離短、匹配性差等問題，海事衛星電話存在通話成本高的問題，而且目前的這些通信設備都無法實現圖像視頻傳輸。所以，在海上漁船中安裝「動中通」設備，是解決目前海上漁船通信問題的重要手段。
「動中通」設備主要通過船載的VSAT天線與通信衛星進行信號交互實現通信，要求在海上運動過程中，VSAT天線能夠準確對準衛星，因此，就要求提供準確的VSAT天線指向信息。一般而言，是通過對運動載體的航向信息進行坐標變換得到VSAT天線指向信息，但由於成本等因素的限制，目前在海上漁船等民用船舶上沒有配備高精度的羅盤設備，導致無法提供準確的航向信息，繼而無法使用傳統的坐標變換方法得到VSAT天線指向信息。
申請人基於上述問題，考慮採用VSAT天線內部的方位陀螺提供載體運動過程中天線指向的偏離角度，繼而根據得到的偏離角度控制天線重新指向衛星。
由於成本原因，目前採用的方位陀螺是MEMS角速率陀螺，其零偏值會有隨機漂移，在不進行動態零偏補償的情況下，會嚴重影響天線的跟蹤性能。目前已有的角速率陀螺零偏補償算法，需要天線始終對準衛星才能進行補償。本方法僅需動中通天線本身接收機的AGC電平信號和鎖定信號，並且在採集用於補償的數據期間並不需要天線始終對準衛星，即可對角速率陀螺進行零偏補償，有效提高了低成本陀螺補償的條件，增加了補償的實用性。
技術實現要素：
本發明的目的是為了提供一種移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法，實現在民用船舶上採用低成本MEMS角速率陀螺提供準確的VSAT天線指向信息。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
所述一種移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法，其特徵在於：包括以下步驟：
步驟1：當移動式VSAT天線對準衛星時，對角速率陀螺的輸出角速度信號進行周期性採樣並積分，積分值為：
其中t0＝0
其中：vi為第i次採集的角速率陀螺輸出角速度信號；ti為第i次採集角速率陀螺輸出角速度信號的時間；N為積分時間段內對角速率陀螺的採樣次數；
設置積分總時間最小值T，當積分時間達到T時，開始持續判斷天線是否對準衛星並計時Δt，一旦判斷天線對準衛星，則停止Δt計時，並進行下一步驟，當計時Δt達到設定的最大值ΔTmax時天線仍沒有對準衛星，則清除計時和積分值，重新找星；
步驟2：計算角速率陀螺的零點偏移值vz：
對得到的零點偏移值vz進行限幅處理，得到限幅處理後的零點偏移值vz'；
步驟3：對角速率陀螺的當前輸出值vo與限幅處理後的零點偏移值vz'做減法處理，得到角速率陀螺用於控制的最終修正輸出值：
v＝vo-vz′。
進一步的優選方案，所述一種移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法，其特徵在於：步驟2中零點偏移值的限幅值取角速率陀螺存在的最大零點偏移值的70％。
進一步的優選方案，所述一種移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法，其特徵在於：步驟1中採樣周期小於角速率陀螺帶寬對應周期的4倍。
進一步的優選方案，所述一種移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法，其特徵在於：步驟1中積分總時間最小值T為
其中：D為波瓣寬度，Q為角速率陀螺零偏補償精度。
有益效果
本發明具有以下優點：
1、本方案有運算量小，實現簡單，不需要增加硬體電路的優點；
2、補償過程中無需一直對準衛星，只需要補償起始點和結束點對準衛星即可，降低了角速率陀螺補償的條件，增加了補償的適用性；
3、無需方位位置傳感器，經過補償後的方位角速度率陀螺可以直接進行積分作為位置環反饋，短時間內可以滿足位置閉環精度要求，擴展了角速率陀螺的應用範圍，降低了VSAT系統的複雜性；
4、提高了系統的環境適應性。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為本方法的方法流程圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
本實施例中移動式VSAT天線角速率陀螺零偏的動態補償方法包括以下步驟：
步驟1：當移動式VSAT天線對準衛星時，對角速率陀螺的輸出角速度信號進行周期性採樣並積分，積分值為：
其中t0＝0
其中：vi為第i次採集的角速率陀螺輸出角速度信號；ti為第i次採集角速率陀螺輸出角速度信號的時間；N為積分時間段內對角速率陀螺的採樣次數。
其中判斷VSAT天線是否對準衛星的判斷依據為：信標接收機輸出的AGC電平達到峰值電平和鎖定信號為鎖定狀態。
設置積分總時間最小值T，當積分時間達到T時，開始持續判斷天線是否對準衛星並計時Δt，一旦判斷天線對準衛星，則停止Δt計時，並進行下一步驟，當計時Δt達到設定的最大值ΔTmax時天線仍沒有對準衛星，則清除計時和積分值，重新找星。
本實施例中，對角速率陀螺輸出角速度信號進行周期性採樣的採樣周期小於角速率陀螺帶寬對應周期的4倍，具體的為4毫秒。
而積分總時間最小值T應取決於要求的角速率陀螺零偏補償精度。當波瓣寬度為D時，積分值Iθ的固有偏差最大值為D，若要求補償精度為Q，則：
本實施例中積分總時間最小值T為120秒。
在積分過程中，並不要求實時對準衛星，在積分時間超過積分總時間最小值T後，進行是否對準衛星的再次判斷，若再次對準衛星，則可認為這段時間內的積分值，是由於角速率陀螺的零偏造成的。而且每執行一次補償，Iθ和積分時間均清零重新開始進行積分。
步驟2：計算角速率陀螺的零點偏移值vz：
對得到的零點偏移值vz進行限幅處理，得到限幅處理後的零點偏移值vz'。
由於在t0＝0時刻和tN＝T+Δt時刻均為對準衛星，因此在這段時間內的積分值即可認為是角速率陀螺零偏的積分。
由於在積分過程中特別是初始對準過程中，並不是一直對準衛星的，所以不排除存在方位旋轉360度後重新對準衛星的可能，同時角速率陀螺總會有一個最大的環境惡化零偏，因此需要對所述的零點偏移值vz進行限幅處理得到限幅處理後的零點偏移值vz'，限幅值取角速率陀螺存在的最大零點偏移值的70％。
步驟3：對角速率陀螺的當前輸出值vo與限幅處理後的零點偏移值vz'做減法處理，得到角速率陀螺用於控制的最終修正輸出值：
v＝vo-vz′。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。