### 大型船载卫通伺服随动系统船摇隔离度
#### 摘要
本文探讨了大型船载卫星通信天线系统中船摇扰动的影响及其隔离方法。通过分析,提出两种船摇隔离技术:船摇前馈法与陀螺反馈方法,并通过环路设计和船摇试验验证了这些方法的有效性。
#### 关键词
* 船摇隔离度
* 船摇前馈
* 陀螺反馈
#### 1. 背景与挑战
大型船载卫星通信天线系统在海上运行时面临着独特的挑战。除了基本的跟踪精度要求外,船摇带来的扰动严重影响系统的稳定性和准确性。船摇包括六个自由度的变化(三个线位移:进退、横荡、升沉;三个角位移:偏航、横摇、纵摇),其中横摇和纵摇对系统影响最为显著。这些扰动直接通过船体传递到天线座体上,导致天线机械轴随船摇运动,从而影响系统的跟踪稳定性。
#### 2. 解决方法
##### 2.1 船摇前馈法
船摇前馈法通过利用惯导系统测量出相应的船摇角和角速度,经过坐标变换处理后,将这些数据反向加入到伺服系统的速度环路输入端,从而提前抵消船摇带来的扰动。这种方法适用于船摇角速度较小的情况,但其有效性受限于惯导系统的精度、测量点与补偿点的差异以及船体变形等因素。
##### 2.2 陀螺反馈方法
陀螺反馈方法是在天线座平台上安装两个正交的挠性速率陀螺,用于检测舷角与仰角的角速度变化,并通过负反馈至伺服系统的各个支路中,形成独立的陀螺速度环路。此方法能够有效隔离频率较低的船摇扰动,但由于伺服系统的机械特性(如传动比、机械刚度等),对于高频扰动的隔离效果有限。
#### 3. 自跟踪位置环的作用
自跟踪位置环是伺服系统的核心部分,其通过跟踪接收机的鉴相器输出来实时调整伺服随动系统,以实现对目标的精确跟踪。此外,它还能有效抑制由船摇引起的天线偏离目标的现象,从而提高整体系统的跟踪精度。
#### 4. 隔离度的计算与评估
隔离度是指系统克服船摇扰动的能力,通常定义为最大船摇角与该轴上残留角的比例。基于环路参数和指标分配,可以通过数学模型计算出隔离度的具体数值。例如,在陀螺稳定环和自跟踪位置环中,可以得到隔离度的表达式分别为:
\[ L_1 = -20\log_{10}(1 + K_d W_d) \]
\[ L_2 = -20\log_{10}(1 + K_e W_e) \]
其中 \(K_d W_d\) 和 \(K_e W_e\) 分别代表陀螺稳定环和自跟踪位置环的开环传递函数。
#### 5. 实际应用案例
为了验证上述理论的有效性,本文提供了一个具体的设计案例。通过对陀螺稳定环和自跟踪位置环的开环特性进行分析,可以得出具体的隔离度理论值。例如,在陀螺稳定环设计中,假设开环增益为10,则隔离度的理论值为:
\[ L_{10} = -20\log_{10}(1 + 10) = -20.8\text{dB} \]
类似的计算也可以应用于自跟踪位置环的设计中,进一步验证所提出的船摇隔离技术的实际效果。
#### 结论
通过深入分析和实际案例验证,本文展示了两种有效的船摇隔离技术——船摇前馈法和陀螺反馈方法。这两种方法结合自跟踪位置环的功能,能够显著提高大型船载卫星通信天线系统的稳定性和跟踪精度,为未来的海事通信提供了重要的技术支持。