基于ARM的天通卫星波束自动跟踪系统的研究

更新时间：2020-07-02 08:59:32 大小：4M 上传用户：liqiang9090 查看TA发布的资源 标签：arm 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着移动通信技术的快速发展，卫星自动跟踪系统已经被广泛应用于各种通信
领域。其中，与机械扫描的跟踪方式相比，相控阵天线波束自动跟踪技术具有扫描
速度快、抗干扰能力强以及波束指向灵活等优势，因而采用相控阵天线的自动跟踪
系统越来越受到关注。传统的相控阵自跟踪系统基于 PC104 处理器，运算能力有限，
所以许多研究人员为了缩短系统的设计周期，采用数字信号处理(Digital Signal
Processing, DSP)与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)相结合
的方式，这种方案虽然灵活性比较高，但由于 FPGA 应用的局限性，导致系统可靠
性较低，且成本较高。基于此，本文设计了一种新型的相控阵天线波束自动跟踪系
统，具体研究工作如下。
1) 本系统以 ARM Cortex-M3 为核心处理器，以全球定位系统(Global Positioning
System, GPS）、惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU)为位置姿态敏感器件，
以电子扫描阵列实现波束扫描，该方案降低了系统硬件以及外围电路设计的复杂程
度，同时省去了天线的伺服系统，在一定程度上降低了成本。
2) 在硬件设计方面，依据小型化的设计理念，并结合系统的接口配置和功能需
求，确定了系统的硬件架构。其中，主控模块一 STM32F103ZET6 为控制核心，分
别设计里电源电路、时钟电路和复位电路，并设计了 SWD 接口进行系统调试。此外，
对 GPS 惯导模块、串行通信接口模块和移相器模块进行了具体的电路设计。
3) 在软件设计方面，依据模块化的程序设计思想，确定了系统的软件架构，完
成了系统的软件开发，并提出两点改进方法。一是针对地面接收天线的波束相对于
天通卫星波束指向的数学模型，本文采用空间旋转坐标系法推导出了在地理坐标系
和载体坐标系下天线波束指向的数学模型，在分析了姿态角变化对系统性能影响，
并对原模型进行改进的基础上，得出了天线波束指向角度更加精确的数学模型。二
是针对定向数据出现突变值对实验结果产生影响的问题，提出一种限幅滤波和平均
滤波相结合的滤波方案，改进了系统的稳定性。
通过对软硬件的分步调试，并经过实验验证，达到了预期目的。经过后期的二
次开发和功能完善，其低成本、快速扫描、计算精度高的特点可使本系统具备实际
的应用价值。