衛(wèi)星地球站7.3米天線伺服系統(tǒng)的升級改造

潘忠蘭

（安徽廣播電視臺 衛(wèi)星地球站，安徽 合肥 230022）

我站的7.3米備份天線是1997年建站時架設(shè)的，其天線的控制伺服系統(tǒng)已運(yùn)行了10多年之久，存在顯示參數(shù)不穩(wěn)定和沒有自動步進(jìn)跟蹤等諸多的缺陷，嚴(yán)重影響了7.3米備份天線跟蹤對準(zhǔn)衛(wèi)星的精度，已難以滿足轉(zhuǎn)星后的安全播出工作要求。在2007年轉(zhuǎn)星調(diào)整結(jié)束后，我站經(jīng)過細(xì)致的研討和周密的考量，對7.3米天線控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行了全面的升級改造。

1 天線伺服系統(tǒng)的功能

衛(wèi)星發(fā)射天線伺服系統(tǒng)是針對衛(wèi)星通信開發(fā)的天線控制系統(tǒng)，它是以單片機(jī)或工業(yè)計算機(jī)作為控制主機(jī)，通過自動控制單元對跟蹤接收機(jī)輸出的信號處理，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，使天線自動跟蹤指向衛(wèi)星，從而保證衛(wèi)星信號的精確定點發(fā)射和優(yōu)質(zhì)接收。控制系統(tǒng)應(yīng)具有界面友好、操作簡便、可靠性高等優(yōu)點。

2 原7.3米伺服系統(tǒng)所存在的問題和不足

我衛(wèi)星站1997年建站初安裝的7.3天線伺服系統(tǒng)是由電子工業(yè)部三十九所提供的，該系統(tǒng)在多年的使用后，我站感到存在以下幾方面的缺陷和不足：

2.1 遙控界面顯示不夠準(zhǔn)確

原系統(tǒng)自動控制單元的操作界面顯示的天線實時的俯仰角和方位角等參數(shù)值準(zhǔn)確度不夠，顯示數(shù)據(jù)常常在較大范圍內(nèi)來回跳動，不能精確并穩(wěn)定地顯示出當(dāng)前天線系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，從而影響技術(shù)人員的判斷和操作。

2.2 缺少本控操作的配置

原系統(tǒng)可通過自動控制單元對天線進(jìn)行遙控驅(qū)動，而自動控制單元安裝在播控機(jī)房，對于天線的日常監(jiān)控和校準(zhǔn)操作來說是十分方便的，但如果遇到惡劣天氣或檢修維護(hù)天線需大范圍轉(zhuǎn)動天線時，若能直接在天線旁邊直觀地控制和驅(qū)動天線則更為有利，曾經(jīng)就有一衛(wèi)星站在遙控轉(zhuǎn)動天線時因無法直接看到天線的轉(zhuǎn)動情況導(dǎo)致轉(zhuǎn)過硬限位出現(xiàn)軸杠脫落的事故。

2.3 無自動步進(jìn)跟蹤功能，天線無法精確對準(zhǔn)衛(wèi)星

由于沒有自動步進(jìn)跟蹤功能，每天對天線進(jìn)行對準(zhǔn)衛(wèi)星操作時，值班人員需要一方面眼睛盯住信標(biāo)機(jī)，時刻注意天線信標(biāo)的變化，一方面要手動控制天線的方位、俯仰遙控開關(guān)。受人的大腦和手的反應(yīng)速度限制，無法使天線的主瓣波束精確對準(zhǔn)衛(wèi)星。

2.4 受單速電機(jī)控制限制，遙控跟蹤精度較低

原伺服系統(tǒng)的電機(jī)只能慢速進(jìn)行方位和俯仰角度的調(diào)整，技術(shù)人員是通過室內(nèi)自動控制單元來驅(qū)動天線轉(zhuǎn)動，在跟蹤精度上不易掌握，經(jīng)常產(chǎn)生過沖，為了保證高質(zhì)量的圖象和聲音的播出，技術(shù)人員必須經(jīng)過反復(fù)關(guān)啟驅(qū)動電機(jī)。每當(dāng)遇到惡劣天氣或檢修維護(hù)天線需大范圍轉(zhuǎn)動天線時，受單速電機(jī)限制，此項工作令技術(shù)人員更加費(fèi)時又費(fèi)力。

3 升級改造后的7.3米飼服系統(tǒng)主要特點

針對老的伺服系統(tǒng)上述的缺陷，我站技術(shù)人員在充分調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，于2007年11月底～12月初，對7.3米天線伺服系統(tǒng)升級改造。

我們選擇的新天線伺服系統(tǒng)是美國GLOBECOM公司的7200系列飼服系統(tǒng)。它由室內(nèi)控制單元（見圖3）和室外伺服驅(qū)動單元（見圖1）組成。通過可編程終端顯示的文字提示進(jìn)行操作。交流伺服控制器驅(qū)動天線機(jī)構(gòu)上的交流異步電機(jī)實現(xiàn)精確的位置、速度控制，以實現(xiàn)天線的方位、俯仰和極化的角度調(diào)整。安裝在電機(jī)上的編碼器不僅為交流伺服控制提供反饋信息，而且為室內(nèi)控制單元提供天線的方位、俯仰信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后用于控制和顯示角度（見圖2）。

圖1 驅(qū)動箱裝置

該天線伺服系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

3.1 界面直觀、顯示菜單齊全，方便操作

圖2 7200型天線控制系統(tǒng)方框圖

改進(jìn)后操作界面直觀（圖7200天線控制單元前面板），可以很精確的顯示天線的實時方位、俯仰和告警等參數(shù)，方便值班人員很快的鎖定目標(biāo)和發(fā)現(xiàn)問題。該菜單系統(tǒng)提供了如何進(jìn)入7200天線控制系統(tǒng)所有功能的途徑，以及包括系統(tǒng)方式的結(jié)構(gòu)。另外易于理解的在線幫助功能，只要按下在前面板上的幫助鍵（HELP）即可知道詳細(xì)注解。為了清楚起見，所有的菜單項都以黑體字出現(xiàn)，用該鍵盤上的箭頭鍵在主菜單條上移動，選中某一菜單項，按下回車鍵（ENTER）確認(rèn)，被選定項的內(nèi)容將出現(xiàn)在顯示屏上。如果需要操作該菜單項，必須再次確定，方可動作。方便了技術(shù)人員的調(diào)試，同時確保了系統(tǒng)的安全可靠性。

圖3 7200天線控制單元前面板

3.2 可進(jìn)行遙控、手動、本控

該遙控、手控室內(nèi)控制單元安裝在播控機(jī)房，對于天線的日常監(jiān)控和校準(zhǔn)操作來說十分方便。本控單元安裝在室外（樓頂7.3米天線附近），一旦遇到惡劣天氣或檢修維護(hù)天線需大范圍轉(zhuǎn)動天線時，能直接在天線旁邊直觀地控制和驅(qū)動天線。

3.3 變速電機(jī)控制靈活，步進(jìn)跟蹤精度高

新系統(tǒng)采用的是交流（AC）感應(yīng)式異步電動機(jī)伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動電動機(jī)的類型來分，主要由兩大類：永磁同步（SM型）電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)。感應(yīng)式異步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)由于感應(yīng)式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)堅固、制造容易、價格低廉，可以在溫度、濕度變化很大的露天中使用，能夠免維護(hù)的正常運(yùn)行。通過本電機(jī)控制系統(tǒng)快速和慢速兩種方式，方便地進(jìn)行天線的方位、俯仰等的角度調(diào)整。該系統(tǒng)還具有步進(jìn)跟蹤功能，天線的各角度能有非常高的控制精度。在主菜單里選擇跟蹤方式菜單后再選擇立即跟蹤后執(zhí)行步進(jìn)跟蹤子菜單，這個菜單包含了步進(jìn)跟蹤的參數(shù)（方位、俯仰及步進(jìn)值），步進(jìn)跟蹤很快的確定跟蹤目標(biāo)。在步進(jìn)跟蹤模式中跟蹤精度優(yōu)于3dB，接受波束寬度的10%（RMS精度）。

4 升級改造后的7.3米飼服系統(tǒng)效果

升級改造后的系統(tǒng)使天線定位控制精度更高、操作更方便。天線處于任何位置時，可通過室內(nèi)操作面板及室外控制箱根據(jù)基準(zhǔn)可選連續(xù)可變轉(zhuǎn)速控制器，對天線位置進(jìn)行控制。天線狀態(tài)、天線位置出現(xiàn)異常時在室內(nèi)控制單元面板上有文字提示，方便技術(shù)人員及時調(diào)整天線和發(fā)現(xiàn)問題。伺服系統(tǒng)升級改造的順利完成，為地球站安全播出工作提供了更加可靠的保障。