淺析Vertex7200天線控制器工作原理

摘 要：文章主要針對Vertex7200衛(wèi)星上行天線控制器的組成進(jìn)行介紹，并對不同的組成部分進(jìn)行簡要分析，對其原理進(jìn)行介紹。同時分析了7200ACS調(diào)整天線的幾種工作模式。最后簡要介紹了其維護(hù)注意事項。

關(guān)鍵詞：7200；天控器；地球站；衛(wèi)星天線

1 概述

衛(wèi)星上行主要包括節(jié)目源（節(jié)目流）、節(jié)目調(diào)制、信號上變頻、功率放大、天線上星幾個方面。由于大口徑上行天線的半功率角小，所以需要安裝天線控制器對其方位（AZ）及俯仰（EL）進(jìn)行時時跟蹤調(diào)整，保證其跟蹤天線及時、準(zhǔn)確，保障節(jié)目的可靠傳輸。Vertex7200 Antenna Control System（簡稱7200ACS）系列天控器由于其跟蹤精度高、穩(wěn)定性好、操作靈活方便，所以其在衛(wèi)星天線上星控制中廣泛使用。文章簡單地對7200ACS的組成和工作原理進(jìn)行分析，交流維護(hù)經(jīng)驗。

2 7200ACS構(gòu)成

7200ACS是一個天線指向系統(tǒng)，可以手動操作也可以自動控制進(jìn)行定位，它能夠從一個或者多個通信衛(wèi)星中接收信標(biāo)信號用來定位天線。7200ACS使用微處理器技術(shù)，為其提供準(zhǔn)確的天線定位、高可靠性和系統(tǒng)的靈活使用能力。7200ACS主要包括3個子系統(tǒng)：ACU（AntennaControlUnit；天線控制器）、ADC（Antenna Drive cabinet；驅(qū)動柜）和PFD（PositionFeedback Devices位置傳感器）。

7200ACU主要由以下幾個部分組成：前面板、內(nèi)部控制電路、雙電源接口、輸入輸出接口。7200ACU前面板如圖1所示，包括一個8Χ4英寸的顯示器和一個操作鍵盤，為操作控制提供一個直觀、簡易的操作平臺。內(nèi)部控制電路主要用來進(jìn)行相關(guān)控制計算功能。雙電源接口是保障設(shè)備的可靠運(yùn)行。輸入輸出接口，主要功能是接收從信標(biāo)機(jī)發(fā)送的信標(biāo)信號和將計算后的控制信號發(fā)送至ADC用于對天線進(jìn)行控制。

7200ACU使用摩托羅拉6803032位微處理器為中央處理單元（CPU），用于為ACU的控制和跟蹤算法提供足夠的計算能力。還包括一個專用VME CPU控制電路，包括CPU、只讀存儲器（ROM）、隨機(jī)存取存儲器（RAM）、總線控制電路和存儲器控制電路，提供有效和可靠的系統(tǒng)操作。

7200ADC主要是對天線的方位、俯仰和極化進(jìn)行控制的室外單元。一般ADC都放置在天線的基礎(chǔ)上。主要包括：PMCU（便攜式維修控制單元）、主變頻器驅(qū)動斷路器、緊急停止開關(guān)、AZ（方位）變速傳動裝置、EL（俯仰）變速傳動裝置、24VDC電源、POL（極化）控制電路（三軸和四軸系統(tǒng)）。

便攜式維修控制單元允許操作人員手動控制天線，主斷路器控制驅(qū)動電機(jī)的電源、限位開關(guān)和驅(qū)動柜電源。24V直流電源為驅(qū)動柜中的電路板提供供電保障。

7200ADC可以從ACU或者便攜維修控制單元接收控制指令，在24VDC的保障下執(zhí)行驅(qū)動指令和聯(lián)鎖功能。在AZ和EL軸安裝的是三相感應(yīng)齒輪電機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的電機(jī)可基于驅(qū)動柜提供的208V或380V-415V伏三相輸入。

位置傳感器俗稱玄變，在控制天線時起著重要作用，它反映著天線姿態(tài)的時時信息，將信息傳送至ACU用以對天線方位、俯仰和極化值顯示和控制。它的精度決定天線的跟蹤精度。

3 7200ACS操作模式

7200ACS提供了多種操作模式，包括手動控制，ACU手動控制模式，“傳統(tǒng)的”steptrack模式（步進(jìn)跟蹤模式）以及OPT（Orbit Prediction Tracking；軌道預(yù)測）模式。

手動控制是使用傳動柜提供得PMCU操作手柄，主要是便于維護(hù)天線。設(shè)置位于維護(hù)/遙控開關(guān)繼電器面板維護(hù)模式，要在系統(tǒng)上執(zhí)行維護(hù)允許。因此，此開關(guān)在維護(hù)位置，ACU不能遠(yuǎn)程控制。當(dāng)驅(qū)動柜打開遠(yuǎn)程開關(guān)時，ACU系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制天線，PMCU無法操作。

ACU手動控制是通過操作ACU鍵盤，選擇手動操作天線模式，對天線進(jìn)行手動微調(diào)，主要用于惡劣天氣時天線需要進(jìn)行手動跟蹤衛(wèi)星時使用。手動微調(diào)首先需要執(zhí)行最低調(diào)整速度，手動調(diào)整角度按照ACU顯示的最小可調(diào)角度調(diào)整，保證天線的對星準(zhǔn)確。手動控制還可以根據(jù)對星角度，提前設(shè)定好方位、俯仰和極化，使天線快速跟蹤目標(biāo)，接近目標(biāo)時改用低速調(diào)整。這種可以進(jìn)行快速對星和換星。

Steptrack模式根據(jù)ACU跟蹤信號的強(qiáng)度提供天線最大的自動周期性定位。7200 ACU利用頂點(diǎn)自適應(yīng)Steptrack（AST）算法來執(zhí)行。AST采用備用AZ和EL基于之間的數(shù)學(xué)關(guān)系的峰值運(yùn)算改變在接收信號電平與在角天線位置的給定變化，決定各軸（方位、俯仰）的初始的步長值，然后根據(jù)信號強(qiáng)度之前和之后的變化情況，確定校正的大小和方向。一旦接收信標(biāo)最大值方向確定，立即控制天線移動。在用戶自定義的時間間隔進(jìn)行，或者當(dāng)接收信號電平下降到低于用戶設(shè)定的閾值時，Steptrack模式開始尋找信標(biāo)最大值。

由軌道力學(xué)和誤差分析技術(shù)相結(jié)合的OPT模式提供很好的短期和長期的衛(wèi)星定位能力。OPT是使用的7200 ACS根據(jù)衛(wèi)星之前的運(yùn)動來預(yù)測衛(wèi)星未來位置的算法。這個原理是，如果航天器的位置、速度，以及所有作用于它的力量是已知的，其位置可以在將來任何時間進(jìn)行預(yù)測。軌道力學(xué)用于提供衛(wèi)星的和地球表面的模型運(yùn)動。建模和誤差分析需要定點(diǎn)收集Steptrack數(shù)據(jù)操作，結(jié)合所引起的衛(wèi)星軌道參數(shù)和系統(tǒng)誤差機(jī)械結(jié)構(gòu)，其提供最佳數(shù)據(jù)。軌道參數(shù)和系統(tǒng)誤差然后通過軌道力學(xué)反饋模型來確定一段時間后的天線的方位及俯仰角度。

4 維護(hù)方面

7200ACS主要分為兩個部分，室內(nèi)ACU部分和室外ADC部分。ACU的工作環(huán)境要求較高，一般室溫要求23-25℃，濕度中度。室外ADC部分主要是定期除塵和防水檢查，定期巡視工作狀態(tài)是否正常。

7200ACV的后面進(jìn)風(fēng)口安裝一個濾塵海綿，一般工作環(huán)境較好可以每6個月清洗一次，如果環(huán)境中塵土較多則增加清洗頻次，至少每月一次。電池應(yīng)該每年進(jìn)行一次測試，發(fā)現(xiàn)電池電壓小于2.8VDC時應(yīng)及時更換。

5 結(jié)束語

天線控制器關(guān)系到天線的對星準(zhǔn)確度，決定著天線信號的饋送質(zhì)量，是一個關(guān)鍵設(shè)備，弄清楚原理和維護(hù)要點(diǎn)對保障信號的發(fā)射有重要意義。