原创陀螺传感器、三轴电子罗盘及GPS模块在卫星电视天线自动跟踪系统中的应用

 2010-4-28 11:03  4412 20 25 分类: 采购与分销

前言：随着人民生活水平的提高，对在旅途中的娱乐要求也越来越高，车/船/飞机上接收卫星电视的需求也就慢慢的起来了。我就VTI 的SCC1300陀螺、PNI 的PRIME三轴电子罗盘、FASTRAX IT500 GPS模块及SARANTEL的SL1300全向GPS天线在车载/船载/飞机卫星电视直播节目的天线自动跟踪系统的应用跟大家探讨下。

关键词：陀螺传感器；电子罗盘；姿态测量；卫星电视；天线自动跟踪系统

卫星电视天线自动跟踪系统主要由：陀螺传感器，电子罗盘，单片机，伺服系统（包括伺服驱动器和伺服马达），偏馈卫星电视接收天线，卫星电视接收机，/频率（V/F）转换模块，GPS接收机模块和GPS天线等组成。卫星电视天线自动跟踪系统的原理是：利用姿态测量技术，用陀螺传感器对汽车/船舶/飞机行驶中航角的变化量进行测量，单片机对测得的数据进行处理后控制伺服系统驱动伺服马达，转动天线使得天线中心轴始终对准卫星，确保汽车/船舶/飞机在行驶过程中接收卫星电视直播节目能正常工作，并对长时间行驶累积的误差进行修正。

1．陀螺传感器主要是用来测量汽车/船舶/飞机行驶的航向角，可以用VTI 的SCC1300陀螺。这款产品具有体积小、重量轻、功耗低、启动快等优点，稳定性好漂移小（<1°/h），角速度测量范围在±100°/s or 300°/s，同时有很好的抗震性及自检功能，特别适合汽车/船舶/飞机等运动物体的航向测量；通过对陀螺传感器输出的汽车/船舶/飞机航向角变化的角速率进行积分，就能得到汽车/船舶/飞机行驶中的航向角变化量△θ。

2．电子罗盘主要是用来测量卫星电视天线的俯仰角和横滚角变化量的传感器，可以选用美国PNI公司生产的电子罗盘PRIME，这是一款高性价比的三轴电子罗盘，具有响应快速，最高可达20hz，响应时间为0.1s，航向精度为±2°，分辨率为0.1°，倾斜角(俯仰、横滚)在±90°，精度为±0.1°，可在恶劣环境下长时间工作。电子罗盘通过RS232串口提供俯仰角、横滚角和航偏变化量的输出。

3． GPS接收机模块，它是用来测量汽车/船舶/飞机当前经纬度定位坐标的，因为陀螺传感器长时间工作会有零点漂移和随机漂移，这样会产生累积误差，从而影响天线的跟踪精度，所以每隔一两个小时后就要用GPS给出的汽车/船舶/飞机当前经纬度定位坐标和卫星电视按收机输出的自动增益控制（AGC）信号来校正一次天线的位置，修正它的误差使之重新对准卫星。但汽车/船舶/飞机行驶在隧道、高层楼群、高架桥下以及密林等地段及GPS信号不好的地段时，会使GPS定位失效，引入更大的误差，这时就要采取推算定位（Dead Reckoning）进行自律导航。有了GPS给出的汽车/船舶/飞机当前经纬度定位坐标，再利用同步卫星轨道的坐标，通过计算公式就可以推导出卫星电视天线应保持的航向角和俯仰角。可以选用芬兰Fastrax公司生产的 IT500 GPS模块，它具有超高的导航灵敏度-165dbm，更新速率也是非常高（10次/秒可调）。

航向角

俯仰角

其中B为汽车/船舶/飞机当前的纬度，L为汽车/船舶/飞机当前的经度，δ为卫星的经度。

4． GPS天线可以选用目前的常见的PATCH天线，它的优点是成本低，但是安装调试还是有点麻烦的，可能会需要生产厂家上门调试；也可以选用SARANTEL的SL1300全向天线，它的优点是接受GPS信号比较好，安装调试非常方便，同时近场非常小（<20mm近场是指周边环境对其干扰的最近距离），但是它的缺点也一样明显就是价格高。

在实际应用中，根据不同的产品特点，有时候不用把陀螺传感器、三轴电子罗盘及GPS模块同时都应用上，可以有选择性的选用。采用姿态测量技术设计的天线自动跟踪系统，改变其天线的跟踪工作平台，就可以适用于不同载体。它不仅适用于接收卫星电视，也可以应用到卫星通信、多媒体业务当中。欢迎大家来电来函交流。