车载定向天线云台随动系统设计

　　前言

　　在无线图像传输通信系统中，要获得较高的接收增益，需要定向接收天线对准信号发射源。本文针对由指挥车和被控车辆组成的应用平台，利用磁罗盘和GPS的定向、定位技术设计了车载定向天线云台随动系统。在该系统中，定向接收天线和磁罗盘固定在指挥车云台上，GPS接收机天线安装在指挥车上。通过随动系统控制云台转动，使定向接收天线实时对准移动中的被控车辆，以达到图像的最佳接收效果。

　　系统结构设计

　　该系统主要由GPS接收机、磁罗盘、定向天线云台和以PIC18F458单片机为核心的测控计算机组成，共分为数据采集、随动控制和机械传动三部分，系统的结构示意图如图1所示。　

　　图1中，①为指挥车上的GPS接收机，②为定向天线云台上的磁罗盘，③为定向天线云台，④为传动机构，⑤为直流力矩电机，⑥为功率放大器，⑦为测控计算机(PIC18F458)，⑧为目标车辆的GPS(通过数据电台传送)。

　　数据采集处理部分由指挥车上的GPS接收机、磁罗盘和测控计算机等组成。指挥车和被控车辆通过GPS接收机实时获取自己的坐标位置，指挥车上 GPS数据通过串口发送到指挥车上的监控计算机。被控车辆GPS数据通过数据无线电台发送到指挥车上的监控计算机，再通过串口传给测控计算机。由磁罗盘获取定向天线云台当前方向角，通过串口传送到测控计算机。通过指挥车和被控车辆的坐标位置，计算出两者之间的方位角，并与由磁罗盘得到的当前方向角比较，得到云台应转动的角度数据。

　　系统的随动控制部分采用下载到测量控制计算机中的数字PID控制算法。PID控制器是根据系统的误差(本系统即为指挥车、被控车辆之间的方位角与云台当前方向角的偏差)，利用比例、积分、微分计算出控制量对被控对象进行控制。通过实际系统的调试，确定PID控制器的参数。

　　机械传动部分主要由功率放大器、减速器、直流力矩电机、定向天线云台等构成。该部分接收控制信号和反馈角度信息，完成云台的转动。

　　该车载定向天线云台随动系统是典型的闭环负反馈控制系统。计算得到指挥车和目标车辆的方位角，采集磁罗盘得到当前方向角为反馈信息，两者之差为机械部分的控制信号，控制信号经过PID数字调节器、D/A转换器、功率放大器、力矩电机、减速齿轮带动云台转动，使定向天线指向目标车辆，当控制信号减小为零时，定向天线云台停止转动。从而达到定向接收天线实时对准移动目标的最佳通信状态。定向天线云台随动系统控制结构如图2所示。