天线w7系统怎么调烟雾头

2008年2月第36卷第1期现代防御技术MoDERNDEFENCETECHNoLoGYFeb.
2008V01.
36No.
1叮探测跟踪技术定向天线自动控制系统的研究黄少锋,张尊泉,彭飞(空军雷达学院,湖北武汉430019)摘要:在图像信号传输或无线通信中,为了保证通信质量,大多采用定向天线.
当将定向发射天线和接收天线对准时,才能接收到高质量的信号,但是定向天线对准是一项很困难的工作.
针对定向天线对准困难的问题,根据GPS和数字罗盘技术,提出了定向天线自动控制系统的设计方案,进行了精度分析和试验.
该系统结构简单,价格便宜,满足高机动武器装备信息传输要求.
关键词:定向天线;单片微型计算机;全球定位系统;HMR3000中图分类号:TN827.
4;V233.
7文献标志码:A文章编号:1009.
086X(2008)一01—01O1O5ResearchonDirectionalAntennaAutomaticControlSystemHUANGShao—feng,ZHANGZun—quan,PENGFei(AirForce,CollegeofRadar,HubeiWuhan430019,China)Abstract:Toassurecommunicationquality,directionalantennaisusuallyadoptedinimagesignaltransmissionorwirelesscommunication.
Highqualitysignalisreceivedwhendirectionaltransmitteranten—naaimsatreceiverantenna、Butitisadifficultjob.
Aimedatthedifficultyofdirectionalantennaorienta—tionalignment,accordingtothetechniqueofGPSanddigitalcompass,thedesignofdirectionalantennaautomaticcontrolsystemwaspresented,andanalysisofaccuracyandtestaredone.
Thesystemhasadvan—tagesofsimpleconfigurationandlowprice,whichcanmeetthedemandofhighmaneuverableweapone—quipmentinformationtransmission.
Keywords:directionalantenna;singlechipmicrocomputer;globalpositioningsystem(GPS);HMR30000引言在进行图像信号传输或无线通信时,为保证通信质量,大多使用定向天线.
定向天线已广泛应用于军事领域,是现代高机动武器装备和无线通信设备的重要配属设备.
定向天线工作中心频率大多在微波波段,频率较高,所以天线主瓣很窄,只有发射天线和接收天线主瓣对得很准时,才有较高的增益,定向天线转动稍有偏差就可能超出主瓣,使接收信号中断.
所以,定向天线对准是一项非常困难的工作.
这对天线自动控制系统设计提出了很高的要求.
过去那种靠人工操作架设和调整定向天线的方收稿日期:2007—05—02;修回日期:2007—07—18作者简介:黄少锋(1982一),男,广西桂平人.
硕士生,主要从事雷达系统建模与仿真研究.
通信地址:430019湖北省武汉空军雷达学院研究生管理大队23队电话:027—65037521E—mail:huangshaofeng21@163.
cowl维普资讯http://www.
cqvip.
com·102·现代防御技术2008年第36卷第1期法已不适应机动作战的要求.
本文针对定向天线对准困难的问题,将GPS技术、数字罗盘技术和步进电机技术应用于定向天线控制系统,提出了定向天线自动控制系统的详细软硬件设计方案,进行了精度分析和试验,结果表明该系统能够快速准确地完成定向对准工作,满足高机动武器装备信息传输的要求.
1定向天线自动控制系统的原理定向天线自动控制系统的原理:通过GPS采集定向天线的经纬度和高度等位置信息,通过数字罗盘采集定向天线的方位角和俯仰角等姿态信息,结合情报中心接收天线的位置信息,计算出定向天线对准情报中心接收天线所需的方位角、俯仰角,然后通过步进电机驱动天线实现定向.
定向天线自动控制系统的原理框图如图1所示.
图1定向天线自动控制系统的原理框图Fig.
1Theprinciplegraphofdirectionalantennaautomaticcontrolsystem2定向天线自动控制系统的硬件部分2.
1单片机单片机是本系统的核心,它负责采集定向天线的三坐标信息和姿态信息,控制液晶显示器的显示,完成方位角、俯仰角的计算和控制步进电机的转动.
由于本系统的软件较复杂,需要的较大的内存空间,所以本系统选择Winbond公司生产的W78E516B¨作为系统的核心器件,它是与51系列单片机完全兼容的8位微控制器,具有64kBFlash,512BRAM.
经调试,其内存空间满足设计要求.
2.
2模拟开关由于本系统设计单片机与GPS接收机及数字罗盘进行串行通信,而W78E516B只有一个串行口,如果GPS接收机和数字罗盘的串行口与单片机的串行口直接相连,则会造成数据冲突,出现系统瘫痪现象.
利用模拟开关CD4066做成的切换电路可以很好的解决这一问题,而且CD4066芯片比较便宜,所需的切换电路成本较低.
在本系统中,模拟开关电路的连接如图2所示.
CD4066的管脚1,4与MAX232的TTL串行口相连,通过电平转换后与数字罗盘通信;管脚8,11直接与GPS接收机串行口相连;当P3.
5为1时单片机与数字罗盘通信,当P3.
6为1时切换成单片机与GPS接收机通信.
LJA4066图2模拟开关电路的连接图Fig.
2Theconnectivegraphofan~ogswishcircuit2.
3GPS接收机武器装备机动到达新阵地开始架设定向天线时,首先由单片机通过GPS接收机采集定向天线的三坐标信息,作为计算天线方位角和俯仰角的部分输入参数.
本系统选用性价比比较好的NaviBeGM611鼠标式GPS接收机(简称GPSMouse)作为GPS信号接收设备,该接收机差分精度可达10m.
GPSMouse接口名称及引脚功能如表1所示.
由于GPSMouse提供一个TTL串行口,所以它可以直接维普资讯http://www.
cqvip.
com黄少锋,张尊泉,彭飞:定向天线自动控制系统的研究·103·与单片机通信而无需电平转换.
表1GPSMouse对外接口引脚名称及功能Table1PortpinnamesandfeaturesofGPSMouse2.
4数字罗盘对于天线姿态,主要的就是获取天线实际的俯仰角和方位角.
本系统选用了Honeywell公司的HMR3000数字罗盘.
HMR3000安装在天线座平稳的定向天线上,这样就可以不考虑天线架的姿态,简化了系统的设计.
HMR3000可以为本系统提供定向天线的俯仰角和方位角.
其中方位精度为0.
5.
,俯仰精度为0.
3.
;它提供RS232和RS485两种输出方式;因此,它必须经过电平转换才能与单片机通信.
HMR3000与单片机的通信接口电路图如图3所示图3HMR3000与单片机的通信接口电路图Fig.
3ThecommunicationcircuitgraphbetweenHMR3OOOandsinglechipmicrocomputer2.
5步进电机本设计选用性价比比较好的四相八拍、步距角为0.
9.
的步进电机.
步进电机的控制原理是将电脉冲信号转化为角位移.
通过控制脉冲的个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的.
四相步进电机的四相分别定义为A,B,C,D.
其各相通电顺序为A—AB—B—Bc—c~cD—D—DA~A的不断循环的通电方式;若要实现电机反方向转动,只需将供电顺序反方向成D—Dc—c—cB—B—BA—A~AD—D的循环通电方式即可.
本设计采用2台步进电机分别控制天线在水平方向和垂直方向转动,以下分别简称方位角步进电机和俯仰角步进电机.
3定向天线自动控制系统的软件部分定向天线自动控制系统的软件部分主要包括信息采集、参数计算、控制步进电机转动3部分.
定向天线自动控制系统的软件部分流程如图4所示.
图4定向天线自动控制系统的软件部分流程Fig.
4Theprocessofsoftwarepartofdirectionalantennaautomaticcontrolsystem3.
1信息采集部分信息采集部分由单片机负责与GPS接收机及HMR3000通信,提取定向天线的三坐标信息和姿态信息.
采集GPS信息,主要完成对经纬度、GPS定位指示和海拔高度的录取与显示.
GPS接收机输出语句有10余种,其中"GPGGA"定位数据语句是最为常用的语句.
GPS定位指示是GPS工作状态的维普资讯http://www.
cqvip.
com·104·现代防御技术2008年第36卷第1期标志.
GPSMouse定位指示有0和1两种状态:0表示GPS不正常工作,数据无效;1表示正常工作,定位数据有效.
等到液晶显示器上显示的GPS定位指示为1时,GPS信息采集完毕.
采集GPS信息的程序流程如图5所示.
图5采集GPS信息的程序流程Fig.
5TheprogramprocessofgatheringGPSinformation采集定向天线的姿态信息,主要完成对定向天线的方位角、方位角状态、俯仰角、俯仰角状态的录取与显示.
"gPINTHPR"是HMR3000输出语句中最常用的语句¨,其格式为:"SPINTHPR",方位角,方位角状态,俯仰角,俯仰角状态,滚动角,滚动角状态hh.
方位角状态、俯仰角状态有M,N,0,L,P,C6种标志,分别表示小提示、正常、重要提示、小告警、严重告警、调整电路.
等到液晶显示器上显示的方位角状态、俯仰角状态指示都为N时,即HMR3000正常工作,姿态信息采集完毕.
采集定向天线的姿态信息的程序流程如图6所示.
3.
2参数计算部分当GPSMouse和HMR3000都正常工作时,W78E516B存储定向天线的正确的三坐标信息和方位角、俯仰角.
设定向天线所处位置的经度、纬度、海拔高度分别为,,日隋报中心接收天线所处位置的经度、纬度、海拔高度分别为,.
,Ho(确知的固定值已存储在单片机内),地球半径为R=6378km.
则当定向天线对准情报中心接收天线时,得到参数A和E分别为lIIHMR3000初始化f示方位角、方位角状态、俯仰角、俯仰角状态.
1一网接收.
位角、位角状态、俯仰角、俯仰角状念l图6采集定向天线的姿态信息的程序流程Fig.
6TheprogramprocessofgatheringgestureinfcIrmationofdirectionalantennaA_arc诅丽,()COSBicos8ocossinsin8o一南EI=aretan——二二二二二二二二二二二二二二二二二二二==二=兰=,√1一(COSB1COSBoCOS+sinB1sinBo)(2)式中-'X=一.
A,E的单位以及以下凡是角度的变量的单位都是"'.
值得注意的是,参数E是定向天线对准情报中心时天线的俯仰角,而参数A,并不一定是定向天线对准情报中心接收天线的方位角.
定向天线对准情报中心接收天线时的方位角A与参数A之间的关系如表2所示.
式中Y=B.
一,方位角A以正北方向为基准,顺时针为正,范围是0.
一360.
.
表2定向天线对准情报中心接收天线时的方位角A.
与参数A.
之间的关系Table2TherelationbetweenA2andA1whendirectionalantennaaimsatinformationcenterreceiverantenna维普资讯http://www.
cqvip.
com黄少锋,张尊泉,彭飞:定向天线自动控制系统的研究·105·单片机从HMR3000采集得到定向天线初始的方位角和俯仰角分别为A.
和E.
.
设步进电机控制定向天线顺时针转动为正转,反之为反转.
定向天线对准情报中心时的方位角A与定向天线初始的方位角A的关系与方位角步进电机控制天线的转向和转动的方位角角度A的关系如表3所示.
表3A与A.
的关系与步进电机控制天线的转向和转动的方位角角度A的关系Table3RelationsbetweenrelationbetweenA2andAoandswerveofantennawhichiscontrolledbysteppermotorandAA与A.
的关系转向转动的方位角角度AA2A2+180IF360一Ao+A2Ao4o+180反360一A2+AoE和E.
进行比较,得到两个俯仰角的差值为E=E~E.
.
(3)3.
3控制步进电机转动部分根据方位角和俯仰角的差值生成控制策略,按照先方位后俯仰的顺序驱动电机使定向天线对准情报中心接收天线.
对lAl/0.
9四舍五人保留整数记为Ⅳ,对fEf/0.
9四舍五人保留整数记为N2.
W78E516B发送Ⅳ个脉冲驱动方位角步进电机按照表2所示的关系正转(或反转)N步.
方位角步进电机停止后,如果E>0,W78E516B则发送Ⅳ个脉冲控制俯仰角步进电机逆时针(向上)反转Ⅳ步;反之,顺时针正转(向下)N步.
俯仰角步进电机停止后,这样,定向天线已经基本对准了情报中心接收天线.
4精度分析及试验由于定向天线的作用距离一般小于50km,50km在赤道上对应的地心角约为0.
5.
.
为了简化计算,设定向天线和情报中心接收天线的三坐标分别为(0.
5.
,0.
5.
,01TI)和(0.
,0.
,1000m)用式(1),(2)式计算得到的A.
和E,与用严密复杂的方位角、俯仰角计算公式.
计算得到的A和E比较,方位角误差为0.
15.
,俯仰角误差为0.
O1.
;已知HMR3000方位精度≤0.
5.
,俯仰精度≤0.
3.
;步进电机引起的方位角和俯仰角误差均≤0.
45.
;GPSMouse的差分精度可达10Ill,对方位角和俯仰角引起的误差可以忽略不计.
综合上述,方位角的误差≤1.
10.
,俯仰角的误差≤0.
76.
.
由于一般的定向天线的半功率波瓣宽度B>10.
.
分析表明,在最大误差范围内,定向天线基本对准情报中心接收天线,可以正常工作.
在相隔20km的某引导雷达站与机场指挥所的雷达图像传输天线系统上应用本系统,进行试验.
结果表明,定向天线自动控制系统能使处于任意初始姿态的雷达站的图像传输发射天线快速对准指挥所的接收天线,指挥所正常接收到较强的信号.
5结束语定向天线自动控制系统结构简单、价格便宜,还具有机动性强、抗干扰能力强、稳定可靠性高等特点,能够解决定向天线对准困难的问题,满足高机动武器装备和信息传输设备信息传输的要求.
如果选用更高精度的电子罗盘、步距角更小的步进电机,或控制软件对电机转动进行微调等,可以提高定向天线对准的精度,但所需的成本更高,系统的软硬件更复杂.
参考文献:[1]张卫东,程良峰.
W78E516B在系统可编程的应用[J].
微计算机信息,2003,19(4):46—48.
[2]HMR3000DigitalCompassModuleUser'SGuide[K].
Honeywell,Inc.
,2002.
[3]吕海寰,蔡剑铭.
卫星通信系统[M].
北京:人民邮电出版社,1993.
[4]朱华统,黄继文.
椭球大地计算[M].
北京:八一出版社,1993.
[5]李宗春,李广云.
地球站天线方位/俯仰角严密计算方法的研究[J].
天线技术,2003,29(6):30—32.
维普资讯http://www.
cqvip.
com