Pour Yuzhu, Pan Lingyun, Xia Xueting
(College of Automation, Nanjing Université des Postes et Télécommunications, Nanjing 210023)
: Impossible d'établir une base sur le total des comptes de la région de la Terre pour environ 70 pour cent de l'océan, donc un besoin urgent de systèmes de communication par satellite à bord robustes. La recherche à bord des navires système de communications par satellite, y compris la conception de la configuration du système, la stratégie de contrôle, la sélection du matériel et la conception du système de surveillance. Afin de surmonter le mouvement de la coque, le système de commande d'asservissement à trois axes utilise l'algorithme PID flou, basé sur une série de stratégies pour rendre la coque de l'étoile dans le mouvement satellite toujours aligné, pour parvenir à une communication en temps réel. Utilisation de la puce FPGA comme la compensation de température du gyroscope système de traitement de données, l'ensemble du système d'asservissement permet plus précis et rapide. Système de surveillance abandonner l'architecture client plus traditionnelle / serveur, sélectionnez l'architecture navigateur / serveur. Les tests de simulation pour vérifier le système de communication par satellite à bord ayant une meilleure performance et application conviviale.
: Onboard communication par satellite, compensation de température, commande floue, navigateur / serveur
: TP27; TP31 Code du document: ADOI: 10,19358 / j.issn.16747720.2017.01.008
Format de référence : Dans Yuzhu, Panling Yun, Xia Xueting communication par satellite à bord des navires et des systèmes de suivi basé sur ARM B / S [J] ses applications, 2017,36 (1):. 25-28.
0 introduction
En raison du manque de stations de relais de communications maritimes, et le système de bord de communications fixes par satellite juste comme poste de relais de communication en mer, la Chine devrait se construire en une puissance maritime, la communication marine est essentielle, donc un besoin urgent de produits de communication par satellite à bord haute performance. Ainsi, le développement des communications par satellite à bord haute performance système de suivi a une grande signification pratique.
Elle est basée sur l'objet, à bord d'un système de communication par satellite utilisant un triaxiaux acquis coordonnées géographiques absolues de GPS, avec la théorie trois axes angle compas électronique de mesure, plus réseau de portes de champ programmable (Field Programmable Gate Array, FPGA) dans l'axe de mesure à compensation de température vitesse instantanée gyroscope à trois axes pour réaliser une compensation rapide, l'ensemble du système d'asservissement pour atteindre rapidement satellite plus précis sous algorithme de contrôle PID floue selon l'algorithme de recherche et l'algorithme de suivi. Afin de surveiller les performances du bord d'un système de communications par satellite et la réalisation de l'opération manuelle à bord d'un système de communication par satellite, reliés les uns aux autres systèmes de communication par satellite à bord et les systèmes de surveillance par WiFi LAN ou sans fil câblé, système de surveillance utilise un navigateur serveur Web intégré / serveur (navigateur / serveur, B / S) Architecture [1].
1 Conception Architecture du système
1.1 processus de travail à bord des navires de communications par satellite
À bord d'un système de communication par satellite en cours de fonctionnement peut être divisé en deux parties, à savoir, le procédé de transmission et de traitement de réception. transmettre des informations à transmettre procédé successivement à travers le modem satellite et le commutateur, l'amplificateur de puissance de fréquence supérieure (bloc UpConverter, BUC) en un signal modulé approprié pour une transmission de signal dans un environnement sans fil, puis émis par l'antenne se transportent [2]. Et le récepteur de bord pendant le processus d'émission est inversée, un signal reçu par l'antenne à travers l'amplificateur convertisseur faible bruit (Low Noise Bloquer downconverter, LNB) filtré dans un coupleur directif, le coupleur directif est divisé en deux signaux reçus ou à plusieurs voies, la manière dont démodulation se fait par un modem satellite pour le trafic, tout le chemin à la source comme la balise de signal, les mesures d'intensité du signal au satellite cible, bien sûr, la communication entre le navire et le satellite est un système de communication par satellite full-duplex.
1.2 architecture du système de communication par satellite à bord
principal navire cible Satellite Communication System par le système de commande ARM, le contrôle d'attitude du système d'asservissement de l'antenne, le nivellement module de cartouche, le système de surveillance, le module de réseau, dans lequel le module cassette contenant le nivellement pour la résolution de gyroscope à trois axes zéro problèmes de dérive le sous-module de compensation de température à base de FPGA.
système de communication à bord satellite basé sur le navire en tant que transporteur, le transporteur aura non seulement un mouvement en trois dimensions de l'interférence dans le mouvement de l'eau, et la trajectoire est qu'aucune loi ne peut pas élaborer des règles appropriées. Pour une efficacité élevée, de haute précision pour atteindre l'antenne et de garder à bord l'attitude des étoiles, doit prendre une série de stratégies pour un contrôle complet en douceur la communication normale. Sur la mer afin d'obtenir l'état à bord des antennes, des systèmes de suivi disponibles en temps réel via un système de positionnement global installé à bord de système de suivi (Global Positioning System, GPS) des informations de latitude et de longitude, la latitude et la longitude du satellite cible et en calculant pour obtenir l'alignement souhaité de l'antenne du satellite à bord d'un système de communication par satellite de la position théorique et l'angle de tangage, l'angle électronique cap compas antenne de collecte de navire, angle de tangage et l'angle de roulis, trois axes de mesures gyroscopiques la vitesse instantanée des trois axes pour atteindre rapide fins de compensation [3]. les commandes du système de contrôle de l'état ARM le de l'antenne en temps réel en fonction de la balise obtenu récepteur et la puissance du signal est alimenté système d'asservissement de retour si la cible de bord d'alignement d'antenne de satellite. A bord du schéma de principe du système de communication par satellite représenté sur la figure 1.
2 conception du module matériel
2.1 Conception du module de compensation de la température du gyroscope
Afin d'améliorer le coût du système, la conception n'a pas choisi un système de navigation par inertie coûteux et choisir d'utiliser le modèle CRS0302 micromécanique gyroscopique, mais le gyroscope micromécanique a une dérive du zéro grave, qui était auparavant à bord système de communications par satellite les difficultés ne peuvent pas être résolus dans le système actuel utilise les stratégies de compensation de la dérive en température pour surmonter les problèmes de gyroscope à trois axes. Rapide et procédé efficace pour la compensation de température si la dérivation théorique du modèle est trop complexe, comme le principe de l'aide de l'expérimentation de l'aspect matériel. Procédure expérimentale est la suivante: Le gyroscope à axe incubateur accordable dans une plage de température de -30 ~ 80 , et on a mesuré une fois tous les 2 zéro de décalage; 15 min par échantillon moyenne comme le point zéro de décalage à cette température gyroscope triaxial [4]. 2 par des points pleins représentent les données mesurées, la ligne continue est obtenue en adaptant une équation cubique ajustement de courbe décalée sensiblement zéro, i.e. .:
Lorsque -30 T-16 ,
polarisation = -0,526 + 0,003550,00462T-51t2-0.00003t3;
Lorsque -16 T + 24 ,
polarisation = -0,723 + 0,047140,00063T-63t2;
Lorsque 24 T40 ,
polarisation = -2,747 + 0,1293 0,00248t-04t2 + 0,00006t3;
Lorsque 40 T80 ,
polarisation = -12,8430,4297 + 0,002476t-035t2 + 0,00003t3
module de compensation de température de puce Gyro MAX125AEAX utilise la conversion analogique-numérique, le convertisseur analogique-numérique comporte huit canaux d'entrée sont divisés en deux groupes, chaque groupe de quatre canaux peut simultanément réaliser la tâche de conversion. gyroscope à trois axes peut être utilisé un groupe, un autre groupe est laissé à d'autres capteurs de signaux analogiques de sortie. Capteur de température sélectionné DS18B20 sortie numérique de la mesure à trois axes température de fin micromécanique gyroscope leur environnement. puce FPGA est le noyau de ce sous-module, qui commande la conversion analogique-numérique, le capteur de température en même temps de travail. 4 ajustement de compensation de température du gyroscope de segment de courbe obtenue expérimentalement programme de compensation correspondant écrit dans la température de puce FPGA peuvent être calculées des valeurs de correction de décalage triaxial micromécanique gyroscope à différentes températures; gyroscope de soustraction numérique une valeur de signal numérique correspondant compensation de gyroscope après compensation, FPGA peut être transmis par le port série du système de commande de bras, de sorte que le système d'asservissement apte à commander le suivi en temps réel de l'antenne vers le satellite [45]. Axe compensation de la température du gyroscope schéma de principe du matériel sous-module montré sur la figure 3.
2.2 module de réseau
Présence du mode client / serveur (client / serveur, C / S) dans le système de surveillance local peut contrôler certaines lacunes doivent installer des applications, etc., et le Web intégré basé sur l'architecture du programme de surveillance B / S par sans fil (WiFi) ou filaire (TCP / IP) pour les systèmes embarqués et d'autres appareils (PC, Pad, téléphone, etc.) connexion. la structure B / S peut résoudre efficacement le problème d'une architecture client / serveur.
Pour atteindre le mode B / S, le module de réseau à l'aide d'un réseau câblé et un réseau sans fil de deux façons, complémentaires les uns aux autres assez bien. circuit câblé relié par une interface RJ45 à d'autres dispositifs pour la transmission de données, la transmission au système de commande de bras grâce à la manipulation de la puce DM9161BIEP, en tenant compte du système de surveillance pour être utilisé sur le terminal portable de sorte configure le module sans fil Wi-Fi, dans le but d'améliorer le procédé de la présente conception, la communication radio le matériel utilisé pour support 802.11a / b / g standard via le module sans fil interface USB enfichable, l'interface USB directement mis en oeuvre par un système de commande relié ARM. applications matérielles exigent également la configuration de base des pilotes de périphériques et de réseaux intégrés dans un réseau sans fil dans la transplantation. Après la conception est basée, le système surveille seulement besoin d'installer le logiciel client de périphérique navigateur.
Système Servo 2.3
algorithme PID Fuzzy 2.3.1 Servo System
Le système de commande d'antenne rétroaction sur le bras, les commandes du système de commande du pilote de moteur pas à pas 5 pour réaliser la commande du moteur pas à pas, afin d'améliorer la vitesse et la précision de la commande du système d'asservissement, le système utilise l'algorithme PID floue.
Classique PID trois paramètres Ki, Kp, Kd par erreur d'accord, et l'algorithme est une structure relativement simple, et le travail de support dans l'océan est difficile à satisfaire avec PID classique. PID floue peut être réglée automatiquement en fonction des trois paramètres de polarisation PID et le taux de polarisation de changement. expérience Tuning ce qui suit: Lorsque l'écart est important, pour le système a un meilleur suivi des performances, selon le plus élevé Kp, Ki = 0, lorsque l'écart et le taux de variation de l'écart est de taille moyenne, afin de rendre le système une plus petite réponse dépassement, Kp de valeur doit être plus petite, la valeur de Kd plus grand impact de réponse du système, les valeurs de Ki doit être appropriée; lorsque l'écart est faible, de telle sorte que le système présente une bonne stabilité, et Ki devrait Kp de obtenir plus, pour éviter les chocs du système autour de la valeur de consigne, les valeurs Kd est très important, généralement à un taux d'écart plus faible du changement, les valeurs Kd devraient être plus importantes, et vice versa inversé. la détection en temps réel de l'écart et le taux de variation de l'écart dans le système est en cours d'exécution, la modification en ligne du PID de la règle floue trois paramètres, de sorte que les paramètres PID peut être auto-réglage, pour répondre à la déviation différente et les exigences en matière de taux de variation d'écart des paramètres de commande [6].
2.3.2 bateaux algorithme de recherche et les algorithmes de suivi contiennent antenne
L'utilisation d'un compas électronique et l'attitude instrument de mesure GPS peut bis positionné directement des vecteurs d'azimut, l'antenne embarquée peut venir directement ou indirectement, l'orientation théorique. Mode de recherche d'image en mode d'utilisation, est centrée sur la position théorique en dehors du cadre, avec la boîte de recherche sera tiré au sort de plus en plus. Dans le même laps de temps de l'écran change AGC (commande de gain analogique, AGC), si le seuil est dépassé, cadre arrêter immédiatement dans le mode de suivi. Si le numéro de châssis de tours après la recherche n'a pas trouvé ensemble complet de satellites, la théorie a la position arrière, une recherche d'image à nouveau. Les applications peuvent également régler l'orientation du système de surveillance en fonction de la situation réelle, la hauteur et le numéro de trame angle de pas de spires. algorithme de recherche de trame de navire pour antenne trajectoire de faisceau représenté sur la figure.
recherche trame satellite cible à surveiller AGC immédiatement après avoir franchi le seuil de l'état de suivi de cône. état de suivi de piste conique est une antenne de communication à bord de l'état de maintien, dans cet état, le programme de commande pour rendre les antennes trajectoire de déplacement circulaire est un cercle, l'antenne est calculée en fonction de la différence de l'AGC pour régler l'angle de la direction du dessin de Quasi en même temps, dépasse une valeur de seuil a été jugée direction de la courbe quadratique de la Fig. Deux distribution de différence de phase angulaire fixe du maximum AGC à la fois ces deux points la distance AGC à partir de la direction du centre du raccord de dessin, ont trouvé une linéarité élevée, R2 = 0,9493. Par conséquent, la différence est multipliée par un facteur d'environ deux de la pluralité d'AGC peut être utilisé comme réglage de l'angle. En fin de compte fait antennes de bord pointent toujours vers le satellite cible. Navire antenne conique algorithme de recherche de faisceau est contenu dans la trajectoire comme représenté sur la Fig.
3 Système de surveillance
Comme nous l'avons expliqué la nécessité de soutenir la configuration matérielle du système de surveillance, où le système de surveillance lui-même sera expliqué. Il peut être dans la sélection pour les puces ARM AT91SAM9263 dans le système d'exploitation Linux portable embarqué, compte tenu principalement qu'il a coupé, multi-tâches, multi-utilisateurs, équipements, documentation et adapté pour les petits systèmes embarqués et ainsi de suite. L'utilisation du système d'exploitation Linux embarqué, les fonctions de réseau, mais aussi serveur Web transplantation Boa dans la puce ARM, Boa est un serveur web très faible [7]. a elle-même depuis le système embarqué une des caractéristiques de stockage plus limitées et l'exécution de données géographiques, la base de données SQLite intégré. Transfert d'informations entre le navigateur client et le serveur de réseau en utilisant le Common Gateway Interface Specification (Common Gateway Interface, CGI), sa principale fonction est de former le navigateur analyse des composants utiles, alors le résultat de l'analyse combiné avec le serveur de données ensemble des pages de mise en page propres présenté à l'utilisateur.
Web serveur d'entrée de l'utilisateur client dans la barre d'adresse de votre adresse IP du navigateur, entre le navigateur et le serveur établira une connexion [8] par l'intermédiaire du protocole HTTP. Une fois la connexion établie, le navigateur peut envoyer un formulaire de demande, alors chaque fois que le serveur reçoit une requête, le serveur crée un nouveau processus CGI Boa pour gérer la demande. Dans un aspect, le programme CGI pour obtenir des données à partir du serveur, d'autre part, les données générées par le programme CGI et capable de communiquer par l'intermédiaire de l'entrée standard, de retour de la sortie standard vers le serveur. programmes CGI serveur peuvent également être effectuées par le système de commande de file d'attente tampon de messages interagit avec la demande de l'utilisateur pour le programme de commande, le programme de commande pour terminer l'opération de moteur d'entraînement du satellite en fonction des besoins des utilisateurs.
Les systèmes de surveillance fournissent une bonne expérience utilisateur pour les utilisateurs de la technologie Ajax et CGI. Afin d'adapter à différents systèmes de surveillance du dispositif client, dans la conception web, les techniques d'adaptation doivent être utilisées dans une résolution différente des pages.
4 Conclusion
Ce document met l'accent sur le bord du matériel système de communications par satellite, la stratégie de recherche et de contrôle de l'algorithme de suivi cible les systèmes satellite dynamique de recherche et de design. Dans un essai au banc à bascule a été répété, l'antenne peut suivre le satellite cible de navire à environ 2 min, la fluctuation détectée de signal satellite cible AGC plage de moins de 0,5 dB. Étant donné que le gyroscope zéro dérive causée par phénomène perdu étoile a été effectivement améliorée, et le système de surveillance à travers un navigateur, il a une meilleure expérience utilisateur.
références
[1] Lizhong juin Conception et mise en uvre d'un système de surveillance station terrienne de communication portable par satellite serveur Web intégré [D] sur la base. Nanjing: Université de Nanjing des Postes et Télécommunications, 2012.
. [2] Guo, Wangzhen Yong, système de communication GU Xue Mai satellite [M] Pékin: Electronic Industry Press, 2010.
[3] Zhao Jianming. Conception et mise en uvre de bord « Déplacement » système de commande d'asservissement [D] Lanzhou: Université de technologie de Lanzhou, 2009.
[4] Yuliang, colonne Xiadun Basé sur FPGA micro-gyroscope Bias système de compensation de température de silicium [J] et de génie informatique numérique, 2009,37 (6): .. 181184.
[5] Application Kung drapeau système de navigation inertielle à composants liés technique de compensation de la température du gyroscope [J] navigation moderne, 2014,5 (1) :. 2932.
[6] Tanbao Cheng, dessin machine Cao Yanzhe dans le système de commande PID flou [J] électronique Engineering Design, 2011,19 (22) :. 6265.
[7] Cuide Vous modélisez ARM système de surveillance vidéo sans fil basé sur Linux [J] Chinese New Communications, 2012,34 (3): .. 109104.
[8]. Les systèmes d'accès embarqués Yang Qing et services pour le contrôle du réseau [D] Nanjing: Université du Sud-Est, 2004.
