专利名称：一种高集成化平板天线控制装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及ー种高集成化平板天线控制装置，属于天线伺服系统技术领域，用于平板天线伺服系统的高精度控制，该控制装置同样适用于高性能、高集成度天线伺服系统的控制。
技术背景天线伺服系统是遥测系统中重要的组成部分，其主要作用是当目标进入视线范围内吋，使接收天线自动搜索并捕获目标，以一定的跟踪精度连续跟踪目标，使目标始终处于主波束的中心线附近，从而以最大接收增益可靠地连续接收遥测信号。特别是当出现故障，目标偏离预定飞行轨道时，天线伺服系统能在较大空域范围内捜索捕获目标并进行跟踪，获得重要的遥测数据以判断故障。目前常用的天线为抛物面天线，抛物面天线的反射面和体积较大，使得天线的机动性差，重量大，不易隐蔽，使用时操作不够简易。平板天线与抛物面天线相比，具有体积小、重量轻、安装方便、外观美观等优点，因此深受用户的欢迎。现有的天线控制器分为模拟控制器和数字控制器两大类。由于模拟控制器难于实现比较复杂的控制算法，难于满足天线伺服系统高精度控制的需要，因此数字控制器是必然选择。数字控制器的优点表现在參数修改方便，能够实现复杂的控制器算法，能够满足高精度控制的要求。另外数字控制器适合集成化，模块化设计，相对于模拟控制器其体积大大缩小，而且功耗明显降低，这对于航天应用非常有吸引力。中国专利2010206906. 0公开了一种基于NIOSII微处理器的集成化天线数字控制装置，这种结构的天线数字控制装置主要是在以FPGA内置NIOSII微处理器核实现的计算系统，虽然其克服了外设接ロ多的缺点，但其运算速度慢，难以处理复杂算法，在对实时性要求高的场合并不适用。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是解决克服现有技术的不足，提供ー种高集成化平板天线控制装置，实现平板天线伺服系统的高精度控制，同时又使得平板天线伺服控制器的集成度大大提尚。本实用新型的技术解决方案是ー种高集成化平板天线控制装置，其特点包括上位机、网络接ロ、天线控制器和角度采集器；天线控制器包括DSP模块、FPGA模块、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、时码信号转换电路、电源模块；所述FPGA模块分别与DSP、网络接ロ、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、时码信号转换电路和角度采集器连接；网络接ロ与上位机连接；电源模块分别与DSP模块、FPGA模块、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块和角度采集器连接。所述FPGA模块包括FPGA芯片和与FPGA芯片连接的配置芯片。所述角度采集器包括正弦基准信号生成模块、角度解码模块；角度解码模块分别连接正弦基准信号生成模块和FPGA模块，正弦基准信号生成模块连接安装在平板天线的天线座上的旋转变压器。所述网络接ロ采用RCM4200卡。所述A/D转换模块包括模拟信号调理电路、多路选择器、A/D转换芯片；模拟信号调理电路将接收到的天线接收机角误差电压和AGC电压进行调理处理后，通过多路选择器选择一路模拟信号送入A/D转换芯片进行模数转换得到数字化的接收机信号送至FPGA模块。所述FPGA模块还包括与FPGA芯片连接用于完成对FPGA芯片中多组数据操作控制的D类锁存器。所述时码信号转换电路负责对外部时码器送来的时码信息解码，得到时码差分信号，时码差分信号经过差分信号接收芯片转换为5V TTL电平的时码信号，5V TTL电平的时码信号经过数字隔离芯片转换为3. 3V TTL电平的时码信号送入FPGA模块。所述保护信号采集模块负责采集平板天线的限位信号，防止意外情况下天线跑飞，所述限位信号经过光耦隔离芯片由12V转换为3. 3V送入FPGA模块。所述天线控制器和角度采集器集成在ー块控制板卡上，网络接ロ RCM4200板卡安装固定在控制板卡上，控制板卡和天线驱动器安装在天线座中。本实用新型的原理本实用新型高集成化平板天线控制装置，包括上位机(5)、网络接ロ出)、天线控制器(7)和角度采集器⑶；天线控制器(7)包括DSP模块、FPGA模块、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、时码信号转换电路、电源模块；所述网络接ロ(6)连接上位机(5)与FPGA模块，用于将天线控制器(7)生成的各种状态监控信号上报给上位机(5)，并且将上位机(5)发送的各种控制信号下发给天线控制器(7) ;A/D转换模块与接收机信号相连，用于选择一路模拟量信号进行模数转换，将得到数字化的接收机信号送至FPGA模块；角度采集器(8)包括正弦基准信号生成模块、角度解码模块，正弦基准信号生成模块产生一个幅值9V、频率400Hz的正弦基准信号送到角度解码模块和安装在平板天线的天线座(2)上的旋转变压器，安装在平板天线的天线座(2)上的旋转变压器输出天线角度正弦和角度余弦信号送到角度解码模块，角度解码模块根据天线角度正弦和角度余弦信号及正弦基准信号解算出平板天线的角度信息，并将角度信息送给FPGA模块；时码信号转换电路对外部时码器(4)送来的时码信息解码，得到时码信号送入FPGA模块中；保护信号采集模块采集到天线驱动器(I)和天线座(2)的保护信号并送给FPGA模块；FPGA模块采集平板天线角位置信号、接收机信号、时码信号、保护信号，并接收上位机(5)下发的各种控制指令，将采集到的信号和控制指令传给DSP模块；DSP模块根据接收到的信号进行天线控制模式(如手动、自动跟踪等)的选择并计算天线的指令角和天线实际角度之间的差即角误差，对角误差进行控制运算(如PI D控制运算等)，得到位置环路控制信号，并将驱动器上电或断电指令和位置环路控制信号送出去到天线驱动器(I)和角度采集器(8)；D/A转换模块用于将DSP模块输出的位置环路数字量控制信号转换为模拟量信号送至天线驱动器(I);电源模块为DSP模块提供I. 8V、3. 3V电源，为FPGA模块提供I. 2V、3. 3V电源，为正弦基准信号生成模块提供土 15V电源，井分别为A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、角度采集器(8)提供3. 3V、5V、±12V电源。本实用新型与现有技术相比的有益效果为(I)本实用新型采用DSP和FPGA结合，同时通过角度采集器等，提高数据处理能力较高，能够满足复杂控制算法的实时性要求，满足了天线跟踪精度，使得平板天线伺服控制器的集成度大大提高，适用于要求高集成度的遥测系统中。(2)本实用新型同时将天线控制器和角度采集器集成在ー块控制板卡上，网络接ロ RCM4200板卡安装固定在控制板卡上，控制板卡和天线驱动器安装在天线座中，实现了平板天线伺服控制器的高度集成化设计，减小了伺服控制系统的体积重量，应用方便，又能满足天线跟踪精度，使得平板天线伺服控制器的集成度大大提高，适用于要求高集成度的遥测系统中。(3)本实用新型通过网络接ロ实现天线控制器和上位机的信息交互，大大增加了传输距离，可以远程控制天线。(4)本实用新型将天线控制器和角度采集器集成在ー块控制板卡上，将控制板卡 和天线驱动器安装在天线座中，各个装置功能清晰明确，系统连线更简单，减小了系统体积使用方便，系统可靠性更高；且调试方便、体积小、重量轻。(5)本实用新型的适应性好，对于不同口径的自跟踪天线，仅仅需要更改一下PWM驱动器的选型，适应性好。
图I为本实用新型的系统组成框图；图2为本发明的网络通信组成及原理图；图3为本实用新型的天线控制器的组成及原理框图；图4为本实用新型的时码转换电路原理框图；图5为本实用新型的角度采集器的组成及原理框图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型包括上位机5、网络接ロ 6、天线控制器7、天线驱动器I、角度采集器8。天线控制器7的主要功能如下采集接收机信号、按键信号、时码信号、限位信号，并接收上位机5控制信号以及角度采集器8解码的角位置信号，根据这些信号选择相应的工作模式(包括手动、自动跟踪等)及控制算法(如PID控制算法等)生成控制量，控制天线驱动器I上电或断电；控制天线在各种工作模式(包括手动、自动跟踪等)下按照指令角的要求运行，从而实现对天线伺服系统的高精度控制。天线驱动器I用于接收天线控制器7位置环路控制量驱动平板天线跟踪目标。角度采集器8用于检测天线实时角位置，将天线实时角位置解码为数字信号。网络接ロ 6的RCM4200板卡与上位机5和天线控制器7相接，用于将天线控制器7生成的各种状态监控信号上报给上位机5，并且将上位机5发送的各种控制信号下发给天线控制器7。上位机5的人机交互软件界面上可以显示天线伺服控制系统的各种信息，比如系统时间、实时角度、指令角、角误差、天线工作模式、接收机误差电压、接收机锁定指示；人机交互软件也可以进行各种控制操作，比如切换天线工作模式、状态信息存盘和打印。人机交互软件中软按键管理工作模式按键和上电断电按键，按键分为方位轴按键和俯仰轴按键，每个轴的按键包含自跟踪按键、综合跟踪按键、等待按键、手动控制按键、天线驱动器I上电按键、天线驱动器I断电按键。天线控制器7和角度采集器8集成在ー块控制板卡3上，网络接ロ 6RCM4200板卡安装固定在控制板卡3上，控制板卡3和天线驱动器I安装在天线座2中。为了提高整个天线伺服控制系统的性能，天线控制器7的闭环周期设置为10ms。因此，每间隔10ms，天线控制器7读一次角度信息、接收机信息、按键信息，按键信息来自天线控制装置人机交互软件的软按键状态，以最后一次操作为准。根据按键信息，就可以确定天线的工作模式。根据天线的工作模式以及输入的各种信息，天线伺服控制器就可以计算出天线的指令角和天线实际角度之间的差，称之为角误差，然后对角误差进行PID控制运算，就可以计算出位置环路控制信号，最后将控制信号送入天线驱动器I。[0028]如图2所示，RCM4200板卡完成上位机5和天线控制器7通信的工作原理。RCM4200RabbitCore核心模块带有10/100以太网连接，板载模拟输入GPI0，以及串行flash存储器。RCM4200核心模块采用58. 98M Hz的Rabbit4000微处理器，配有DMA硬件、正交解码器、35根GPIO引线，GPIO引线至少与5根串ロ线并用，RCM4200板载8M字节的串行flash存储器，可以作为理想的远程数据存储。伺服系统工作过程中，上位机5通过网络发送至天线控制器7的控制命令等信息被RCM4200板卡接收后，存放在RCM4200板卡的串行flash中，RCM4200通过串ロ PortB将这些控制信息发送到FPGA中。同样，天线伺服系统的各种状态信息也在FPGA中打包后经过通过串ロ PortB发送至RCM4200，RCM4200接收到这些状态信息存放在内部的串行flash中，最后经过网络上报到上位机5。如图3所示，天线控制器7包括DSP模块、FPGA模块、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、时码信号转换电路、电源模块。如图3所示，A/D转换模块负责将接收到的接收机角误差电压和AGC电压转换成数字量，送给数字处理器，A/D转换模块包括模拟信号调理电路、多路选择器、A/D转换芯片；模拟信号调理电路将接收到的天线接收机角误差电压和AGC电压进行滤波，通过多路选择器选择一路模拟信号送入A/D转换芯片进行模数转换得到数字化的接收机信号送至FPGA芯片；通过16选I的多路选择芯片DG406与6路接收机信号相连，FPGA芯片控制DG406芯片的AO A3管脚可以实现任意一路模拟信号的选择。A/D转换电路选用的器件为AD1674，该芯片具有12位精度、IOus的采样速率，可以支持±5V、±10V、0 10V、0 20V的电压输入范围，FPGA芯片通过控制AD1674芯片的R/C管脚实现对A/D转换电路的使能控制。D/A转换模块负责将DSP模块输出的位置环路数字量控制信号转换为模拟量信号送至天线驱动器I。使用两片AD767分别完成方位和俯仰位置环路数字量控制信号的转换。A/D转换模块、D/A转换模块与FPGA模块的数据交互通过D类锁存器实现，D类锁存器选用芯片SN74LVTH16373，SN74LVTH16373的16位数据输入端为D端，16位数据输出端为Q端，可以通过其输出使能引脚OE和锁存使能引脚LE完成数据传输控制。模数转换时，A/D转换模块的输出数据与SN74LVTH16373的D端连接，SN74LVTH16373的Q端与FPGA芯片相连；模数转换时，FPGA输出数据与SN74LVTH16373的D端连接，SN74LVTH16373的Q端与D/A转换模块相连。FPGA模块采集平板天线角位置信号、接收机信号、按键信号、时码信号、保护信号，并接收上位机5下发的各种控制指令，将采集到的信号和控制指令传给DSP模块。FPGA模块包含FPGA芯片、配置芯片等，FPGA芯片选用EP2C20F256I8N，FPGA配置芯片为EPCS4SI8。DSP模块根据接收到的信号进行天线控制模式的选择并计算天线的指令角和天线实际角度之间的差即角误差，对角误差进行PID运算，得到位置环路控制信号，并将驱动器上电或断电指令和位置环路控制信号送出去到天线驱动器和角度采集器8，DSP模块包含DSP、JTAG仿真口和时钟电路，选用的DSP器件是TI公司的TMS320F2812，该器件I/O 口数量多。时码信号转换电路负责对时码器4送给天线伺服系统上位机5的时码信息解码。时码转换电路原理框图如图4所示，时码差分信号经过差分信号接收芯片SN65LBC173转换为5V TTL电平的时码信号，5V TTL电平的时码信号经过数字隔离芯片ADUM 1200转换为
3.3V TTL电平的时码信号送入FPGA芯片。保护信号采集模块负责采集天线的限位信号，防止意外情况下天线跑飞。限位信号经过光耦隔离芯片TLP281由12V转换为3. 3V送入FPGA芯片。如图5所示，角度采集器8包括角度解码模块、正弦基准信号生成模块。正弦基准信号生成模块负责产生一个幅值9V、频率400Hz的正弦信号，为角度采集控制器上的角度解码模块和安装在天线座2上的旋转变压器提供ー个正弦基准信号，400Hz基准信号由一个IOMHz的晶振经分频电路分频得到400Hz正弦信号，再经过0PA541进行功率放大得到。通过角度解码模块根据从天线方位旋转变压器粗极精极和俯仰旋转变压器粗极精极送出的角度正弦和角度余弦信号，以及正弦基准信号解算出天线的角度信息。角度解码芯片为AD2S83，内部包含A/D变换，解算出来的角度就是数字量，通过数据总线送给天线控制器7。电源模块为整个伺服线控制板卡3供电，输入为±18. 5V、8. 5V，可以通过电源转换芯片 LM2940-5、LM2940-12、LM2940-15、LM2990-12、LM2990-15 转换为 +5V、±12V、±15V五种电源。其中+5V电源通过TPS73HD318芯片转换为I. 8V、3. 3V电源为DSP模块供电，并通过两片PTH04070WAD芯片分别转换为I. 2V、3. 3V电源为FPGA模块供电。为正弦基准信号生成模块提供± 15V电源，为A/D转换模块提供5V、± 12V电源，为D/A转换模块提供±12V电源，保护信号采集模块提供3. 3V、5V，时码信号转换电路提供3. 3V、5V，角度解码模块提供5V、土 12V电源，为D类锁存器提供3. 3V电源。 本实用新型作为平板天线伺服系统数字控制装置的平台，提供了足够的硬件资源和先进的控制算法，减小了天线伺服控制系统的体积重量，应用方便。
权利要求1.ー种高集成化平板天线控制装置，其特征在于包括上位机(5)、网络接ロ ￠)、天线控制器(7)、天线驱动器(I)和角度采集器(8);天线控制器(7)包括DSP模块、FPGA模块、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、时码信号转换电路、电源模块；所述FPGA模块分别与DSP、网络接ロ(6)、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块、时码信号转换电路和角度采集器(8)连接；网络接ロ(6)与上位机(5)连接；电源模块分别与DSP模块、FPGA模块、A/D转换模块、D/A转换模块、保护信号采集模块和角度采集器(8)连接。
2.根据权利要求I所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述FPGA模块包括FPGA芯片和与FPGA芯片连接的配置芯片。
3.根据权利要求I所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述角度采集器(8)包括正弦基准信号生成模块、角度解码模块；角度解码模块分别连接正弦基准信号生成模块和FPGA模块，正弦基准信号生成模块连接安装在平板天线的天线座(2)上的旋转变压器。
4.根据权利要求I所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述网络接ロ(6)采用RCM4200卡。
5.根据权利要求I所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述A/D转换模块包括模拟信号调理电路、多路选择器、A/D转换芯片；模拟信号调理电路将接收到的天线接收机角误差电压和AGC电压进行调理处理后，通过多路选择器选择一路模拟信号送入A/D转换芯片进行模数转换得到数字化的接收机信号送至FPGA模块。
6.根据权利要求2所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述FPGA模块还包括与FPGA芯片连接用于完成对FPGA芯片中多组数据操作控制的D类锁存器。
7.根据权利要求I所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述时码信号转换电路将外部时码器(4)送来的时码信息解码，得到时码差分信号，时码差分信号经过差分信号接收芯片转换为5V TTL电平的时码信号，5V TTL电平的时码信号经过数字隔离芯片转换为3. 3V TTL电平的时码信号送入FPGA模块。
8.根据权利要求I所述的高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述保护信号采集模块采集平板天线(9)的限位信号，所述限位信号经过光耦隔离芯片由12V转换为3.3V送入FPGA模块。
9.根据权利要求I所述的ー种高集成化平板天线控制装置，其特征在于所述天线控制器(7)和角度采集器(8)集成在ー块控制板卡(3)上，网络接ロ(6)RCM4200板卡安装固定在控制板卡(3)上，控制板卡(3)和天线驱动器(I)安装在天线座(2)中。
专利摘要一种高集成化平板天线控制装置包括上位机、网络接口、天线控制器、天线驱动器、角度采集器；网络接口将天线控制器生成的各种状态监控信号上报给上位机，并且将上位机发送的各种控制信号下发给天线控制器，通过角度采集器采集平板天线角位置信息传给天线控制器，天线控制器同时采集接收机信号、时码信号、限位信号和上位机控制信号，在天线控制器中根据这些信号进行天线控制模式的选择和控制算法生成控制量传给天线驱动器，从而实现对天线伺服系统的控制。本实用新型具备很强的数据处理能力，实现了平板天线伺服控制器的高度集成化设计，减小了伺服控制系统的体积重量，应用方便，能满足天线跟踪精度，使得平板天线伺服控制器集成度大大提高。
文档编号H01Q3/02GK202395156SQ201120573648
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者熊卫红, 贾军, 贾建辉, 赵书阳, 马楠, 马纪军 申请人:北京遥测技术研究所