船載通信天線(xiàn)系統的抗擾亂設計

　　由于船體受海浪影響，而發(fā)生隨機性搖擺(橫搖、縱搖、偏航)會(huì )使天線(xiàn)視軸晃動(dòng)，容易造成窄波束天線(xiàn)跟蹤性能下降，甚至造成丟失目標。為準確跟蹤目標，減小載體運動(dòng)給天線(xiàn)跟蹤帶來(lái)的擾動(dòng)，需建立一套抗擾動(dòng)穩定系統，使天線(xiàn)輸出視軸隔離船體擾動(dòng)而穩定在慣性空間坐標系。保證系統的跟蹤能力和跟蹤性能的要求。

　　為了有效實(shí)現抗擾動(dòng)功能，傳統的方案上需要同時(shí)采用多模式補償，利用至少6個(gè)速率陀螺檢測船體的三維擾動(dòng)信息和天線(xiàn)主動(dòng)的旋轉信息，根據天線(xiàn)三軸(方位軸、俯仰軸、橫切軸)結構，結合前饋開(kāi)環(huán)補償和反饋閉環(huán)補償，實(shí)現對擾動(dòng)的隔離。方案設計復雜、陀螺使用量大且冗余度不夠。

　　1 船體三維擾動(dòng)對三軸天線(xiàn)視軸的影響

　　三軸天線(xiàn)系統(橫切軸C、方位軸A、俯仰軸E)，是在傳統的A-E型座架基礎上，在俯仰軸上疊加與之垂直的橫切軸，橫切軸垂直于電軸。當俯仰角E=0°時(shí)，橫切軸與方位軸重合;當俯仰角E=90°時(shí)，橫切軸與方位軸垂直。

　　當船體以角速度矢量ωz=(ωpωyωh)表示擾動(dòng)。其中：ωy為船橫搖速度，ωp為船縱搖速度，ωh為船航向速度。船搖參數的變化轉換到橫傾軸、方位軸、俯仰軸的速度分量，如圖1所示。設ωRE為船搖附加的方位速度，ωRC為船搖附加的橫傾速度，ωRE為船搖附加的俯仰速度甲板坐標系：OXc為船艏艉線(xiàn)，艏為正，OYc為垂直甲板平面，向上為正，OZc按右手規確定。

　　由圖l(a)可得：

　　當A=0°時(shí)，縱搖速度為ωp=0，只有橫搖量ωy;當A=90°時(shí)，橫搖速度為ωy=0，只有縱搖量ωp。在天線(xiàn)主動(dòng)驅動(dòng)和載體擾動(dòng)的共同作用下，天線(xiàn)各軸的總的旋轉速度為：

　　式(2)～式(4)是船體三維擾動(dòng)在天線(xiàn)三軸上的反映，伺服控制系統可以采用開(kāi)環(huán)補償消除其對天線(xiàn)跟蹤的影響。式(5)～式(7)是天線(xiàn)三軸在慣性空間總的轉動(dòng)信息，伺服控制系統可以采用閉環(huán)方式消除其對天線(xiàn)跟蹤的影響。因此，設法正確測量出這些信息，并采取合適的控制模式，抑制擾動(dòng)使天線(xiàn)快速、穩定跟蹤目標是伺服系統抗擾動(dòng)設計的核心。

　　2 抗擾動(dòng)設計

　　船搖擾動(dòng)是作為一種干擾信號引入伺服系統，穩定控制的原理就是檢測這種干擾，采取閉環(huán)或開(kāi)環(huán)方式降低或消除其影響。擾動(dòng)隔離方法主要有：速率陀螺前饋補償、速率陀螺反饋控制、復合控制等方法。由于陀螺閉環(huán)控制本質(zhì)上是誤差調整方式。陀螺測量出的是綜合擾動(dòng)信息，無(wú)法區分擾動(dòng)信息分量和隨動(dòng)信息分量。所以陀螺環(huán)路在對擾動(dòng)信息進(jìn)行抑制的同時(shí)，也對天線(xiàn)的主動(dòng)運動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)抑制，降低了系統的響應速度，同時(shí)使系統的穩定性變差。相對而言，前饋補償是開(kāi)環(huán)調整方式，測量出的就是擾動(dòng)信息，把此信息加入速度環(huán)的輸入端，使天線(xiàn)軸以與船搖相反的速度轉動(dòng)，起到補償作用。同時(shí)，由于不改變跟蹤環(huán)路的結構和參數，使系統的帶寬不受影響、環(huán)路的穩定性好。

　　2.1 補償原理

　　前饋補償的方法是使天線(xiàn)向與擾動(dòng)相反的方向轉動(dòng)，以克服擾動(dòng)的影響。依據上述三維擾動(dòng)在天線(xiàn)三軸上的反映，合理設計陀螺的安裝位置，使之感應出船搖引起的天線(xiàn)三軸相對于慣性空間的運動(dòng)速度，把這種運動(dòng)速度作為對天線(xiàn)的擾動(dòng)，加入速度環(huán)的輸入端，使天線(xiàn)軸轉動(dòng)與船搖方向相反、大小相等的速度量，起到抑制作用。