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摘要
本文论述移动卫星通信天线系统的矢量控制方法，采用天线对准卫星不依赖于卫星信号，并且借助于捷联惯导系统的数字平台可以排除角运动干扰和长距离线运动干扰。为实现在赤道附近大范围地区的移动卫星通信，本文讨论了方位－俯仰与横滚－俯仰两种结构的矢量控制方法和它们的控制方程。另一台MEMS捷联惯导系统安装在天线上，给出了天线导航参数。天线信号的极值搜索法提高了跟踪精度。GPS信号用于与捷联惯导系统构成GPS/SINS组合系统以修正捷联惯导系统的误差，最后给出了移动卫星通信天线矢量控制系统方框图。欢迎同行学者参考引用该文献，并将引用情况回复微信互动，谢谢！滕云鹤. 移动卫星通信天线系统的矢量控制法［J］.兵器装备工程学报，2016(7):1-4.
TENG Yunhe. Vector Control Method of Antenna System for Mobile Satellite Communications［J］.Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(7):1-4.以下文字摘编自《兵器装备工程学报》2016年6期《移动卫星通信天线系统的矢量控制法》
本文作者：滕云鹤作者单位：清华大学作者简介：滕云鹤，教授，博士生导师，主要从事导航与自动控制研究。
本文还论述了将MEMS安装在天线上构成另一个与天线捷联的惯导系统，输出天线的导航参数和辅助控制角速度信号。此外，天线的信号场强自寻极值控制，可以使天线跟踪卫星时的误差最小；引入GPS（或北斗系统）信号构成组合导航系统，可以修正捷联惯导系统的长期积累误差。
通信卫星在地理坐标系中的矢量讨论在地球赤道平面内的同步通信卫星。在地球上任意一点Ｇ观测通信卫星时，可以用图１表示。图中：Ｒ→ ＝Ｒ→（λｓ，λ，φ，ｈ）图１ 观测点Ｇ对准卫星Ｓ时的矢量图
方位-俯仰天线的捷联矢量控制法Ｇ点的地理坐标系为OXtYtZt，Xt轴指东，Yt轴指北，Zt轴指天。天线初始位置指北，为方位角Ａ的零位，转过方位角Ａ。再从水平面起转俯仰角δ，水平面为δ的零位。天线矢量指向通信卫星，如图２所示。在地理坐标系中天线矢量的３个分量，如图３和式（３）所示图２ 方位俯仰天线结构示意图图３ 天线矢量的３个分量
横滚-俯仰天线的捷联矢量控制法图５为横滚－俯仰的天线结构简图。初始状态时，天线坐标系、载体坐标系、地理坐标系重合，天线XaYa轴在水平面内，横滚轴Yb为外环轴指北。俯仰轴Xb为内环轴指东。绕Yb的转角为β，绕Xb转角为α。天线向量垂直向上时为αβ的零位。在地理坐标系中的三个分量可以用图６与式（８）表示。图５ 横滚－俯仰控制方案的基本结构图６ 横滚－俯仰控制方案的天线坐标系
与天线捷联的惯导系统及控制方法微机械陀螺和加速度计体积很小，将MEMS安装在天线上，构成与天线捷联的惯导系统。载体坐标系为OXbYbZb。方位－俯仰结构的天线安装在载体上，初始位置时天线俯仰轴与载体横轴Xb平行，方位轴与Zb平行，天线轴可以绕方位轴和俯仰轴旋转对准卫星。安装在天线上的捷联惯导系统，建立导航坐标系OXaYaZa，给出天线姿态信号和导航信号。导航坐标系是正交坐标系。天线方位轴和Zb重合。天线对准卫星时，天线轴和Ya重合，俯仰轴和Xa重合。所以天线三轴XaYaZb不是正交坐标系，如图７所示。图７ 导航坐标系和天线坐标系之间的转换 全球移动卫星通信控制总体方框图系统具有３个闭环。系统的内环为从安装在天线上的捷联惯导系统得到角速度信号构成角速度控制，控制器１能改善系统抗角速度干扰的动态性能。安装在载体上的捷联惯导SINS通过矢量控制器给出矢量控制信号使天线稳定和跟踪卫星。圆锥扫描是一种极值闭环控制，控制器２可以使系统实现对卫星常值信号为无差系统，精密闭环跟踪卫星。系统同时也安装了GPS，GPS信号有助于初始对准，不必连续长期使用，GPS主要用于长时间工作时校准系统，提高惯导系统的性能。总体方案图如图８所示。图８ 移动卫星通信天线系统控制方框图
结论矢量控制是一个重要的概念。在移动卫星通信天线系统控制中的实际应用结果表明，矢量控制方法是成功的，天线排除干扰的性能优越，跟踪精度小于0.2度。
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