PDF《新型船载气象卫星接收 系统》

3 个 旋转轴 组成.方位 轴 与甲板垂 直,在3个轴的最外 层,俯仰轴和 交叉 轴随 方位 轴在水 平面 运动,俯仰 轴与方位 轴垂直,交叉 轴在3个轴的最里层 , 与俯 仰轴垂 直,当俯 仰 角为 零度时,交叉 轴与方位轴 重合.3个轴均由步 进 电机 驱动,通过 减速齿轮和 齿带 驱动天 线轴 运动 , 保证驱 动与被 驱 动轴之 间无 任何 滑动.驱动电机 选 用的步 进 电机 , 该平 台没 有角度 传感 器,利用步进 电机 的角 度 步进 可 控特 性,通过计 算机内部 计数确定 当前 角位 置,3个轴均 安装 有光电开关 , 初始化复位 时,光电开 关反馈确定3个轴的机械零 位,从而 最大 限度 地 降低成本 . 三轴伺 服机 构,采用了混 合装架 的跟踪 系统 . Y 装架 形式各 自的优点 . . 一 月装架 的跟踪 系统 由方位轴 和俯 仰 轴组 成,其坐 标如 图1所示 . 方位角a为天线指 向与 正北的夹角 , 顺 时针为正 , 俯仰 角 月为接收站 和卫 星之间的连 线与水平面的夹角,向上 为正.该系统使用 最广泛 的跟 踪系统,在跟 踪静止卫 星 时不 存 在任何 问题 . 在跟 踪极 轨卫 星时,若低 仰角 时,则方位 轴跟 踪平稳.但卫 星过 顶时,则要求方位瞬时掉 转1800,对方位轴 有一个 极大 的过载要 求,要求方 位变 化 的速 度和 加速度 在数学 意义 上 是无 穷大,所以实现 困难 , 极 容易发 生卫星过 顶丢线问 混 合装 架实 际上是选 择了.一月装架 和x-天顶 北S(卫 星)O(接收站 ) 图1.一月和 X 一Y坐标的定 义图题,在隔离船 的航 向变化 时,方位 轴和 航 向变 化同 轴,隔离 船 的航 向变 化时 , 方位轴 和航 向变化 同轴 , 隔离 效果 很好 ;

在 隔离 船摇 时,由于船纵 摇,横摇 与方位轴垂直 , 则在 高仰角 与卫星 过顶 有同样 的 问题 . X 一Y装架 的跟 踪系统 由两个 十字 交叉轴 组成,其坐标 定 义如 图1所示.当天 线指向天 顶时 , X =

0 o ;

指 向偏 东为正 , 偏西 为负.指向正东 X 二900,指向正 西X=一900.当天 线指向与东西 平 面重合 时,Y=0o,指向偏北 为正 , 指 向偏 南为负;

指向地 平 线正 北时Y二900,指向正 南时 Y = 一90'

..一月与 x 一Y之间的坐标 变换关 系 如下 : } 二一s'

n一:{ s m x c o s , : C .・ '

, '

P 一5111 、c

0 5 x c O

5 y 八(1 ) 海 洋学 报22卷sin a 八g 月)eosaCos月),(了.、(2 ) 当卫 星过 顶时,仰角月=

9 了,方位角.二0o从变化到1800,则方位轴 有一个极 大 的过 载需求.所以在卫 星 过顶 时容 易丢 线,而在X一Y轴装架 由式 (2 ) 的计 算从 X = 『 , Y 二0o变化为X=0o,Y=0o,显然对 x 一Y装架 形式 的跟 踪 系统的速 度 和要求 比.一月装 架要 小得 多,所以在高 仰角时尤其 是卫 星过顶 时 显示 出X一Y装架 的优 势.相反 在低 仰角 时X一Y装架 的过 载需求比.一月装 架要高 得多,所以在 低仰 角时容 易丢 线.如当俯 仰角 月=

10 0 , . 二0o变化为

10 0 时,由式 (

2 )推出X=0o,Y=80.变化 为X=450,Y二760时,显然x一Y装架的形式 比.一月形式 的跟 踪速 度和 加速 度 的需求 要大 得多 , 即X一Y装架 在卫 星轨道 低仰 角易丢 线.综合 上述 两种 装架 的跟 踪系 统 的优缺 点:.一月装 架的 系统跟 踪极轨 卫星 时,当轨道 低仰 角 时没有 间题 , 但在 高仰 角尤 其是 过顶 轨道 , 会跟 不 上卫 星,接收的卫星 云 图容 易在 过 顶时 丢线.相反X一Y装架 在低 仰 角时收 不到 图,而在高 仰角 时不容 易丢线 . 本 系统采 用.一月和 x 一Y混合 装架 , 其效果 使两 者之 间将存在 的不足相 互 弥补 . 在混合 装架 中有 方位 轴.和俯仰轴 p 以及 交叉轴 , 交 叉轴起 到 的作用就是 x 一Y装架 的作用 . 利用 该 系统接收极 轨卫 星,增加了接 收 范围 , 提高了云 图的 质量 , 既可以在低 仰 角就 开始 收图,又能保证在 高仰 角时 不丢线 保证 云 图的质量 . 当在 海面状 况无干 扰 的情况 下,可以由仰 角0o(地 平线 )开始接 收到图,并且过 顶 不丢 线,云图的 质量 非 常好 . 如1997年12月14日在 南极 考察 的 雪龙 号船 上收 到过