浅析Vertex7200天线控制器工作原理

摘 要：文章主要针对Vertex7200卫星上行天线控制器的组成进行介绍，并对不同的组成部分进行简要分析，对其原理进行介绍。同时分析了7200ACS调整天线的几种工作模式。最后简要介绍了其维护注意事项。

关键词：7200；天控器；地球站；卫星天线

1 概述

卫星上行主要包括节目源（节目流）、节目调制、信号上变频、功率放大、天线上星几个方面。由于大口径上行天线的半功率角小，所以需要安装天线控制器对其方位（AZ）及俯仰（EL）进行时时跟踪调整，保证其跟踪天线及时、准确，保障节目的可靠传输。Vertex7200 Antenna Control System（简称7200ACS）系列天控器由于其跟踪精度高、稳定性好、操作灵活方便，所以其在卫星天线上星控制中广泛使用。文章简单地对7200ACS的组成和工作原理进行分析，交流维护经验。

2 7200ACS构成

7200ACS是一个天线指向系统，可以手动操作也可以自动控制进行定位，它能够从一个或者多个通信卫星中接收信标信号用来定位天线。7200ACS使用微处理器技术，为其提供准确的天线定位、高可靠性和系统的灵活使用能力。7200ACS主要包括3个子系统：ACU（AntennaControlUnit；天线控制器）、ADC（Antenna Drive cabinet；驱动柜）和PFD（PositionFeedback Devices位置传感器）。

7200ACU主要由以下几个部分组成：前面板、内部控制电路、双电源接口、输入输出接口。7200ACU前面板如图1所示，包括一个8Χ4英寸的显示器和一个操作键盘，为操作控制提供一个直观、简易的操作平台。内部控制电路主要用来进行相关控制计算功能。双电源接口是保障设备的可靠运行。输入输出接口，主要功能是接收从信标机发送的信标信号和将计算后的控制信号发送至ADC用于对天线进行控制。

7200ACU使用摩托罗拉6803032位微处理器为中央处理单元（CPU），用于为ACU的控制和跟踪算法提供足够的计算能力。还包括一个专用VME CPU控制电路，包括CPU、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、总线控制电路和存储器控制电路，提供有效和可靠的系统操作。

7200ADC主要是对天线的方位、俯仰和极化进行控制的室外单元。一般ADC都放置在天线的基础上。主要包括：PMCU（便携式维修控制单元）、主变频器驱动断路器、紧急停止开关、AZ（方位）变速传动装置、EL（俯仰）变速传动装置、24VDC电源、POL（极化）控制电路（三轴和四轴系统）。

便携式维修控制单元允许操作人员手动控制天线，主断路器控制驱动电机的电源、限位开关和驱动柜电源。24V直流电源为驱动柜中的电路板提供供电保障。

7200ADC可以从ACU或者便携维修控制单元接收控制指令，在24VDC的保障下执行驱动指令和联锁功能。在AZ和EL轴安装的是三相感应齿轮电机，标准规格的电机可基于驱动柜提供的208V或380V-415V伏三相输入。

位置传感器俗称玄变，在控制天线时起着重要作用，它反映着天线姿态的时时信息，将信息传送至ACU用以对天线方位、俯仰和极化值显示和控制。它的精度决定天线的跟踪精度。

3 7200ACS操作模式

7200ACS提供了多种操作模式，包括手动控制，ACU手动控制模式，“传统的”steptrack模式（步进跟踪模式）以及OPT（Orbit Prediction Tracking；轨道预测）模式。

手动控制是使用传动柜提供得PMCU操作手柄，主要是便于维护天线。设置位于维护/遥控开关继电器面板维护模式，要在系统上执行维护允许。因此，此开关在维护位置，ACU不能远程控制。当驱动柜打开远程开关时，ACU系统远程控制天线，PMCU无法操作。

ACU手动控制是通过操作ACU键盘，选择手动操作天线模式，对天线进行手动微调，主要用于恶劣天气时天线需要进行手动跟踪卫星时使用。手动微调首先需要执行最低调整速度，手动调整角度按照ACU显示的最小可调角度调整，保证天线的对星准确。手动控制还可以根据对星角度，提前设定好方位、俯仰和极化，使天线快速跟踪目标，接近目标时改用低速调整。这种可以进行快速对星和换星。

Steptrack模式根据ACU跟踪信号的强度提供天线最大的自动周期性定位。7200 ACU利用顶点自适应Steptrack（AST）算法来执行。AST采用备用AZ和EL基于之间的数学关系的峰值运算改变在接收信号电平与在角天线位置的给定变化，决定各轴（方位、俯仰）的初始的步长值，然后根据信号强度之前和之后的变化情况，确定校正的大小和方向。一旦接收信标最大值方向确定，立即控制天线移动。在用户自定义的时间间隔进行，或者当接收信号电平下降到低于用户设定的阈值时，Steptrack模式开始寻找信标最大值。

由轨道力学和误差分析技术相结合的OPT模式提供很好的短期和长期的卫星定位能力。OPT是使用的7200 ACS根据卫星之前的运动来预测卫星未来位置的算法。这个原理是，如果航天器的位置、速度，以及所有作用于它的力量是已知的，其位置可以在将来任何时间进行预测。轨道力学用于提供卫星的和地球表面的模型运动。建模和误差分析需要定点收集Steptrack数据操作，结合所引起的卫星轨道参数和系统误差机械结构，其提供最佳数据。轨道参数和系统误差然后通过轨道力学反馈模型来确定一段时间后的天线的方位及俯仰角度。

4 维护方面

7200ACS主要分为两个部分，室内ACU部分和室外ADC部分。ACU的工作环境要求较高，一般室温要求23-25℃，湿度中度。室外ADC部分主要是定期除尘和防水检查，定期巡视工作状态是否正常。

7200ACV的后面进风口安装一个滤尘海绵，一般工作环境较好可以每6个月清洗一次，如果环境中尘土较多则增加清洗频次，至少每月一次。电池应该每年进行一次测试，发现电池电压小于2.8VDC时应及时更换。

5 结束语

天线控制器关系到天线的对星准确度，决定着天线信号的馈送质量，是一个关键设备，弄清楚原理和维护要点对保障信号的发射有重要意义。