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庸俗的“动中通”和高大上的“惯导”

    作者:黄序    时间:2014年07月11日    浏览次数: 收藏
导读:想象一下开车时探脖子扭头,将视线定焦在街边姑娘身上是多么不靠谱的一件事。而“动中通”设备的使命,恰恰就是要在运动中锁定36000公里外的卫星,并实现双向通信传输功能。
    “动中通”这个最庸俗的名词,是“神奇”的移动卫星通信系统最贴切的“标签”。 “动中通”可以实现车辆、轮船或飞机等载体在运动过程中实时跟踪卫星信号,不间断传递语音、数据和图像等信息。想象一下开车时探脖子扭头,将视线定焦在街边姑娘身上是多么不靠谱的一件事。而“动中通”设备的使命,恰恰就是要在运动中锁定36000公里外的卫星,并实现双向通信传输功能。

    国外从上世纪90年代开始推广动中通系统设备,美国的Trackstar、SeaTel;以色列的RaySat、Starling;韩国KNS、Intllion等都是我们中国卫星应用大会长期关注的品牌。而我国的动中通设备近年来经过军队、公安、消防、交通等领域的实践检验更是活力迸发。如航天13所、航天新世纪、中电54所、星网卫通、爱科迪公司等,都已经拥有了与外资品牌抗衡的实力。
 
    “动中通”由自动跟踪系统和通信系统两部分组成。在运动过程中,天线的姿态、方位和位置不断发生变化,导致卫星天线偏离卫星指向,使通信中断。如何确保动中通天线的指向永远锁定卫星呢?
 
    央视“大裤衩”是个地标建筑,只要以它为参照物,在繁华的国贸地区你就丢不了。这是用外界参照物引导你的方法。卫星的信标信号就是参照物,扫描信标信号并锁定最大值,是动中通锁定卫星最简单的方法。简单往往意味着“经济”,用户只能在鱼和熊掌间二选一了。穿隧道钻桥梁过树荫,遮挡物阻断了卫星信号,动中通要浪费你生命中的20几秒时间来重新扫描信标信号。
 
    动中通系统要时刻精确锁定36000公里,终极解决方案还要选择惯导技术。
 
    “从门口到窗户七步,从窗户到门口七步。 走过去是七步,走回来也是七步。紧靠着一面墙壁的是一张行军床,另一面墙上钉着一块暗褐色的搁板,上面放着陶制的碗盆。”这是伏契克对自己牢房的描述。不用眼睛看,走上几步就知道自己在什么位置,这就是惯导。牢房如果是地球呢?有难度了吧。惯导技术就是解决这个难题的。
 
    惯导系统利用陀螺仪测量角速度变化,利用加速度计测量加速度变化,通过捷联解算,可以实时测量出载体姿态、速度和位置变化,通过数学平台转换,可以转换为天线的角度变化量,通过伺服机构调整天线的方位角、俯仰角和极化角,从而保证天线始终保持在跟踪卫星的有效信号范围内,即实现载体运动中实时跟踪同步卫星,这就是“动中通”的惯导技术原理。惯导系统的最大的优点是能够自主导航能力,卫星信号遮挡过程中仍然能够解算天线角度,在遮挡消失后能够立即恢复信号跟踪。用户们看不懂不用难为情,只要知道这是潜艇、轮船、飞机的标配设备,是“高大上”的技术就行了。还有一点要知道,这样的惯导产品很贵很贵,如按同等体积算,北京的房子就是白菜价,切糕算是白给。
 
    目前市场上“动中通”产品中,主要使用中高精度的激光或光纤惯导作为测量单元,在与GPS进行组合导航,跟踪精度高,至于价格嘛,你猜。因此,低成本MEMS惯导系统在“动中通”系统中的应用更有前景。MEMS惯导系统与GPS组合条件下,结合扫描卫星信标信号,再进行自修正和在线标定,另外,MEMS惯导系统本身还能作为角度传感器和速度传感器,在伺服控制系统中可以进一步提高伺服跟踪性能。这一套组合拳下来,不仅动中通的功能得到保障,价格嘛,你再猜猜。
 
    总而言之,在动中通设备的采购清单中:高精度光纤陀螺、高精度激光陀螺、高性能MEMS陀螺和加速度计;北斗/GPS接收机、导航计算机、组合导航算法软件,还没完呢,惯性测量单元IMU、垂直陀螺VG、航姿参考系统AHRS、组合导航系统GI、双天线组合导航系统DGI、寻北仪NF、定位定向系统OPS等等。
 
    用户们又晕了吧,不用计较。实际上,丑陋的惯导设备(图1、图2)用户们很难注意到。看看动中通天线的外观(图3),用户们之需要知道用起来爽就够了。
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图1、图2

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图3
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图4
 

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