卫星地球站7.3米天线伺服系统的升级改造

潘忠兰

（安徽广播电视台 卫星地球站，安徽 合肥 230022）

我站的7.3米备份天线是1997年建站时架设的，其天线的控制伺服系统已运行了10多年之久，存在显示参数不稳定和没有自动步进跟踪等诸多的缺陷，严重影响了7.3米备份天线跟踪对准卫星的精度，已难以满足转星后的安全播出工作要求。在2007年转星调整结束后，我站经过细致的研讨和周密的考量，对7.3米天线控制伺服系统进行了全面的升级改造。

1 天线伺服系统的功能

卫星发射天线伺服系统是针对卫星通信开发的天线控制系统，它是以单片机或工业计算机作为控制主机，通过自动控制单元对跟踪接收机输出的信号处理，控制电机转动，使天线自动跟踪指向卫星，从而保证卫星信号的精确定点发射和优质接收。控制系统应具有界面友好、操作简便、可靠性高等优点。

2 原7.3米伺服系统所存在的问题和不足

我卫星站1997年建站初安装的7.3天线伺服系统是由电子工业部三十九所提供的，该系统在多年的使用后，我站感到存在以下几方面的缺陷和不足：

2.1 遥控界面显示不够准确

原系统自动控制单元的操作界面显示的天线实时的俯仰角和方位角等参数值准确度不够，显示数据常常在较大范围内来回跳动，不能精确并稳定地显示出当前天线系统的相关参数，从而影响技术人员的判断和操作。

2.2 缺少本控操作的配置

原系统可通过自动控制单元对天线进行遥控驱动，而自动控制单元安装在播控机房，对于天线的日常监控和校准操作来说是十分方便的，但如果遇到恶劣天气或检修维护天线需大范围转动天线时，若能直接在天线旁边直观地控制和驱动天线则更为有利，曾经就有一卫星站在遥控转动天线时因无法直接看到天线的转动情况导致转过硬限位出现轴杠脱落的事故。

2.3 无自动步进跟踪功能，天线无法精确对准卫星

由于没有自动步进跟踪功能，每天对天线进行对准卫星操作时，值班人员需要一方面眼睛盯住信标机，时刻注意天线信标的变化，一方面要手动控制天线的方位、俯仰遥控开关。受人的大脑和手的反应速度限制，无法使天线的主瓣波束精确对准卫星。

2.4 受单速电机控制限制，遥控跟踪精度较低

原伺服系统的电机只能慢速进行方位和俯仰角度的调整，技术人员是通过室内自动控制单元来驱动天线转动，在跟踪精度上不易掌握，经常产生过冲，为了保证高质量的图象和声音的播出，技术人员必须经过反复关启驱动电机。每当遇到恶劣天气或检修维护天线需大范围转动天线时，受单速电机限制，此项工作令技术人员更加费时又费力。

3 升级改造后的7.3米饲服系统主要特点

针对老的伺服系统上述的缺陷，我站技术人员在充分调研和分析的基础上，于2007年11月底～12月初，对7.3米天线伺服系统升级改造。

我们选择的新天线伺服系统是美国GLOBECOM公司的7200系列饲服系统。它由室内控制单元（见图3）和室外伺服驱动单元（见图1）组成。通过可编程终端显示的文字提示进行操作。交流伺服控制器驱动天线机构上的交流异步电机实现精确的位置、速度控制，以实现天线的方位、俯仰和极化的角度调整。安装在电机上的编码器不仅为交流伺服控制提供反馈信息，而且为室内控制单元提供天线的方位、俯仰信息，经数据处理后用于控制和显示角度（见图2）。

图1 驱动箱装置

该天线伺服系统具有以下优点：

3.1 界面直观、显示菜单齐全，方便操作

图2 7200型天线控制系统方框图

改进后操作界面直观（图7200天线控制单元前面板），可以很精确的显示天线的实时方位、俯仰和告警等参数，方便值班人员很快的锁定目标和发现问题。该菜单系统提供了如何进入7200天线控制系统所有功能的途径，以及包括系统方式的结构。另外易于理解的在线帮助功能，只要按下在前面板上的帮助键（HELP）即可知道详细注解。为了清楚起见，所有的菜单项都以黑体字出现，用该键盘上的箭头键在主菜单条上移动，选中某一菜单项，按下回车键（ENTER）确认，被选定项的内容将出现在显示屏上。如果需要操作该菜单项，必须再次确定，方可动作。方便了技术人员的调试，同时确保了系统的安全可靠性。

图3 7200天线控制单元前面板

3.2 可进行遥控、手动、本控

该遥控、手控室内控制单元安装在播控机房，对于天线的日常监控和校准操作来说十分方便。本控单元安装在室外（楼顶7.3米天线附近），一旦遇到恶劣天气或检修维护天线需大范围转动天线时，能直接在天线旁边直观地控制和驱动天线。

3.3 变速电机控制灵活，步进跟踪精度高

新系统采用的是交流（AC）感应式异步电动机伺服系统。交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要由两大类：永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固、制造容易、价格低廉，可以在温度、湿度变化很大的露天中使用，能够免维护的正常运行。通过本电机控制系统快速和慢速两种方式，方便地进行天线的方位、俯仰等的角度调整。该系统还具有步进跟踪功能，天线的各角度能有非常高的控制精度。在主菜单里选择跟踪方式菜单后再选择立即跟踪后执行步进跟踪子菜单，这个菜单包含了步进跟踪的参数（方位、俯仰及步进值），步进跟踪很快的确定跟踪目标。在步进跟踪模式中跟踪精度优于3dB，接受波束宽度的10%（RMS精度）。

4 升级改造后的7.3米饲服系统效果

升级改造后的系统使天线定位控制精度更高、操作更方便。天线处于任何位置时，可通过室内操作面板及室外控制箱根据基准可选连续可变转速控制器，对天线位置进行控制。天线状态、天线位置出现异常时在室内控制单元面板上有文字提示，方便技术人员及时调整天线和发现问题。伺服系统升级改造的顺利完成，为地球站安全播出工作提供了更加可靠的保障。