衛星地球站7.3米天線伺服系統的升級改造

潘忠蘭

（安徽廣播電視臺 衛星地球站，安徽 合肥 230022）

我站的7.3米備份天線是1997年建站時架設的，其天線的控制伺服系統已運行了10多年之久，存在顯示參數不穩定和沒有自動步進跟蹤等諸多的缺陷，嚴重影響了7.3米備份天線跟蹤對準衛星的精度，已難以滿足轉星后的安全播出工作要求。在2007年轉星調整結束后，我站經過細致的研討和周密的考量，對7.3米天線控制伺服系統進行了全面的升級改造。

1 天線伺服系統的功能

衛星發射天線伺服系統是針對衛星通信開發的天線控制系統，它是以單片機或工業計算機作為控制主機，通過自動控制單元對跟蹤接收機輸出的信號處理，控制電機轉動，使天線自動跟蹤指向衛星，從而保證衛星信號的精確定點發射和優質接收。控制系統應具有界面友好、操作簡便、可靠性高等優點。

2 原7.3米伺服系統所存在的問題和不足

我衛星站1997年建站初安裝的7.3天線伺服系統是由電子工業部三十九所提供的，該系統在多年的使用后，我站感到存在以下幾方面的缺陷和不足：

2.1 遙控界面顯示不夠準確

原系統自動控制單元的操作界面顯示的天線實時的俯仰角和方位角等參數值準確度不夠，顯示數據常常在較大范圍內來回跳動，不能精確并穩定地顯示出當前天線系統的相關參數，從而影響技術人員的判斷和操作。

2.2 缺少本控操作的配置

原系統可通過自動控制單元對天線進行遙控驅動，而自動控制單元安裝在播控機房，對于天線的日常監控和校準操作來說是十分方便的，但如果遇到惡劣天氣或檢修維護天線需大范圍轉動天線時，若能直接在天線旁邊直觀地控制和驅動天線則更為有利，曾經就有一衛星站在遙控轉動天線時因無法直接看到天線的轉動情況導致轉過硬限位出現軸杠脫落的事故。

2.3 無自動步進跟蹤功能，天線無法精確對準衛星

由于沒有自動步進跟蹤功能，每天對天線進行對準衛星操作時，值班人員需要一方面眼睛盯住信標機，時刻注意天線信標的變化，一方面要手動控制天線的方位、俯仰遙控開關。受人的大腦和手的反應速度限制，無法使天線的主瓣波束精確對準衛星。

2.4 受單速電機控制限制，遙控跟蹤精度較低

原伺服系統的電機只能慢速進行方位和俯仰角度的調整，技術人員是通過室內自動控制單元來驅動天線轉動，在跟蹤精度上不易掌握，經常產生過沖，為了保證高質量的圖象和聲音的播出，技術人員必須經過反復關啟驅動電機。每當遇到惡劣天氣或檢修維護天線需大范圍轉動天線時，受單速電機限制，此項工作令技術人員更加費時又費力。

3 升級改造后的7.3米飼服系統主要特點

針對老的伺服系統上述的缺陷，我站技術人員在充分調研和分析的基礎上，于2007年11月底～12月初，對7.3米天線伺服系統升級改造。

我們選擇的新天線伺服系統是美國GLOBECOM公司的7200系列飼服系統。它由室內控制單元（見圖3）和室外伺服驅動單元（見圖1）組成。通過可編程終端顯示的文字提示進行操作。交流伺服控制器驅動天線機構上的交流異步電機實現精確的位置、速度控制，以實現天線的方位、俯仰和極化的角度調整。安裝在電機上的編碼器不僅為交流伺服控制提供反饋信息，而且為室內控制單元提供天線的方位、俯仰信息，經數據處理后用于控制和顯示角度（見圖2）。

圖1 驅動箱裝置

該天線伺服系統具有以下優點：

3.1 界面直觀、顯示菜單齊全，方便操作

圖2 7200型天線控制系統方框圖

改進后操作界面直觀（圖7200天線控制單元前面板），可以很精確的顯示天線的實時方位、俯仰和告警等參數，方便值班人員很快的鎖定目標和發現問題。該菜單系統提供了如何進入7200天線控制系統所有功能的途徑，以及包括系統方式的結構。另外易于理解的在線幫助功能，只要按下在前面板上的幫助鍵（HELP）即可知道詳細注解。為了清楚起見，所有的菜單項都以黑體字出現，用該鍵盤上的箭頭鍵在主菜單條上移動，選中某一菜單項，按下回車鍵（ENTER）確認，被選定項的內容將出現在顯示屏上。如果需要操作該菜單項，必須再次確定，方可動作。方便了技術人員的調試，同時確保了系統的安全可靠性。

圖3 7200天線控制單元前面板

3.2 可進行遙控、手動、本控

該遙控、手控室內控制單元安裝在播控機房，對于天線的日常監控和校準操作來說十分方便。本控單元安裝在室外（樓頂7.3米天線附近），一旦遇到惡劣天氣或檢修維護天線需大范圍轉動天線時，能直接在天線旁邊直觀地控制和驅動天線。

3.3 變速電機控制靈活，步進跟蹤精度高

新系統采用的是交流（AC）感應式異步電動機伺服系統。交流伺服系統按其采用的驅動電動機的類型來分，主要由兩大類：永磁同步（SM型）電動機交流伺服系統和感應式異步（IM型）電動機交流伺服系統。感應式異步電動機交流伺服系統由于感應式異步電動機結構堅固、制造容易、價格低廉，可以在溫度、濕度變化很大的露天中使用，能夠免維護的正常運行。通過本電機控制系統快速和慢速兩種方式，方便地進行天線的方位、俯仰等的角度調整。該系統還具有步進跟蹤功能，天線的各角度能有非常高的控制精度。在主菜單里選擇跟蹤方式菜單后再選擇立即跟蹤后執行步進跟蹤子菜單，這個菜單包含了步進跟蹤的參數（方位、俯仰及步進值），步進跟蹤很快的確定跟蹤目標。在步進跟蹤模式中跟蹤精度優于3dB，接受波束寬度的10%（RMS精度）。

4 升級改造后的7.3米飼服系統效果

升級改造后的系統使天線定位控制精度更高、操作更方便。天線處于任何位置時，可通過室內操作面板及室外控制箱根據基準可選連續可變轉速控制器，對天線位置進行控制。天線狀態、天線位置出現異常時在室內控制單元面板上有文字提示，方便技術人員及時調整天線和發現問題。伺服系統升級改造的順利完成，為地球站安全播出工作提供了更加可靠的保障。