海事天線追蹤低軌道衛星與控制單元開發

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：35

、訪客IP：18.226.104.222

姓名

林彥夫(Yen-Fu Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學研究所

論文名稱

海事天線追蹤低軌道衛星與控制單元開發
(Tracking algorithm development of Maritime Antenna Control Unit for low earth orbit satellites)

相關論文

★ 動態視星等之星象辨識演算法	★ 太空電漿探針系統
★ 太空離子探測系統	★ 微衛星離子探測系統
★ 電子溫度儀在太空電漿模擬艙之量測	★ 先進電離層探測儀之機構設計與分析
★ 先進電離層探測儀離子流向推導與校正	★ 探空火箭姿態計
★ 先進電離層探測儀地面電子測試設備	★ 熱真空測試系統
★ 太空電漿模擬艙自動化監控系統	★ 數位式探空火箭姿態量測模組
★ 先進電離層探測儀整合測試系統	★ 先進電離層探測儀數位控制單元之研製
★ 探空十號火箭的姿態重建與分析	★ 先進電離層雙生儀地面電子測試設備

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

追蹤低軌衛星之海事天線會面臨許多問題，本研究中主要探討如何克服低軌衛星通過海面接收站的短時間限制、衛星通過造成的指向變化限制，並且有效進行最大訊號追蹤同時克服海面晃動的所要計算的姿態補償。研究主要開發給海事天線的天線控制單元(Antenna Control Unit, ACU)，其利用SGP4衛星軌道推算器去計算衛星在ECI座標下的衛星位置，在利用高精度的ECI到ECEF座標轉換將衛星位置以ECEF座標表示，再將接收站的位置座標透過GPS得到經緯高度並將衛星從ECEF座標轉換到ENU座標。透過三軸座標與球座標的關係，將從接收站到目標衛星的指向換算成天線馬達轉動的指令。本次研究使用三軸天線進行追蹤模擬，並且使用陀螺儀、加速計、磁力計所構成的姿態辨識儀對海面晃動造成的姿態變化進行量測，姿態變化造成的指向差異會透過三軸角度計算回饋至馬達的角度指令。本次研究主要研究於軌道推算、姿態感測以及三軸馬達指令的相關研究，而對於天線機構會建立簡易的三軸機構進行模擬，而海面晃動也會根據海面晃動規格利用氣動桌與提供晃動動力的電動缸和馬達來建立驗證平台。研究實驗主要是將研究設計的整體的天線馬達角度演算器利用簡易機構與驗證平台來驗證其演算法。

摘要(英)

Maritime antenna for low orbit satellites will face lots of difficulties. This research mainly discussed how to overcome the time limit of the pass of low orbit satellites by a terminal, and the variation of pointing limit. Evermore, the research committed to maximum signal strength tracking and attitude compensation causing by ocean waves. The research developed Maritime Antenna Control Unit. It uses SGP4 satellite propagator to calculate the position of satellites in ECI coordinate. And get satellite in ECEF coordinate by using high precise ECI to ECEF coordinate transfer. It uses GPS to get the LLA of the terminal and get satellite in ENU coordinate by the LLA. Through the relation of 3-axis coordinate and spherical coordinate, it could transfer the 3-axis pointing direction to the motor rotating commands. The research made use of 3-axis maritime antenna in order to simulation satellite tracking. And it used ASM composed of gyroscopes, magnetometers and accelerometers to measure attitude variation causing by ocean waves. And the difference of pointing direction would be calculated toward 3-axis angle for motor commands. This research mainly committed to studying satellites orbit algorithm, attitude measurement and 3-axis maritime antenna motor commands. For 3-axis maritime antenna model, the group of research built a simple model with 3-axis motor structure instead of real one. Moreover, we build the verification platform which is composed of air bearing and motors for dynamics to simulate ocean waves. The experiment main purpose is to verify the satellite tracking algorithm by using the simple antenna model and verification platform.

關鍵字(中)

★ 天線機構
★ 姿態控制
★ 馬達角度運算

關鍵字(英)

★ ACU

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
一. 緒論 1
二. 追星系統 4
2.1 衛星軌道參數 4
2.2 TLE 4
2.3 天線運動模型 6
三. 程式模擬 11
3.1 軌道推算 11
3.2 ECEF座標轉換 14
3.3 ENU 14
3.4 海面晃動 15
3.5 馬達角度運算 15
3.6 馬達運動模擬 16
3.7 模擬結果 16
四. 控制單元和其他原件規格與應用 19
4.1 G-mouse 19
4.2 Aspectmeter 20
4.3 雷射標示器與相機 21
4.4 伺服馬達 23
4.5 旋轉平台 24
4.6 馬達軸卡 24
4.7 可編程電源供應器 25
4.8 Myrio 26
4.9 天線控制單元 27
五. 天線指向機構設計 28
5.1 指向機構 28
5.2 橫滾機構 29
5.3 俯仰機構 30
5.4 方位機構 31
六. 控制程式設計 34
6.1 環境參數感測 35
6.1.1 角速度擾動 35
6.1.2 經緯高度與時間 39
6.1.3 訊號模擬 41
6.2 目標角度運算 42
6.3 馬達輸出控制 48
七. 功能驗證平台設計 53
7.1 預設模擬情況 53
7.2 驗證平台與控制連桿需求 53
7.3 驗證平台設計 58
7.4 晃動模擬 67
八. 實驗結果 70
九. 結論與未來展望 85
參考文獻 86
附錄 A 88
A.1 SGP4 Matlab code： 88
A.2 ECI to ECEF Matlab code： 91
A.3 LLA to ECEF Matlab code 95
A.4 DateTime to Julian Date Matlab code 96
A.5 ECEF to ENU Matlab code: 97
附錄B 98
B.1 馬達控制LabVIEW程式 98
B.2 晃動模擬LabVIEW程式 98
B.3 角度計算LabVIEW程式 98
B.5 訊號最大追蹤LabVIEW程式 99
附錄C 103
C.1 晃動平台電動缸控制程式 103
附錄D 104
附錄E 107

參考文獻

[1] H. Riebeek, Y 究中未遇到的問題來進行改善。更加嚴重。在研究線上]. Available: https://earthobservatory.nasa.gov/features/OrbitsCatalog. [存取日期: 18 June 2021].
[2] K. S.-S. Won Mooncheol, rthobservatory.nasa.gov/features/OrbitsCatalog. [點進行Journal of Mechanical Science and Technology, pp. 473-480, 2005.
[3] Shin Yuchul, Yoon Seyoung, Seo Yongmyung, Hin Ho, Seon Jongho, Catalog. aring Advances in Space Research, 第31冊, 30 January 2015.
[4] Vallado David, Cefola Paul, eo Yongmyung, Hin Ho, Seon Jongho, Catalog. Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC, 第7冊, pp. 5812-5823, 1 January 2012.
[5] M. Nicholas, 823, 1 January 2012. stronautical Congress, IAC, Catalog.odels(SGP4) and code for NASA Johnson Space Center, orbital debris program office,” 2009.
[6] 廖啟廷, 福衛五號軌道推算軟體敏感度及飛行資料分析, 國立中央大學, 2020.
[7] S. Arend, 敏感度及飛行資料分析January 2012. stronautical Congress, IAC, Ca
[8] Okiwelu Anthony, Okwueze Emeka, Onwukwe Christian, “Evaluation of Accuracy of the Geodetic Reference Systems for the Modelling of Normal Gravity Fields of Nigeria,” Applied Physics Research, 第2冊, 19 October 2010.
[9] GISGeography, 2010. arch, meka, Onwukwe Christian, “Evaluation of Accuracy[線上]. Available: https://gisgeography.com/wgs84-world-geodetic-system/.
[10] 張瑋庭, 多功能型混合式探空火箭任務酬載 - 電離層探測儀, 國立中央大學, 2020.
[11] F. Landis Markley, John L. Crassidis, Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, Microcosm Press and Springer, 2014.
[12] Shoab Mohd, Jain Kamal, Hap M. Anul, Shashi Mesapam, Spacecraft Attitude Determination and Control, Microcosm Press and Springer, 2014. Gravity Fields of Ni
[13] B. John, d, Jain Kamal, Hap M. Anul, Shashi Mesapam, Spacecraft AttThe ANZIAM Journal, pp. 333-342, 2009.
[14] M. Landis, , 2009. al, Hap M. Anul, Shashi Mesapam, Spacecraft Attitude
[15] Wang Yunlong, Soltani Mohen, Hussain Kil Muhammand Akbar, Christensen Roald M., ination and Control, Microcosm Press and Springer,on System for Marine Satellite Tracking Antenna,” Electronics, 第7,冊編號 12, p. 398, 2018.
[16] 劉心慈, 飛鼠號立方衛星之結構次系統, 國立中央大學, 2020.

[17] Wang Chin-Chih, Wu Jia-Xiang, Yen Chao-En, Liu Pangfeng, Chen Chuen-Liang, M., ination and Control, Microcosm Pressg GPU,” 2011, pp. 419-423.

指導教授

趙吉光(Chi-Kunag Chao)

審核日期

2021-7-21

推文