海事天線軌道推算器與控制單元最佳化

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姓名

方子涵(Tzu-Han Fang) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學與工程學系

論文名稱

海事天線軌道推算器與控制單元最佳化
(Optimization of Antenna Control Unit)

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摘要(中)

海事天線為船舶和衛星之間提供通訊，然而與陸地上的地面站不同的是海洋的動態環境會對海事天線的指向性產生影響，導致信號衰減和通訊中斷，為了應對這些挑戰，本研究旨在最佳化海事天線的天線控制單元(Antenna Control Unit, ACU)演算法開發，使其能夠克服海面晃動後的姿態補償，並輸出方位角、俯仰角與橫滾角符合天線的機構設定，以達到更有效率且更精準的追蹤。演算法使用C語言撰寫，因其具有效率高、移植性高並且能夠即時處理計算需求。本研究仍有一些侷限性，未來可以在實際海上進行測試，驗證研究成果的實際應用效果，並針對不同類型和場景優化算法和控制方法。

摘要(英)

Maritime antennas provide communication between ships and satellites. However, unlike terrestrial ground stations, the dynamic environment of the ocean affects the directionality of maritime antennas, leading to signal attenuation and communication interruptions. To address these challenges, this study aims to optimize the algorithm development of the Antenna Control Unit (ACU) for maritime antennas. The goal is to compensate for the attitude changes caused by sea movements and ensure that the azimuth, elevation, and roll angles conform to the antenna′s mechanical settings, achieving more efficient and precise tracking.
The algorithm is written in C language due to its high efficiency, portability, and ability to handle real-time computational demands. Although this study has certain limitations, future work can involve testing the results in actual sea conditions to validate the practical application of the research outcomes. Additionally, the algorithm and control methods can be optimized for different types and scenarios.

關鍵字(中)

★ 姿態控制
★ 馬達角度運算
★ 低軌衛星追蹤
★ 衛星鏈路

關鍵字(英)

★ ACU
★ Inter-satellite links

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 vii
一、緒論 1
1.1 研究動機 1
1.1.1 研究背景與研究之重要性 2
二、海事天線架構與組成 3
2.1 追星系統 3
2.1.1 衛星軌道參數 5
2.1.2 Two Line Element (TLE) 6
2.2 軌道推算 7
三、研究方法 8
3.1 流程 8
3.2 AER2CL 9
3.3 CrtoEL 10
3.4 AER degree modify 11
3.5 LimitCR 12
3.6 軌道推算器 UML狀態機 12
3.7 操作運營分析 15
3.7.1 場景解析 15
3.7.2 天線與多衛星通訊的優化與管理 17
3.8 STK 19
四、使用者介面設計與開發 23
4.1 GUI介面開發 23
4.2 設計架構規劃 24
4.3 設計功能規劃 24
4.4 程式設計 31
4.4.1 資料庫 31
4.4.2 TLE_manager 33
4.4.3 動態連結函式庫 34
4.5 控制程式 34
五、衛星間鏈路 (Inter-Satellite Links) 36
5.1 研究問題 36
5.2 研究方法 38
六、實驗結果 39
6.1 演算法驗證 39
6.2 演算法驗證結果 41
6.3 衛星鏈路結果 42
6.4 衛星鏈路驗證結果 45
七、結論與討論 46
7.1 結論 46
八、參考文獻 47
九、附錄 49

參考文獻

[1] S. K., Modelling and stabilization of a three-axis ship-mounted mobile antenna 於 Journal of Engineering for the Maritime Environment, 2016.
[2] 林彥夫, “海事天線追蹤低軌道衛星與控制單元開發國立中央大學, 2021.
[3] 許源顯, “海事天線軌道推算器演算法開發 2022.
[4] Halil ErsinSoken, ChingizHajiyev, Shin-ichiroSakai, Robust Kalman filtering for small satellite attitude estimation in the presence of measurement European Journal of Control, pp. 64-72, 22 12 2013.
[5] Luke W. Renegar and Brian C. Gunter, Optical Satellite Orbit Determination from 於 Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30363.
[6] 嚴國維, “氣候變遷對中西太平洋島國正鰹漁場及漁獲量潛能影響, 2020.
[7] Haojie Zhang, Di Ren and Fanghua Jiang, A Beam Search-Based Channel Allocation Method for Interference Mitigation of NGSO Satellites with Multi-Beam aerospace, 2022.
[8] J. Pelton, Satellite Communications Overview. In: Pelton, J.N., Madry, S., Camacho-Lara, S. (eds) Handbook of Satellite Applications., New York, NY.: Springer, 2013.
[9] Minglei Tong, Song Li, Xiaoxiang Wang and Peng Wei, Inter-Satellite Cooperative Offloading Decision and Resource Allocation in Mobile Edge 48 Computing-Enabled Satellite Terrestrial Sensors, pp. 23(2), 668, 6 January 2023.
[10] Quan Chen, Giovanni Giambene, Senior Member, IEEE, Lei Yang, Chengguang Fan, and Xiaoqian Chen, Analysis of Inter-Satellite Link Paths for LEO Mega-Constellation IEEE, 2021.

指導教授

趙吉光

審核日期

2024-8-15

推文