穩(wěn)定平臺(tái)是用來使被穩(wěn)定對(duì)象(如瞄準(zhǔn)具鏡頭、火炮炮身、雷達(dá)天線等)相對(duì)某方位保持穩(wěn)定的裝置。其特有的功能是隔離被穩(wěn)定對(duì)象安裝基座的角運(yùn)動(dòng)，使其不受影響。主要特征是廣泛采用陀螺作為角運(yùn)動(dòng)敏感元件，所采用的技術(shù)手段歸于慣性技術(shù)研究范疇。
　　車載衛(wèi)星天線穩(wěn)定系統(tǒng)要求車輛在移動(dòng)中接收衛(wèi)星信號(hào)，其核心問題是解決如何在車輛運(yùn)動(dòng)顛簸的情況下，保持天線波束指向不變的問題，即波束穩(wěn)定問題。本系統(tǒng)是一種典型的兩軸瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定系統(tǒng)，穩(wěn)定原理是在天線俯仰軸上安裝兩個(gè)敏感軸相互垂直的陀螺，區(qū)分敏感天線在方位和俯仰方向上相對(duì)于慣性空間的運(yùn)動(dòng)，并將此信號(hào)作為速度反饋，以此實(shí)現(xiàn)回路穩(wěn)定^[1]。
　　在跟蹤過程中，由于各種誤差，尤其是陀螺長期漂移的影響，隨著時(shí)間的推移，天線對(duì)衛(wèi)星的指向難免會(huì)偏離，造成衛(wèi)星信號(hào)的丟失，即僅靠陀螺自身閉環(huán)無法滿足衛(wèi)星接收對(duì)跟蹤精度的要求，必須建立一個(gè)良好的誤差補(bǔ)償機(jī)制。筆者選擇“陀螺閉環(huán)穩(wěn)定+電平跟蹤”方案，在陀螺穩(wěn)定的基礎(chǔ)上配以電平信號(hào)跟蹤環(huán)，即在跟蹤的同時(shí)監(jiān)控電平信號(hào)，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度輔以掃描，對(duì)天線指向給予相應(yīng)的調(diào)整。方案控制方框圖如圖1所示。

1 各種掃描方式的比較
1.1 固定點(diǎn)的掃描方式
　　本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過三種平面電平掃描軌跡：正方形掃描、圓形掃描和漸開線掃描，如圖2所示。由于等分粗糙，步距過大，這幾種掃描方式均不成功，常找錯(cuò)方向，得不到理想的信號(hào)最大" title="最大">最大值位置。

1.2 平面的機(jī)械圓跟蹤掃描^[2]
　　天線的方位和俯仰角分別按照正弦及余弦關(guān)系運(yùn)動(dòng)構(gòu)成連續(xù)的圓軌跡，如圖3所示。將圓軌跡256等分，以A為圓心掃描，采集各步信號(hào)大小。確認(rèn)信號(hào)在A→B方向最大后，求出" title="求出">求出方位、俯仰分量，使圓心移到B點(diǎn)，繼續(xù)掃描。當(dāng)達(dá)到信號(hào)允許值后，中斷掃描轉(zhuǎn)入最大信號(hào)跟蹤過程。跟蹤誤差大小主要取決于圓錐掃描角、直流信號(hào)的斜率及傳動(dòng)系統(tǒng)的精度。

1.3 三維空間圓錐掃描軌跡
　　已知極化軸的初始方位角" title="方位角">方位角和俯仰角，以此位置為中心線，極化軸頂點(diǎn)圍繞它以任意半徑走出圓形軌跡，在立體空間內(nèi)形成一個(gè)圓錐形狀，圓形軌跡為圓錐底面，如圖4所示。在一個(gè)圓上等分多步，掃描采集各步信號(hào)大小，一周后根據(jù)信號(hào)最大點(diǎn)強(qiáng)度決定下一步的掃描動(dòng)作，擴(kuò)大掃描半徑或移動(dòng)極化軸繼續(xù)掃描。這種掃描方式的典型特點(diǎn)是在三維空間形成圓錐軌跡，可以在慣性空間內(nèi)找到真正信號(hào)最大點(diǎn)。筆者最終選擇這種掃描方式。

2 圓錐掃描方式的誤差補(bǔ)償算法
2.1 規(guī)劃圓錐掃描軌跡
　　對(duì)于方位—俯仰型兩軸穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)，控制的本質(zhì)是對(duì)方位電機(jī)和俯仰電機(jī)角度的控制。圓錐掃描算法的第一步是從空間解析幾何的角度，規(guī)劃極化軸在慣性空間內(nèi)走出圓錐軌跡，求出圓錐底面圓上任意位置的方位角和俯仰角。
2.1.1 初始條件
　　L為極化軸長度；初始方位角為0；θ₀為初始點(diǎn)的俯仰角；β₀為圓錐搜索角；Z為方位軸；Y為俯仰軸。
2.1.2 假設(shè)條件
　　設(shè)b為搜索步距角，即每一步走的角度，i步后a=i×b，0≤a≤360°。搜索開始，極化軸上抬β₀，即方位角不變，俯仰角增加β₀，極化軸頂點(diǎn)從O₁點(diǎn)到A點(diǎn)。然后做圓錐運(yùn)動(dòng)，極化軸頂點(diǎn)軌跡是一圓周，如圖5所示。掃描半徑r=L×sin(β₀)，β₁=θ₀+β₀，B為圓周過程中任一點(diǎn)。

2.1.3 求解結(jié)果
　　俯仰角：
　　
2.2 Matlab驗(yàn)證圓錐掃描軌跡
根據(jù)已知求出圓周上各點(diǎn)(即極化軸頂點(diǎn))的方位角和俯仰角，在立體空間做出圖形，如圖4所示。初始俯仰角30°，方位角0°，錐角5°，每周360個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)方位角、俯仰角及各點(diǎn)到原點(diǎn)和初始位置極化軸定點(diǎn)的距離如圖6所示。顯然，圓錐軌跡規(guī)劃正確，根據(jù)算得方位、俯仰角可以在三維空間得到圓錐軌跡。
2.3 實(shí)際系統(tǒng)圓錐掃描軌跡驗(yàn)證
　　理論和仿真服務(wù)于實(shí)際，希望確保極化軸在慣性空間真實(shí)能走出圓錐軌跡。規(guī)劃圓錐軌跡，通過運(yùn)動(dòng)控制器控制電機(jī)動(dòng)作，位置模式保證每點(diǎn)位置，記錄每步方位、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)值。如圖7所示為旋變后得到的軌跡與理想軌跡的比較(已在三維空間旋轉(zhuǎn))。從圖形可以清楚地看出實(shí)際方位、俯仰電機(jī)所走位置與理想圓錐軌跡相差無幾。

3 圓錐掃描在靜止間初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用
　　在車載衛(wèi)星天線穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)入移動(dòng)跟蹤之前，首先要求在靜止間準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，接收到良好的電視信號(hào)。由于數(shù)字羅盤自身的精度，以及方位、俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器和數(shù)字羅盤的安裝誤差帶來的影響，經(jīng)過數(shù)字羅盤測得的車體姿態(tài)換算成天線的指向角往往與實(shí)際指向角存在一定的偏差。為了準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，使天線在初始對(duì)準(zhǔn)角周圍進(jìn)行圓錐掃描，同時(shí)記錄每個(gè)位置的電平電壓值，從中選定信號(hào)最好的位置，然后驅(qū)動(dòng)天線指向此位置。
　　靜止間圓錐掃描的基本思路是：采用較大步距、較大范圍的粗掃描；發(fā)現(xiàn)電視信號(hào)以后，馬上停止鎖定該位置；進(jìn)行較小半徑、較小范圍的掃描，直到確定最佳信號(hào)位置。
4 移動(dòng)跟蹤中“跟蹤+掃描”的控制方式
　　車載衛(wèi)星天線穩(wěn)定系統(tǒng)移動(dòng)跟蹤間的圓錐掃描問題集中在三個(gè)方面：(1)穩(wěn)定性。速率陀螺HORIZON所能感應(yīng)到的速率自身有一定的限制，這要求固定頻率下掃描步距不能太大。(2)方向性。圓錐掃描要求保證得到正確的最大值方向，并且盡可能直接指向信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)的最優(yōu)化方向。(3)遞進(jìn)性^[3]。當(dāng)信號(hào)丟失時(shí)，掃描一周仍然沒有信號(hào)，要求增大掃描半徑繼續(xù)掃描。掃描一周得到一個(gè)最大值方向，但不是信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)，要求以新位置為圓心繼續(xù)掃描。
　　移動(dòng)跟蹤中的圓錐掃描方案如圖8所示。