摘  要： 微波濕度計(jì)的工作周期完全由天線掃描周期決定，系統(tǒng)根據(jù)天線角編碼信息,，按照既定時序完成對地觀測數(shù)據(jù),、熱源及冷空的定標(biāo)參數(shù)的采集,。天線的掃描模式分為變速掃描,、勻速掃描和定點(diǎn)觀測三種。三種工作模式需通過地面數(shù)據(jù)注入控制切換,，數(shù)控單元解析后由天線掃描驅(qū)動控制電路將模式控制指令發(fā)送至天線驅(qū)動控制模塊（MCDE）,，最終由掃描機(jī)構(gòu)執(zhí)行。著重介紹數(shù)控單元如何根據(jù)地面注入指令控制天線掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作模式,，同時通過讀取天線輔助參數(shù),，根據(jù)天線角編碼信息所對應(yīng)的時序完成科學(xué)數(shù)據(jù)的采集。
關(guān)鍵詞： 風(fēng)云三號,；微波濕度計(jì),；天線驅(qū)動控制；LVDS

　風(fēng)云三號衛(wèi)星微波濕度計(jì)用于全天時,、全天候地觀測全球大氣濕度的垂直分布,、水汽含量和降雨量等空間氣象資料，在大氣探測中具有重要作用,。
風(fēng)云三號衛(wèi)星微波濕度計(jì)由3個單元組成,，即：接收機(jī)單元、數(shù)控單元和電源單元,。其中,，接收機(jī)單元由天線與饋電網(wǎng)絡(luò)、接收機(jī)前端,、中低頻接收機(jī),、熱輻射定標(biāo)源、掃描機(jī)構(gòu)、天線驅(qū)動控制模塊等部分組成,；數(shù)控單元包括微處理器模塊,、接收機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集模塊、電源控制模塊以及總線通信模塊4部分,。
本文著重介紹數(shù)控單元如何根據(jù)地面注入指令控制天線掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作模式,，同時通過讀取天線輔助參數(shù)，根據(jù)天線角編碼信息所對應(yīng)的時序完成科學(xué)數(shù)據(jù)的采集,。此部分的主要功能如下：
?。?）通過1553B總線接收地面注入數(shù)據(jù)；
?。?）根據(jù)解析的注入數(shù)據(jù)向天線驅(qū)動控制模塊發(fā)送天線工作模式控制指令,；
　（3）讀取天線輔助參數(shù),，包括天線角度信息和狀態(tài)信息,；
　（4）根據(jù)天線角度信息和既定時序采集對地觀測及定標(biāo)數(shù)據(jù),，并將遙感數(shù)據(jù)傳送到地面,。
數(shù)控單元與天線驅(qū)動機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，天線控制指令由數(shù)控單元發(fā)送到天線驅(qū)動機(jī)構(gòu),，而天線控制機(jī)構(gòu)則將天線的相關(guān)參數(shù)反饋給數(shù)控單元使其完成后續(xù)任務(wù),；雙向信號均為48 bit串行數(shù)據(jù)并包括1路時鐘信號，2路邏輯控制信號,，傳輸形式為LVDS低壓差分信號,，傳送速率2 Mb/s，收到地面注入時發(fā)送控制指令,，隨時讀取天線輔助數(shù)據(jù)[1],。天線控制信息流圖如圖1所示。

1 天線掃描模式
　為提高微波濕度計(jì)的可靠性,，保證在軌壽命期間的正常運(yùn)行,，天線的驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動控制模塊由德國公司設(shè)計(jì)完成，采用直流無刷電機(jī),，不經(jīng)過齒輪傳遞直接驅(qū)動,；電機(jī)繞組和驅(qū)動控制電路為冷備份設(shè)計(jì)；軸承潤滑措施采用脂潤滑方式,；進(jìn)行必要的溫控,，保證工作溫度范圍；天線罩采用輕質(zhì)金屬合金材料,，減小轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載力矩,。
　微波濕度計(jì)掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)共分為3種掃描模式：變速掃描,、勻速掃描及定點(diǎn)觀測。此外還有一種停止模式,，在接收機(jī)未開啟之前和兩種掃描模式切換之間使用,。3種掃描模式的采用可滿足衛(wèi)星在軌工作中的各種需求，增加了系統(tǒng)的靈活性和實(shí)用性,。
1.1 周期性連續(xù)變速掃描
　變速掃描模式為正常情況下首選的對地觀測工作模式,，即默認(rèn)工作模式。根據(jù)FY-3衛(wèi)星的狀態(tài),，微波濕度計(jì)采用機(jī)械掃描,，掃描方式為垂直于飛行軌跡的360°的連續(xù)變速圓周掃描，對地觀測掃描張角為±53.35°（以天底點(diǎn)為中心）,，即126.65°~233.35°,，連續(xù)采樣98個點(diǎn)，采樣間隔為1.1°,。冷空定標(biāo)角度為107.1°,，高溫定標(biāo)源位于天頂點(diǎn)，圖2為周期掃描速度曲線,，掃描過程如圖3所示,。

　從圖中可以看出假定天頂點(diǎn)為起始點(diǎn)0°，掃描過程依次為：勻速（熱源定標(biāo)）→加速→勻速→減速→勻速（冷空定標(biāo)）→加速→減速→勻速（對地觀測）→加速→勻速→減速→勻速（熱源定標(biāo)）,，完成一個掃描周期需要2.667 s,，
1.2 勻速掃描
　根據(jù)衛(wèi)星及微波濕度計(jì)在軌運(yùn)行的實(shí)際情況,，如果微波濕度計(jì)天線轉(zhuǎn)動對衛(wèi)星姿態(tài)產(chǎn)生影響或變速掃描模式工作異常時可采用勻速掃描模式,，工作模式的改變通過地面數(shù)據(jù)注入來完成。
1.3 定點(diǎn)觀測
　定點(diǎn)觀測模式是在需要對某些特定角度進(jìn)行連續(xù)觀測的條件下所采用,。通過地面數(shù)據(jù)注入切換至定點(diǎn)觀測模式,，可對任意固定角度進(jìn)行觀測。
1.4 停止模式
　此種工作模式是微波濕度計(jì)掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)的缺省模式,，系統(tǒng)上電時掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)即處于停止?fàn)顟B(tài),，當(dāng)接收機(jī)開始工作之后才開啟天線進(jìn)入前3種掃描模式。在其他掃描模式切換的過程中,，前一種掃描模式不能直接進(jìn)入另一種,，必須先進(jìn)入停止模式，然后才能啟動另一種掃描模式,。所有工作模式的切換均由地面注入完成,，星上無自主控制。
　在天線掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)生工作異常時,，也應(yīng)采用停止模式,，此種模式下電機(jī)不再驅(qū)動天線轉(zhuǎn)動,，電源只需要提供很小的電流，這樣避免了電機(jī)故障可能產(chǎn)生的電流長時間持續(xù)增大的現(xiàn)象,，保證了微波濕度計(jì)電源的安全,，從而不會對整星造成不良影響。
2 天線驅(qū)動控制
2.1 數(shù)控單元天線控制接口
　從天線控制信息流圖可以看出,，天線驅(qū)動控制的第一個環(huán)節(jié)是數(shù)控單元,，首先接收衛(wèi)星指令，然后將天線控制指令通過天線控制接口發(fā)送到天線控制模塊,，數(shù)控單元天線驅(qū)動控制接口主要由80C32串口,、LVDS發(fā)送器、LVDS接收器及相應(yīng)的邏輯電路組成,，詳細(xì)框圖如圖4所示,。

　天線控制接口的功能是產(chǎn)生天線驅(qū)動控制模塊所需的控制指令，讀取天線狀態(tài)和角編碼信息,，數(shù)控單元和天線驅(qū)動控制模塊之間接口信號包括48 bit串行信號（雙路雙向）,、1路時鐘信號，2路邏輯控制信號,。48 bit串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及時鐘信號由80C32的串口完成,，相關(guān)的邏輯控制信號由I/O口產(chǎn)生，信號傳輸形式為LVDS（低壓差分信號）,。傳送速率2 Mb/s,，控制指令需要時發(fā)送，隨時讀取天線信息[1],。
2.2 天線驅(qū)動控制接口時序
2.2.1 天線驅(qū)動控制命令發(fā)送時序
　天線驅(qū)動控制命令發(fā)送時序如圖5所示,，控制信號分為4路信號輸出，在命令發(fā)送期間信號S_Acq為低電平,，信號S_Cmd為高電平,，48 bit串行數(shù)據(jù)傳送完成后S_Acq與S_Cmd均變?yōu)榈碗娖健?8 bit串行數(shù)據(jù)定義如表1所示，其中位置控制器增益,、速度控制器增益以及電偏移量是固定的,，在電機(jī)調(diào)試后給出。

2.2.2 天線狀態(tài)信息讀取時序
　天線狀態(tài)信息讀取時序如圖6所示,，信號分為3路輸出信號和1路48 bit串行輸入信號,，在讀數(shù)期間信號S_Acq為高電平，信號S_Cmd為低電平,，48 bit串行數(shù)據(jù)傳送完成后S_Acq與S_Cmd均變?yōu)榈碗娖健?8 bit串行數(shù)據(jù)定義如表2所示,，其中位置控制器增益、速度控制器增益以及電偏移量是固定的,，在電機(jī)調(diào)試后給出,。

3 實(shí)際應(yīng)用
　此天線掃描驅(qū)動模式是為適應(yīng)風(fēng)云三號衛(wèi)星微波濕度計(jì)的工作方式而特別設(shè)計(jì)的,，在現(xiàn)已發(fā)射的兩顆風(fēng)云三號衛(wèi)星上此種天線驅(qū)動控制方式已獲得應(yīng)用，其中微波濕度計(jì)在A星上工作已超過4年,，B星上的微波濕度計(jì)也已工作將近兩年,，期間未發(fā)生天線驅(qū)動控制異常及輔助參數(shù)讀取錯誤而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)采集異常的情況，實(shí)踐證明這套控制系統(tǒng)是完善,、可靠的,。即將發(fā)射的風(fēng)云三號C星，此天線驅(qū)動控制方式在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善,，減少了器件使用的數(shù)量,，降低了功耗和體積，從而可靠性也獲得了相應(yīng)的提高,。
參考文獻(xiàn)
[1] 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,，1993.