CN101950843A - 便携式卫星天线系统及其寻星的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式卫星天线系统及使用其自动寻星的方法。该天线系统包括：基座；位于所述基座内部的电气仓，其内具有控制器；主反射面，一端与基座的一端可旋转地连接；边瓣，可拆卸地固定于主反射面的边缘；折叠支杆，下端与主反射面连接；俯仰支杆，与基座固定所述主反射面的一端连接；射频与馈源组件，可折叠地固定在俯仰支杆上；两个风稳支杆，其一端分别可旋转地设置于所述基座的两侧。本系统体积小、重量轻，实现了单人背负，携带方便，可以在任何地形上迅速展开，自动寻星并且跟踪，为卫星终端系统提供射频链路。

Description

便携式卫星天线系统及其寻星的方法

技术领域

本发明涉及卫星天线设备与技术领域，特别是涉及一种便携式卫星天线系统以及所述卫星天线系统自动寻星的方法。

背景技术

传统的卫星天线一般是箱式结构的，一套天线由几个箱体组成，通过运输工具到达工作场所后，再人工进行天线拼装，人工调整天线的方位、俯仰及极化，在专用仪表的配合下，将天线对准卫星。这种天线有以下几个不足：一是天线系统重量较重、体积较大，不便携行；二是天线系统操作复杂、需要专业人员操作，不适合应急通信的要求；三是不能实现单人操作、使用受限。特别是目前各种自然灾害繁发、应急救援对通信保障提出了更高的要求，对传统便携卫星天线在重量、体积、操作使用方面均提出了更高的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对传统卫星天线存在的笨重、操作不方便、不便携行等问题，本发明要解决的技术问题是如何提供一种具有自动对星功能、重量轻、体积小、操作方便的便携式自动寻星的卫星天线系统。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种使用便携式卫星天线系统进行自动寻星的方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，提供一种便携式卫星天线系统，包括：

基座；电气仓，位于所述基座的内部，所述电气仓内具有控制器；主反射面，其一端与所述基座的一端可旋转地连接；边瓣，可拆卸地固定于所述主反射面的边缘；折叠支杆，其下端与所述主反射面连接；俯仰支杆，与所述基座固定所述主反射面的一端连接；射频与馈源组件，可折叠地固定在所述俯仰支杆上；两个风稳支杆，其一端分别可旋转地设置于所述基座的两侧。

优选地，所述俯仰支杆上具有水平仪。

优选地，所述控制器包括：

位置参数接收模块，用于接收天线的地理位置参数和姿态参数；

主控制模块，用于根据所述地理位置参数和姿态参数计算得出天线工作的目标俯仰角和方位角，并据此发送命令给电机驱动模块；以及根据信号接收模块输出的卫星信号强度电平数据搜索卫星；

电机驱动模块，用于根据接收到的命令驱动天线移动至目标俯仰角和方位角；

信号接收模块，用于接收卫星信号强度电平数据。

优选地，所述位置参数接收模块包括：

GPS接收模块，用于获取天线的地理位置参数，所述地理位置参数为经纬度数据；

倾斜仪接收模块，用于获取天线的姿态参数，所述姿态参数为俯仰角。

优选地，所述电机驱动模块包括：

俯仰电机模块，用于在主控制模块的控制下驱动天线移动至目标俯仰角；

方位电机模块，用于在主控制模块的控制下驱动天线移动至目标方位角。

优选地，所述信号接收模块包括：

信标接收单元，接收、处理卫星信标信号并输出与该信号成比例的直流电平；

DVB接收单元，接收、处理卫星DVB信号或工作载波信号并输出与该信号成比较的直流电平。

优选地，所述主控制模块包括A/D采样单元，用于读取并比较信号接收模块输出的卫星强度信号电平数据。

本发明还提供了一种利用便携式卫星天线系统寻星的方法，包括步骤：

S1，利用GPS接收模块获取天线的地理位置参数，利用倾斜仪接收模块获取天线的姿态参数，所述地理位置参数为经纬度数据，所述姿态参数为俯仰角；

S2，主控制模块根据所述地理位置参数和所述姿态参数计算天线工作所需移动的角度，所述角度包括方位角和俯仰角；

S3，主控制模块根据所述所需移动的角度，控制电机驱动模块驱动天线移动所述所需移动的角度至目标角度；

S4，主控制模块读取并比较信号接收模块输出的卫星信号强度电平数据，先方位运动一定角度，然后俯仰上抬或下降一定角度，控制天线以网格状移动以搜索卫星；

S5，主控制模块控制天线对搜索到的卫星进行步进式跟踪。

优选地，所述步骤S4包括：

S4-1，信号接收模块输出其接收到的卫星信号强度电平数据；

S4-2，主控制模块在天线方位或俯仰大范围运动过程中读取所述电平数据，并与天线系统预设值进行比较，当电平值大于所述系统预设值时，天线捕获到卫星。

优选地，所述步骤S5包括：

S5-1，接收卫星信号强度电平数据并对其进行判断，当其大于电平阈值，则主控制模块控制天线的指向处于保持状态，对星过程结束；当其小于所述电平阈值，则转步骤S5-2；

S5-2，主控制模块在天线方位或俯仰运动过程中读取所述电平数据，并比较当前输出的电平数据和前一次输出的电平数据，如果当前输出的电平数据大于前一次输出的电平数据，则继续按照当前搜索方向进行搜索，直至输出的电平数据最大，该方向运动停止；如果当前输出的电平数据小于前一次输出的电平数据，则以与当前搜索方向相反的方向进行搜索，直至输出的电平数据最大，该方向运动停止；

S5-3，在与步骤S5-2中搜索方向相反的方向上重复步骤S5-2的搜索过程，直到输出的电平数据最大；

S5-4，重复步骤S5-2和步骤SS5-3，对准卫星的过程结束。

(三)有益效果

通过在卫星天线中设置具有主控制模块、GPS接收模块、倾斜仪接收模块、信标/DVB接收模块和电机驱动模块的控制器，使得其具有精确对星的功能；通过将俯仰支杆、风稳支杆及射频组件设计为折叠翻转结构的折叠组件，有效减小了设备的体积和重量；本发明的卫星天线结构简单、轻便、开通速度快、方便携带，并实现了自动对星、寻星，满足了应急通信的需求。

附图说明

图1是本发明实施方式的便携式卫星天线系统的结构示意图；

图2是本发明实施方式的便携式卫星天线系统控制原理图；

图3是本发明实施方式的使用卫星天线系统寻星的流程示意图。

其中，1：基座；2：电气仓；3：主反射面；4：边瓣；5：馈源；6：折叠支杆；7：风稳支杆；8：方位电机；9：俯仰调节旋钮；10：俯仰电机；11：水平仪；12：射频与馈源组件；13：俯仰支杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种便携式卫星天线，包括：基座1、电气仓2、主反射面3、边瓣4、射频与馈源组件12、俯仰支杆13、折叠支杆6、风稳支杆7、方位电机8、俯仰调节旋钮9、俯仰电机10、水平仪11及控制软件等。其中，电气仓2位于所述基座1的内部，所述电气仓2内具有控制器；主反射面3的一端与所述基座1的一端可旋转地连接；边瓣4可拆卸地固定于所述主反射面3的边缘；折叠支杆6的下端与所述主反射面3连接；俯仰支杆与所述基座1固定所述主反射面3的一端连接；射频与馈源组件12，可折叠地固定在所述俯仰支杆上；两个风稳支杆7，其一端分别可旋转地设置于所述基座1的两侧。所述俯仰支杆上具有水平仪11。

为减小天线体积，减小线路损耗，射频组件与馈源系统采用一体化设计，射频组件与馈源系统之间采用无损耗连接。射频与馈源组件12采用折叠翻转结构；俯仰支杆13用于天线开机时利用俯仰调节旋钮9手动抬高俯仰角，并采用锁定装置将俯仰支杆13固定在适当的俯仰角。风稳支杆7用于固定天线位置，使天线受到风力等因素影响条件下能正常稳定工作。

天线展开时，如图1所示，抬起主反射面3，主反射面3与折叠支杆6相连，带动折叠支杆6展开；折叠支杆6与俯仰支杆13相连，带动俯仰支杆13上抬；根据实际工作卫星的经度及天线工作点的经纬度数据，计算出天线对星的大致俯仰角，将俯仰支杆13上的水平仪11调整到该俯仰数据，上抬俯仰支杆13直至到天线工作仰角，将俯仰支杆13上的俯仰调节旋钮9紧固；装天线边瓣4，打开风稳支杆7，将折叠在俯仰支杆上的一体化射频与馈源组件12向后打开至工作位置，转动射频与馈源组件12带动馈源5使天线极化至工作位置。

如图2所示是依据本发明实施方式的便携式卫星天线控制原理图。控制器包括：位置参数接收模块，用于接收天线的地理位置参数和姿态参数；主控制模块，用于根据所述地理位置参数和姿态参数计算得出天线工作所需移动的角度，并据此发送命令给电机驱动模块；以及根据信号接收模块输出的卫星信号强度电平数据搜索卫星；电机驱动模块，用于根据接收到的命令驱动天线移动至目标角度；信号接收模块，用于接收卫星信号强度电平数据。所述位置参数接收模块包括：GPS接收模块，用于获取天线的地理位置参数，所述地理位置参数为经纬度数据；倾斜仪接收模块，用于获取天线的姿态参数，所述姿态参数为俯仰角度。所述电机驱动模块包括：俯仰电机模块，用于在主控制器的控制下驱动天线移动至目标俯仰角；方位电机模块，用于在主控制器的控制下驱动天线移动至目标方位角。所述信号接收模块包括：信标接收单元，DVB接收单元，用于接收卫星信号强度电平数据。所述主控制模块包括A/D采样单元，用于读取并比较信号接收模块输出的卫星强度信号电平数据。优选地，所述电气仓结构分为左仓和右仓；主控制模块、信标接收机单元和GPS接收模块位于左仓；集成供电模块和电机驱动模块位于右仓。

图3是依据本发明实施方式的使用卫星天线寻星的流程示意图。给天线加电，天线进入自动寻星过程。主控制模块从GPS接收模块中读取天线所在地的经纬度数据，从倾斜仪接收模块中读取天线的姿态，将姿态参数根据天线平台位置情况，转换成天线平台坐标系下的偏角，并将该数据反馈给控制系统，然后自动计算天线实际工作的方位角、俯仰角及极化角，并控制俯仰电机模块驱动天线上抬至所需俯仰角，控制极化电机将天线极化转动到所需极化位置，然后控制方位电机模块驱动天线移动到所需方位角。此后，主反射面3的俯仰/方位按网格形状进行搜索，在搜索过程中，通过主控制模块中的A/D采样芯片不断读取L频段信标/DVB接收单元输出的卫星信号强度电平数据，并与天线系统预设值进行比较，当电平值大于预设值时，天线捕获到卫星。

捕获到卫星后，控制器采用步进跟踪方式精确对准卫星。主控制模块控制方位/俯仰电机模块，使天线的主反射面3的方位/俯仰在小范围内进行调整，每走一步，都要通过A/D采样芯片读取L频段信标/DVB接收单元输出的卫星信号强度电平数据，并且，比较当前接收单元输出电平数据和前一次输出电平数据，如果本次的输出电平数据大于上一次的输出电平数据，则电机在相同的方向上再走一步，如果本次的输出电平数据小于上一次的输出电平数据，则要改变搜索方向，天线主控制模块驱动另一个方向的电机走一步，这样一步一步地跟踪，直至天线收到最大信号电平，即，天线波束对准卫星。然后，当信号大于某电平阈值，天线指向处于保持状态；当信号小于该电平阈值，天线自动进入步进跟踪方式，因此，天线指向始终对准卫星，保持最佳的接收性能。

天线进入收藏程序。天线的控制器控制方位电机模块将天线主反射面向方位中间位置驱动，直至碰到方位中间限位器停止，此时方位到达收藏位置；控制俯仰电机模块驱动天线至收藏角度，设备断电；此时，操作人员拆卸边瓣4，将射频与馈源组件12向内翻转至俯仰支杆13上，松开俯仰调节旋钮9，收拢折叠支杆6，将主反射面3压到天线基座1上，收拢风稳支杆7。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过在卫星天线中设置有具有主控制模块、GPS接收模块、倾斜仪接收模块、信标/DVB接收模块和电机驱动模块的控制器，使得其具有精确对星的功能；通过将俯仰支杆、风稳支杆及射频组件设计为折叠翻转结构的折叠组件，有效减小了设备的体积和重量；本发明的卫星天线系统体积小、重量轻，实现了单人背负，携带方便，可以在任何地形上迅速地展开，自动寻星并且跟踪，为卫星终端系统提供射频链路。主要解决了卫星通信系统的天线小型化、折叠展开、方位俯仰自动调整、极化自动调整、自动跟踪卫星及紧凑一体化的技术问题，满足了非专业人士应急使用的要求，主要适用于应急通信和军事等野外环境中通信。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式卫星天线，其特征在于，包括：

基座(1)；电气仓(2)，位于所述基座(1)的内部，所述电气仓(2)内具有控制器；主反射面(3)，其一端与所述基座(1)的一端可旋转地连接；边瓣(4)，可拆卸地固定于所述主反射面(3)的边缘；折叠支杆(6)，其下端与所述主反射面(3)连接；俯仰支杆(13)，与所述基座(1)固定所述主反射面(3)的一端连接；射频与馈源组件(12)，可折叠地固定在所述俯仰支杆(13)上；两个风稳支杆(7)，其一端分别可旋转地设置于所述基座(1)的两侧。

2.如权利要求1所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述俯仰支杆(13)上具有水平仪(11)。

3.如权利要求2所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述控制器包括：

位置参数接收模块，用于接收天线的地理位置参数和姿态参数；

主控制模块，用于根据所述地理位置参数和姿态参数计算得出天线工作的目标俯仰角和方位角，并据此发送命令给电机驱动模块；以及根据信号接收模块输出的卫星信号强度电平数据搜索卫星；

电机驱动模块，用于根据接收到的命令驱动天线移动至目标俯仰角和方位角；

信号接收模块，用于接收卫星信号强度电平数据。

4.如权利要求3所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述位置参数接收模块包括：

GPS接收模块，用于获取天线的地理位置参数，所述地理位置参数为经纬度数据；

倾斜仪接收模块，用于获取天线的姿态参数，所述姿态参数为俯仰角。

5.如权利要求3所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述电机驱动模块包括：

俯仰电机模块，用于在主控制模块的控制下驱动天线移动至目标俯仰角；

方位电机模块，用于在主控制模块的控制下驱动天线移动至目标方位角。

6.如权利要求3所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述信号接收模块包括：

信标接收单元，接收、处理卫星信标信号并输出与该信号成比例的直流电平；

DVB接收单元，接收、处理卫星DVB信号或工作载波信号并输出与该信号成比较的直流电平。

7.如权利要求3-6任一项所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述主控制模块包括A/D采样单元，用于读取并比较信号接收模块输出的卫星强度信号电平数据。

8.一种利用便携式卫星天线寻星的方法，其特征在于，包括步骤：

S1，利用GPS接收模块获取天线的地理位置参数，利用倾斜仪接收模块获取天线的姿态参数，所述地理位置参数为经纬度数据，所述姿态参数为俯仰角；

S2，主控制模块根据所述地理位置参数和所述姿态参数计算天线工作所需移动的角度，所述角度包括方位角和俯仰角；

S3，主控制模块根据所述所需移动的角度，控制电机驱动模块驱动天线移动所述所需移动的角度至目标角度；

S4，主控制模块读取并比较信号接收模块输出的卫星信号强度电平数据，先方位运动一定角度，然后俯仰上抬或下降一定角度，控制天线以网格状移动以搜索卫星；

S5，主控制模块控制天线对搜索到的卫星进行步进式跟踪。

9.如权利要求8所述的利用便携式卫星天线寻星的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S4-1，信号接收模块输出其接收到的卫星信号强度电平数据；

S4-2，主控制模块在天线方位或俯仰大范围运动过程中读取所述电平数据，并与天线系统预设值进行比较，当电平值大于所述系统预设值时，天线捕获到卫星。

10.如权利要求8所述的利用便携式卫星天线寻星的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S5-1，接收卫星信号强度电平数据并对其进行判断，当其大于电平阈值，则主控制模块控制天线的指向处于保持状态，对星过程结束；当其小于所述电平阈值，则转步骤S5-2；

S5-2，主控制模块在天线方位或俯仰运动过程中读取所述电平数据，并比较当前输出的电平数据和前一次输出的电平数据，如果当前输出的电平数据大于前一次输出的电平数据，则继续按照当前搜索方向进行搜索，直至输出的电平数据最大，该方向运动停止；如果当前输出的电平数据小于前一次输出的电平数据，则以与当前搜索方向相反的方向进行搜索，直至输出的电平数据最大，该方向运动停止；

S5-3，在与步骤S5-2中搜索方向相反的方向上重复步骤S5-2的搜索过程，直到输出的电平数据最大；

S5-4，重复步骤S5-2和步骤SS5-3，对准卫星的过程结束。

Images