CN102386962A - 一种车载卫星通信天伺与前端系统及其方法 - Google Patents

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本发明公开了一种车载卫星通信天伺与前端系统，它包括天线系统、伺服系统和通信前端系统；天线系统包括天线阵列（1）、天线安装反射板（2）、电桥（3）和功分器（4）；伺服系统包括方位传动机构、俯仰传动机构、伺服控制器及导航系统；通信前端系统包括功放、低噪放、滤波器和变频器，通信前端系统通过滑环与通信终端连接。本发明具有捕获时间短，跟踪响应速度快，跟踪精度高，跟踪失败后无需重新捕获、跟踪与通信独立、使用方便，结构简单、稳定性好和系统成本低等优点；采用八单元赋形阵列天线，提高了天线增益，提高了通信质量。

Description

一种车载卫星通信天伺与前端系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种车载卫星通信天伺与前端系统及其方法。
背景技术
目前，卫星通信技术已经在很多领域获得了广泛推广和应用，卫星通信技术的研究也成为如今通信技术研究的重要课题。如大家所知，地面上固定的卫星天线通信系统只需要调整天线对准卫星，就可方便地进行卫星通信，可是在运动的汽车、轮船等载体上，由于道路的颠簸、天线载体的转向等原因，天线不能准确的对准卫星，无法及时、准确接收卫星信号，为了解决“运动中稳定通信”的问题，“动中通”技术应运而生，“动中通”的关键技术就是对卫星的跟踪指向控制。
现有的“动中通”跟踪指向方主要分为有源跟踪和无源跟踪两种方式，或者这二者的结合。有源跟踪是指利用通信对方的信号相位、强度变化等信息来进行跟踪；无源跟踪是指跟踪时不需要通信对方的通信信号，而是利用自身载体上安装的载体姿态、方位、地理位置等传感器来感知载体姿态方位的变化，然后根据这些变化再实时修正天线的位置从而实现对卫星的跟踪。
有源跟踪结构简单，价格便宜，但信号捕获时间长、跟踪精度不高、响应慢、怕遮挡、当跟踪失败后需要重新进行捕获，不适用于CDMA通信系统；无源跟踪不需要对方信号、不怕遮挡，跟踪精度与传感器的选择有关，通常精度要求越高传感器成本也就越高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有车载卫星天伺与前端系统及其方法的不足，提供一种新型高效的车载卫星通信天伺与前端系统及其方法，克服传统天伺系统捕获时间长、跟踪精度不高、响应慢、当跟踪失败后需要重新进行捕获等缺点。 
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种车载卫星通信天伺与前端系统，它包括天线系统、伺服系统和通信前端系统；天线系统包括安装在天线安装反射板一侧的天线阵列、安装在天线安装反射板另一侧的电桥和功分器，天线阵列包括八组并行排列的单元天线，功分器与通信前端系统连接；伺服系统包括控制器、导航系统、方位电机驱动器、方位电机、方位传动机构、方位导电滑环、方位码盘、方位零位传感器、俯仰电机驱动器、俯仰电机、俯仰传动机构、俯仰码盘和、俯仰限位及零位传感器，方位电机驱动器与方位电机相连，方位电机与方位传动机构连接，俯仰电机驱动器与俯仰电机相连，俯仰电机与俯仰传动机构连接，控制器包括主控芯片、方位电机驱动器接口、方位电机编码器接口、方位零位传感器接口、俯仰电机驱动器接口、俯仰电机编码器接口、俯仰限位及零位传感器接口和通信接口，控制器的各个接口分别与方位电机驱动器、方位码盘、方位零位传感器、俯仰电机驱动器、俯仰码盘、俯仰限位及零位传感器、导航系统连接；通信前端系统包括功放、低噪放、滤波器和变频器，通信前端系统通过滑环与通信终端连接；方位传动机构和俯仰传动机构分别与天线系统机械连接。
一种车载卫星通信天伺与前端控制方法，它包括以下步骤：
（1）开机自检：找出天线相对于载体的俯仰及方位角度的零位信息；
（2）获取车辆姿态、位置信息：导航系统感知车辆当前的姿态及位置信息，并通过通信接口传给控制器；
（3）获取天线相对于车辆的方位及俯仰角度：控制器读取编码器的输出，结合天线俯仰及方位角度的零位信息，计算出天线相对于载体的方位及俯仰角；
（4）坐标变换：控制器结合车辆姿态、位置信息及卫星的方位信息计算出卫星相对于车辆的方位角与俯仰角；
（5）控制天线转向：控制器计算出卫星的方位、俯仰角与天线的方位、俯仰角之间差值，并根据这个差值驱动方位电机和俯仰电机带动天线朝指向卫星的方向转动；
（6）天线方位状态检查：控制器检查天线的方位及俯仰限位信息，避免天线的转动超出安全范围而造成系统的损坏；
（7）重复步骤（2）～（6）。
本发明还包括一个通信终端将中频通信信号经过变频器变为高频信号后，再经过滤波器和功放，最后经天线系统发射出去的步骤；和一个天线系统接收到高频的卫星信号后，高频卫星信号依次经过低噪放、滤波器和变频器，得到中频通信信号并发送给通信终端的步骤。
本发明所述的伺服系统与通信系统独立工作，天线对卫星的跟踪与天线本身的通信信号质量及强度无关。
本发明的有益效果是：采用八单元阵列天线，提高了天线增益，提高了通信质量；天线跟踪时，不需要通信对方的配合，卫星捕获时间短，跟踪响应速度快，跟踪精度高，跟踪失败后无需重新进行捕获，使用方便，结构简单、稳定性好、系统成本低。 
附图说明
图1为本发明天线阵列在天线安装反射板上的安装结构示意图；
图2为本发明阵列天线系统结构示意图；
图3为本发明天线系统与通信前端系统连接结构示意框图；
图4为本发明伺服系统结构示意框图；
图5为本发明伺服系统控制器结构示意框图；
图6为本发明方法操作流程图；
图中，1-天线阵列，2-天线安装反射板，3-电桥，4-功分器，5-单元天线。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：一种车载卫星通信天伺与前端系统，它包括天线系统、伺服系统和通信前端系统。
如图1、图2所示，天线系统包括安装在天线安装反射板2一侧的天线阵列1和安装在天线安装反射板2另一侧的电桥3及功分器4，天线阵列1包括八组并行排列的单元天线5，天线系统与通信前端系统连接。
如图3所示，通信前端系统包括滤波器、低噪放、功放和变频器，通信前端系统通过滑环与通信终端连接。发射时，通信终端过来的中频通信信号经过变频器变为高频信号，然后经滤波器和功放对信号进行滤波及放大处理，最后经天线系统发射出去；接收时，天线系统接收到的高频信号经过低噪放、滤波器后再经过变频器变为中频通信信号，最后送往通信终端。
如图4所示，伺服系统包括控制器、导航系统、方位电机驱动器、方位电机、方位传动机构、方位码盘、方位零位传感器、俯仰电机驱动器、俯仰电机、俯仰传动机构、俯仰码盘和俯仰限位及零位传感器，方位电机驱动器与方位电机相连，方位电机与方位传动机构连接，俯仰电机驱动器与俯仰电机相连，俯仰电机与俯仰传动机构连接。
如图5所示，控制器包括主控芯片、方位电机驱动器接口、方位电机编码器接口、方位零位传感器接口、俯仰电机驱动器接口、俯仰电机编码器接口、俯仰限位及零位传感器接口和通信接口，控制器的各个接口分别与方位电机驱动器、方位码盘、方位零位传感器、俯仰电机驱动器、俯仰码盘、俯仰限位及零位传感器、导航系统连接。
如图6所示，一种车载卫星通信天伺与前端控制方法，它包括以下步骤：
（1）开机自检：找出天线相对于载体的俯仰及方位角度的零位信息；
（2）获取车辆姿态、位置信息：导航系统感知车辆当前的姿态及位置信息，并通过通信接口传给控制器；
（3）获取天线相对于车辆的方位及俯仰角度：控制器读取编码器的输出，结合天线俯仰及方位角度的零位信息，计算出天线相对于载体的方位及俯仰角；
（4）坐标变换：控制器结合车辆姿态、位置信息及卫星的方位信息计算出卫星相对于车辆的方位角与俯仰角；
（5）控制天线转向：控制器计算出卫星的方位、俯仰角与天线的方位、俯仰角之间差值，并根据这个差值驱动方位电机和俯仰电机带动天线朝指向卫星的方向转动；
（6）天线方位状态检查：控制器检查天线的方位及俯仰限位信息，避免天线的转动超出安全范围而造成系统的损坏；
（7）重复步骤（2）～（6）。
它还包括一个通信终端将中频通信信号经过变频器变为高频信号后，再经过滤波器和功放，最后经天线系统发射出去的步骤；和一个天线系统接收到高频的卫星信号后，高频卫星信号依次经过低噪放、滤波器和变频器，得到中频通信信号并发送给通信终端的步骤。
整个系统工作过程中，伺服系统与通信系统独立工作，天线对卫星的跟踪与天线本身的通信信号质量及强度无关。

Claims (4)

1.一种车载卫星通信天伺与前端系统，其特征在于：它包括天线系统、伺服系统和通信前端系统；天线系统包括安装在天线安装反射板（2）一侧的天线阵列（1）、安装在天线安装反射板（2）另一侧的电桥（3）和功分器（4），天线阵列（1）包括八组并行排列的单元天线（5），功分器（4）与通信前端系统连接；伺服系统包括控制器、导航系统、方位电机驱动器、方位电机、方位传动机构、方位导电滑环、方位码盘、方位零位传感器、俯仰电机驱动器、俯仰电机、俯仰传动机构、俯仰码盘和、俯仰限位及零位传感器，方位电机驱动器与方位电机相连，方位电机与方位传动机构连接，俯仰电机驱动器与俯仰电机相连，俯仰电机与俯仰传动机构连接，控制器包括主控芯片、方位电机驱动器接口、方位电机编码器接口、方位零位传感器接口、俯仰电机驱动器接口、俯仰电机编码器接口、俯仰限位及零位传感器接口和通信接口，控制器的各个接口分别与方位电机驱动器、方位码盘、方位零位传感器、俯仰电机驱动器、俯仰码盘、俯仰限位及零位传感器、导航系统连接；通信前端系统包括功放、低噪放、滤波器和变频器，通信前端系统通过滑环与通信终端连接；方位传动机构和俯仰传动机构分别与天线系统机械连接。
2.一种车载卫星通信天伺与前端控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）开机自检：找出天线相对于载体的俯仰及方位角度的零位信息；
（2）获取车辆姿态、位置信息：导航系统感知车辆当前的姿态及位置信息，并通过通信接口传给控制器；
（3）获取天线相对于车辆的方位及俯仰角度：控制器读取编码器的输出，结合天线俯仰及方位角度的零位信息，计算出天线相对于载体的方位及俯仰角；
（4）坐标变换：控制器结合车辆姿态、位置信息及卫星的方位信息计算出卫星相对于车辆的方位角与俯仰角；
（5）控制天线转向：控制器计算出卫星的方位、俯仰角与天线的方位、俯仰角之间差值，并根据这个差值驱动方位电机和俯仰电机带动天线朝指向卫星的方向转动；
（6）天线方位状态检查：控制器检查天线的方位及俯仰限位信息，避免天线的转动超出安全范围而造成系统的损坏；
（7）重复步骤（2）～（6）。
3.根据权利要求2所述的一种车载卫星通信天伺与前端控制方法，其特征在于：它还包括一个通信终端将中频通信信号经过变频器变为高频信号后，再经过滤波器和功放，最后经天线系统发射出去的步骤；和一个天线系统接收到高频的卫星信号后，高频卫星信号依次经过低噪放、滤波器和变频器，得到中频通信信号并发送给通信终端的步骤。
4.根据权利要求2所述的一种车载卫星通信天伺与前端控制方法，其特征在于：所述的伺服系统与通信系统独立工作，天线对卫星的跟踪与天线本身的通信信号质量及强度无关。
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