CN104124529B - 一种动中通天线的寻星方法 - Google Patents

Abstract

一种动中通天线的寻星方法，包括下列步骤：跟踪前，天线开展初始寻星，并通过寻星判断准则来确认是否已找到卫星信号；跟踪过程中，时刻监视AGC电平信号，进行丢星判断；跟踪失锁后，开始重新寻星，进行扫星判断；如果找到卫星信号，则转入跟踪状态，如果未找到卫星信号，且已达到重新寻星时间，则转入初始寻星。

Description

一种动中通天线的寻星方法

技术领域

本发明涉及一种动中通天线的寻星方法，用于动中通天线稳定跟踪控制领域。

背景技术

动中通天线可在移动的载体上确保天线面始终对准地球同步卫星，实现高带宽的实时图像及数据传输，在国防、边防、反恐、应急救灾、政府等部门具有十分广泛的应用前景。

动中通天线由天馈系统和伺服控制系统两部分组成。天馈系统包括天线面、双工器、滤波器、下变频器、上变频器、波导等部件，构成卫星通信系统的基本要素；伺服控制系统需要驱动天线面完成扫描寻星、稳定跟踪等功能，确保天线面在载体移动过程中精确指向卫星。

动中通天线的寻星过程是指天线在空间中自动找到待跟踪卫星的过程，该过程是确保天线能在动态下实时高精度跟踪卫星的前提，也是动中通天线的主要核心技术之一。动中通天线的寻星主要包括系统上电后初次寻星和跟踪过程中卫星信号丢失后重新寻星两个方面。

当前，动中通天线的初始寻星过程主要是指依靠高精度惯性导航系统给出的位置及姿态角信息来计算天线的寻星指令角(俯仰角、极化角、方位角)，并控制天线对准卫星。这种方案对惯导系统的要求较高，为了确保天线能够锁定最大的卫星信号，惯导系统的自主寻北精度必须达到0.1°以上，而如此高精度的惯导系统的成本已远远超过动中通天线本身的成本，这是大多数研制单位和用户无法承受的。为了有效地降低成本，必须选用低精度、低成本惯导系统，而低精度惯导无法自主寻北输出正确的航向，因此，天线无法得到准确的对星指令角。为了解决基于低精度惯导的动中通天线初始化问题，目前大多数研制单位均采用天线方位轴0°-360°扫描加卫星信标信号峰值识别技术来实现天线寻星，但天线寻星过程中尚不具备隔离载体运动的功能，当载体处于运动状态时，寻星的成功率会大大下降，此外，目前已有的寻星算法单纯依靠AGC(Adaptive Gain Control，自动增益控制)电平寻找卫星，不具备粗扫寻星对惯导赋值、精扫寻星对惯导航向进行精密修正的手段，这种方法在天线转入跟踪状态后由于惯导系统的误差没有消除，则跟踪性能会有所下降。此外，目前公开的动中通天线寻星方法主要针对系统上电后的初始寻星方法，没有对动中通天线在使用过程中遇到的所有情况下的寻星策略进行系统的描述和探讨。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种动中通天线的寻星方法。

本发明技术解决方案为：一种动中通天线的寻星方法，包括下列步骤：

(1)动中通天线跟踪卫星前，天线开展初始寻星，并通过寻星判定准则来确认是否已找到卫星信号，所述的寻星判定准则为：

1)天线方位旋转整周360°以上，以确保天线不会丢失AGC最大信号点，如图3所示，在0-360°范围内，AGC电平曲线形状会出现一个最大值；

2)AGC电平最大值原则：AGC电平最大值需大于V_h，V_h以下的电平值认为当前天线存在遮挡，AGC电平在V_h以上，表征天线指向角在卫星信号附近，本实施例中，V_h选择为2.5V；

(2)跟踪过程中，时刻监视AGC电平信号，进行丢星判断；

(3)跟踪过程中如果遇到遮挡、干扰等因素，天线丢失跟踪卫星(失锁)，此时，系统开始重新寻星，进行扫星判断；如果找到卫星信号，则再次转入跟踪状态，如果未找到卫星信号，且已达到重新寻星时间，则转入初始寻星。

天线开机寻零完成后，将自动按照待跟踪卫星信息进行寻星，步骤(1)中所述的初始寻星包含以下步骤：

1)将天线的信标机频率设置为待跟踪卫星的单载波频率；

2)天线方位角按照15°/s的速度顺时针旋转进行粗扫，天线隔离载体的运动，使天线在进行整周粗扫过程中能够一直保持空间上的水平稳定；

3)在方位匀速旋转过程中，记录360°整周范围内的AGC电平值以及其中最大值，并且不断判断AGC电平是否满足寻星判定准则；

4)在旋转一周之后，开始判断包含整周AGC电平的存储列表中是否存在满足寻星判定准则的AGC电平，如果存在，则认为在寻星过程中找到了卫星信号；

5)如果判定已找到卫星信号，则按照经纬度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，并给惯导航向赋值，转向步骤6)；如果判定未找到卫星信号，则在一直旋转，执行步骤2)至5)，直到找到为止；

6)根据惯导信息，解算得到天线的指令角，天线在指令角附近±20°范围内来回旋转，进行小范围精扫；

7)精扫过程中，再次按照寻星判定准则来判断是否找到卫星信号，如果找到，则执行8)，否则执行6)，如果超过精扫判断时间，则执行步骤2)，系统重新切回到粗扫状态；

8)如果找到卫星信号，则再次按照经纬度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，进行二次惯导航向赋值修正。

天线方位、俯仰及极化按照天线指令角进行闭环控制，当天线转到相应位置后，将天线状态由寻星切换为跟踪锁定。

所述步骤(2)中的丢星判断准则为：当天线在已跟踪状态下受到外界环境遮挡干扰，则会出现丢星情况，由于惯导存在漂移，长期丢星后将导致天线无法准确对准卫星方向，在此状态下，需要编制相应的丢星判断准则。

信标机所提供的AGC电平是判断是否丢星的主要依据，若在跟踪过程中发现存在AGC电平低于最大值的0.8倍，则认为丢星。3分钟以内的丢星认为是暂时性的遮挡，且此时惯导可以保持航向及姿态的正确性，此时天线仍处于锁定状态，不进行重新寻星操作；若在此期间发现存在AGC电平持续低于最大值的0.8倍，且时间超过3分钟，则认为已丢星，需要重新寻星；若在此期间，AGC电平值存在不低于最大值0.8倍的情况，则重新开始计时。

所述步骤(3)中的扫星判断准则为：

1)在来回正弦扫描过程中，比较当前AGC电平与遮挡前所保存的最大值，如果当前AGC电平大于最大值的0.9倍，则认为重新寻星成功，对惯导进行重新赋值，转入跟踪锁定状态；

2)如果正弦扫描时间超过5分钟，仍未寻到星，则转入初始寻星状态。

本发明与现有技术相比的优点在于：1、本发明所述的寻星方法不仅包括系统上电时候的初始寻星方法，而且还包括系统在跟踪卫星过程中丢失信号后重新寻星的算法；2、本寻星方法不需要依靠高精度的惯性导航系统作为姿态航向参考，仅依靠0-360°扫描加AGC识别的方式便可以实现寻星，相比传统的依靠惯导的寻星方式，系统的可靠度更高，成本更低；3、本寻星方法提出一种运动隔离的方案，可以确保动中通天线在载体运动的环境下搜寻卫星信号；4、本寻星方案提出一种粗扫加精扫相结合的方法，可提高寻星的可靠性和精度；5、本寻星方法中提出一种惯导系统初始航向装订的方案，该方案可确保动中通天线在转入跟踪状态后，具有较好的跟踪精度。

附图说明

图1为本发明的寻星策略流程图；

图2为本发明的初始寻星流程图；

图3为本发明的寻星判断准则示意图。

具体实施方式

1、一种动中通天线的寻星方法，如图1所示，包括下列步骤：

(1)天线初始上电进入跟踪状态前，天线开展初始寻星，并通过寻星判断来确认是否已找到卫星信号；天线开机寻零完成后，将自动按照待跟踪卫星的信息进行寻星，所述的初始寻星包含以下步骤(如图2所示)：

1)将天线的信标机频率设置为待跟踪卫星的单载波频率；

2)天线方位角按照15°/s的速度顺时针旋转进行粗扫，天线俯仰和极化角分别隔离载体的水平姿态，使天线在进行整周粗扫过程中能够一直保持空间上的水平稳定；

3)在方位匀速旋转过程中，记录360°整周范围内的AGC电平值以及其中最大值，并且不断判断AGC电平是否满足寻星判定准则；

4)在天线绕方位轴旋转一周之后，开始判断包含整周AGC电平的存储列表中，是否存在满足寻星判定准则的AGC电平，如果存在，则认为在寻星过程中找到了卫星信号；

5)如果判定已找到卫星信号，则按照经纬度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，并给惯导航向赋值，转向步骤6)；如果判定未找到卫星信号，则在一直旋转，执行步骤2)至5)，直到找到为止；

6)根据惯导信息，解算得到天线的指令角，天线的俯仰和极化直接跟踪天线指令角，保持水平稳定，天线的方位绕天线方位指令角的±20°来回旋转，进行小范围精扫；

7)精扫过程中，再次按照寻星判定准则来判断是否找到卫星信号，如果找到，则执行8)，否则执行6)，如果超过精扫判断时间，则执行步骤2)，系统重新切回到粗扫状态；

8)如果找到卫星信号，则再次按照经纬度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，进行二次惯导航向赋值修正；

天线方位、俯仰及极化按照天线指令角进行闭环控制，当天线转到相应位置后，将天线状态由寻星切换为跟踪锁定。

(2)跟踪过程中，时刻监视AGC电平信号，进行丢星判断；其中丢星判断准则为：

当天线在已跟踪状态下受到外界环境遮挡干扰，则会出现丢星情况，由于惯导存在漂移，长期丢星后将导致天线无法准确对准卫星方向，在此状态下，需要编制相应的丢星判断准则。

信标机所提供的AGC电平是判断是否丢星的主要依据，若在跟踪过程中发现存在AGC电平低于最大值的0.8倍，则认为丢星。3分钟以内的丢星认为是暂时性的遮挡，且此时惯导可以保持航向及姿态的正确性，此时天线仍处于锁定状态，不进行重新寻星操作；若在此期间发现存在AGC电平持续低于最大值的0.8倍，且时间超过3分钟，则认为已丢星，需要重新寻星；若在此期间，AGC电平值存在不低于最大值0.8倍的情况，则重新开始计时。

(3)跟踪失锁后，开始重新寻星，进行扫星判断；如果找到卫星信号，则转入跟踪状态，如果未找到卫星信号，且已达到重新寻星时间，则转入初始寻星。其中扫星判断准则为：

1)在来回正弦扫描过程中，比较当前AGC电平与遮挡前所保存的最大值，如果当前AGC电平大于最大值的0.9倍，则认为重新寻星成功，对惯导进行重新赋值，转入跟踪锁定状态；

2)如果正弦扫描时间超过5分钟，仍未寻到星，则转入初始寻星状态。上述描述中所提到的寻星判定准则如下，如图3所示：

①天线方位旋转整周360°以上，以确保天线不会丢失AGC最大信号点，如图3所示，在0-360°范围内，AGC电平曲线形状会出现一个最大值；

②AGC电平最大值原则：AGC电平最大值需大于V_h，V_h以下的电平值认为当前天线存在遮挡，AGC电平在V_h以上，表征天线指向角在卫星信号附近，本实施例中，V_h选择为2.5V。本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

显然，对于本领域的普通技术人员来说，参照上文所述的实施例还可能做出其它的实施方式。本发明中的实施例都只是示例性的、而不是局限性的。所有的在本发明权利要求技术方案的本质之内的修改都属于其所要求保护范围。

Claims (4)

1.一种动中通天线的寻星方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)动中通天线跟踪卫星前，天线开展初始寻星，并通过寻星判定准则来确认是否已找到卫星信号；其具体包括如下步骤:

1)将天线的信标机频率设置为待跟踪卫星的单载波频率；

2)天线方位角按照15°/s的速度顺时针旋转进行粗扫，天线隔离载体的运动，使天线在进行整周粗扫过程中能够一直保持空间上的水平稳定；

3)在方位匀速旋转过程中，记录360°整周范围内的AGC电平值以及其中最大值，并且不断判断AGC电平是否满足寻星判定准则；

4)天线绕方位轴旋转一周之后，开始判断包含整周AGC电平的存储列表中是否存在满足寻星判定准则的AGC电平，如果存在，则认为在寻星过程中找到了卫星信号；

5)如果判定已找到卫星信号，则按照经纬度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，并给惯导航向赋值，转向步骤6)；如果判定未找到卫星信号，则天线绕方位轴一直旋转，执行步骤2)至5)，直到找到为止；

6)根据惯导信息，解算得到天线的指令角，天线在指令角附近±20°范围内来回旋转，进行精扫；

7)精扫过程中，再次按照寻星判定准则来判断是否找到卫星信号，如果找到，则执行8)，否则执行6)，如果超过精扫判断时间，则执行步骤2)，系统重新切回到粗扫状态；

8)如果找到卫星信号，则再次按照经纬度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，进行二次惯导航向赋值修正；

(2)跟踪过程中，时刻监视AGC电平信号，进行丢星判断；

(3)跟踪过程中如果遇到遮挡、干扰因素，天线丢失跟踪卫星，此时，系统开始重新寻星，进行扫星判断；如果找到卫星信号，则再次转入跟踪状态，如果未找到卫星信号，且已达到重新寻星时间，则转入初始寻星。

2.根据权利要求1所述的动中通天线的寻星方法，其特征在于：所述的寻星判定准则为：

1)天线方位旋转整周360°以上，以确保天线不会丢失AGC最大信号点，在0-360°范围内，AGC电平曲线形状会出现一个最大值；

2)AGC电平最大值原则：AGC电平最大值需大于V_h，V_h以下的电平值认为当前天线存在遮挡，AGC电平在V_h以上，表征天线指向角在卫星信号附近；

3.根据权利要求1所述的动中通天线的寻星方法，其特征在于：所述步骤(2)中的丢星判断准则为：

若在跟踪过程中发现存在AGC电平低于最大值的0.8倍，则认为丢星；3分钟以内的丢星认为是暂时性的遮挡，且此时惯导可以保持航向及姿态的正确性，此时天线仍处于锁定状态，不进行重新寻星操作；若在此期间发现存在AGC电平持续低于最大值的0.8倍，且时间超过3分钟，则认为已丢星，需要重新寻星；若在此期间，AGC电平值存在不低于最大值0.8倍的情况，则重新开始计时。

4.根据权利要求1所述的动中通天线的寻星方法，其特征在于：所述步骤(3)中的扫星判断准则为：

1)在来回正弦扫描过程中，比较当前AGC电平与遮挡前所保存的最大值，如果当前AGC电平大于最大值的0.9倍，则认为重新寻星成功，对惯导进行重新赋值，转入跟踪锁定状态；

2)如果正弦扫描时间超过5分钟，仍未寻到星，则转入初始寻星状态。