CN104659488B

CN104659488B - 一种卫星天线自动对星方法

Info

Publication number: CN104659488B
Application number: CN201510043368.0A
Authority: CN
Inventors: 赵敏; 任剑
Original assignee: Sichuan Andi Technology Industrial Co Ltd
Current assignee: Sichuan Andi Technology Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2018-02-02
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: CN104659488A

Abstract

本发明涉及一种卫星天线自动对星方法，其特征在于，对星步骤包括：粗对星、精对星、天线指向偏差监视、自动追星，自动追星流程包括快速追星和稳健追星。本发明在现有的卫星天线对星方法中增加了快速追星和稳健追星步骤，能够在由于地球同步轨道卫星发生周期性“8”字漂移导致卫星经纬度发生变化，或者由于物理原因引起天线指向出现相对偏差的情况下，实现自动追星，将天线指向修正到最佳位置。

Description

一种卫星天线自动对星方法

技术领域

本发明涉及卫星天线自动控制技术领域，特别涉及一种卫星天线自动对星方法。

背景技术

目前，用于地球同步轨道卫星通信的卫星天线自动对星系统通常采用如下对星方法：首先，根据卫星和天线的经纬度、地球半径以及卫星到地面的距离等参数计算出卫星天线的方位角、俯仰角和极化角的理论值；然后，将卫星天线的指向调整到理论位置；最后，在理论位置附近对卫星天线进行精细调整，直到接收信号强度达到最大值。

采用上述对星方法在卫星经纬度和天线姿态不变的情况下通常是有效的，然而在实际应用中，这两个条件都难以严格成立。因为，地球同步轨道卫星会发生周期性的“8”字漂移，继而导致卫星的经纬度发生一定程度的变化；天线的姿态也可能因为某些物理原因发生偏斜，引起天线指向出现相对偏差。当天线发生相对偏差后，需要对天线的指向进行修正，即自动追星，而现有的卫星天线对星方法不具备自动追星功能，一定程度上限制了卫星天线的对星灵敏度和对星精度。

发明内容

本发明的目的是，针对现有的卫星天线对星方法，不具备自动对星功能，当地球同步轨道卫星会发生周期性 “8”字漂移，卫星经纬度发生变化，或者因为物理原因引起天线指向出现相对偏差时，不能实现自动追星，对卫星天线角度进行快速、精准调整的技术问题，提供一种卫星天线自动对星方法，保证卫星天线指向在出现相对偏差的情况下，能被及时修正到最佳位置。

本发明涉及一种卫星天线自动对星方法，其特征在于，按照以下步骤进行卫星天线自动对星：

步骤S1）粗对星，启动自动对星功能，根据卫星和天线的经纬度、地球半径以及卫星到地面的距离等参数计算出卫星天线的方位角、俯仰角和极化角的理论值，并将卫星天线的指向调整到理论位置；

步骤S2）精对星，在完成步骤S1）涉及的粗对星流程后，以天线当前指向为中心，控制天线分别沿着方位角、俯仰角和极化角的方向在指定范围内做遍历扫描，搜索到接收信号功率最大的指向位置，并将天线指向修正到该位置；

步骤S3）天线指向偏差监视，在步骤S2）涉及的精对星流程结束后，卫星天线处于最佳位置，在步骤S3）中周期地采集接收信号功率，记录下当前的接收功率并将采集值与参考值之差的绝对值与预设门限值进行比较，以间接判断天线的指向是否发生相对偏差；

步骤S4），自动追星，根据步骤S3）中的监测到的天线指向偏差情况，判断采集值与参考值之差的绝对值是否小于或等于预设门限值，若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则继续监测，若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则认为天线指向发生了明显的相对偏差，需要启动自动追星流程以修正天线的指向，将卫星天线指向修正至最佳角度。

进一步，所述步骤S4）中涉及的自动追星流程具体包括：

步骤A1）快速追星，快速追星基于天线的指向和接收信号功率估算出一个使信号功率增加最快的方向，并沿着该方向修正天线的指向，快速将天线指向修正到接收信号功率最大的位置；

步骤A2）稳健追星，稳健追星采用范围自增遍历扫描法搜索天线指向的最佳位置，在完成一次搜索和修正后，会判断新的天线指向是否是最佳指向，如果确定到最佳指向位置，则结束追星，进入天线指向偏差监测流程，如果不是，则以新的天线指向为中心，自动增大扫描范围，重新进行搜索和修正，然后再判断新的天线指向是否是最佳指向，如此往复；如果在方位角和俯仰角的整个限位范围内都无法找到满足要求的最佳指向位置时，返回异常信息并退出稳健追星流程。

进一步，所述步骤A1）中的快速追星适用于即天线方位角和俯仰角出现的相对偏差小于天线主波束宽度的一半的情形。

进一步，所述步骤A1）与步骤A2）之间包括：

步骤N1）快速追星可靠性检测流程，在快速追星流程中，采集步骤A1）接受到的接收信号功率，并将采集值与参考值之差的绝对值与预设门限值进行比较，以判断天线指向是否被修正到最佳位置；若判断出天线指向已被修正到最佳位置，则结束追星，进入天线指向偏差监测流程，若判断出天线指向未被修正到最佳位置，则启动步骤A2）涉及的稳健追星流程，重新修正天线的指向。

进一步，所述步骤A1）中涉及的快速追星具体流程为：

首先基于当前的天线指向和接收信号功率估算出一个信号功率增加最快的方向，并将天线的方位角和俯仰角沿着该方向调整一定的角度，然后，判断算法停止条件是否成立；若停止条件成立，则退出快速追星流程，并返回天线指向偏差监测流程，若停止条件不成立，则由快速追星算法基于新的天线指向和接收信号功率再估算出一个信号功率增加最快的方向，并将天线的方位角和俯仰角沿着该方向调整一定的角度，然后，判断算法停止条件是否成立；如前述所述往复，直到算法满足停止条件后退出，快速追星算法将天线指向修正到一个离修正前指向最近且接收信号功率最大的位置。

进一步，所述步骤A2）中涉及的稳健追星具体流程为：

以天线当前指向为中心，控制天线分别沿着方位角和俯仰角的方向在一定范围内做十字交叉遍历扫描，找到接收信号功率最大的指向位置，并将天线指向修正到该位置；采集接收信号功率，并与步骤S2）中精对星流程结束后记录的参考值进行比较；若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则认为天线指向被修正到了最佳位置，退出稳健追星流程，并返回天线指向偏差监测流程；若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则增大扫描范围，重新执行上述的十字交叉扫描，找到接收信号功率最大的指向位置，并将天线指向修正到该位置，然后重新采集接收信号功率，并按照上述的比较方法对追星结果的可靠性进行判断；如上述所述往复，在方位角和俯仰角的限位范围内进行遍历扫描，以寻找天线的最佳指向位置；若在方位角和俯仰角的整个限位范围内都无法找到满足要求的最佳指向位置，则说明天线指向发生了不可自动恢复的相对偏差，返回异常信息并退出稳健追星流程。

本发明涉及一种卫星天线自动对星方法，有益效果在于：本发明针对实际应用中导致卫星天线指向出现相对偏差的两种原因：地球同步轨道卫星周期性“8”字漂移和天线姿态偏斜，分别提供了快速追星方法和稳健追星方法，从而保证了卫星天线指向在出现相对偏差的情况下，能被及时修正到最佳位置。

附图说明

图1为本发明卫星天线自动对星方法的总体流程图。

图2为本发明自动追星流程图。

图3为本发明稳健追星流程图。

具体实施方式

参阅附图1、附图2及附图3对本发明做进一步描述。

一种卫星天线自动对星方法，其特征在于，按照以下步骤进行卫星天线自动对星：

优选地，作为改进，所述步骤S4）中涉及的自动追星流程具体包括：

优选地，作为改进，所述步骤A1）中的快速追星适用于即天线方位角和俯仰角出现的相对偏差小于天线主波束宽度的一半的情形。

优选地，作为改进，所述步骤A1）与步骤A2）之间包括：

优选地，作为改进，所述步骤A1）中涉及的快速追星具体流程为：

优选地，作为改进，所述步骤A2）中涉及的稳健追星具体流程为：

以下结合具体实施方式对本发明具体说明。

如图1及图2所示，一种可靠的卫星天线自动对星方法包含以下步骤：

步骤S1）：粗对星，根据卫星的经度、天线的经度、天线的纬度、地球半径以及卫星到地面的距离，按照下面的公式计算出天线方位角、俯仰

和极化角的理论值，并将卫星天线的指向调整到理论位置，其中表示方位角，表示俯仰角，表示极化角。

步骤S2）：精对星，控制卫星天线在理论方位角附近一定范围内做遍历扫描，找到接收功率最大值对应的方位角，并将卫星天线的方位角调整到该角度，然后控制卫星天线在理论俯仰角附近一定范围内做遍历扫描，找到接收功率最大值对应的俯仰角，并将卫星天线的俯仰角调整到该角度，最后控制卫星天线在理论极化角附近一定范围内做遍历扫描，找到接收功率最大值对应的极化角，并将卫星天线的极化角调整到该角度。

步骤S3）：天线指向偏差监视，在步骤S2）涉及的精对星流程结束后，卫星天线处于最佳位置，在步骤S3）中周期地采集接收信号功率，记录下当前的接收功率并将采集值与参考值之差的绝对值与预设门限值进行比较，以间接判断天线的指向是否发生相对偏差，若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则继续监测；若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则认为天线指向发生了明显的相对偏差，需要启动自动追星流程以修正天线的指向。

步骤S4）：自动追星，根据步骤S3）中的监测到的天线指向偏差情况，判断采集值与参考值之差的绝对值是否小于或等于预设门限值，若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则继续监测，若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则认为天线指向发生了明显的相对偏差，需要启动自动追星流程以修正天线的指向，将卫星天线指向修正至最佳角度。

自动追星流程包括两个步骤：即步骤A1）快速追星和步骤A2）稳健追星，步骤A1）快速追星适用于天线指向相对偏差较小的情况，即天线方位角和俯仰角出现的相对偏差必须小于天线主波束宽度的一半，这类天线指向相对偏差通常是由地球同步轨道卫星周期性“8”字漂移引起的；步骤A2）稳健追星适用于天线指向相对偏差较大的情况，这类天线指向相对偏差通常是由天线姿态偏斜引起的。

进入自动追星模式后，首先启动的是步骤A1）快速追星流程。快速追星算法基于天线的指向和接收信号功率估算出一个信号功率增加最快的方向，并沿着该方向修正天线的指向，所以能够快速地将天线指向修正到接收信号功率最大的位置。

步骤A1）快速追星，启动快速追星流程（如图3所示），在该流程中，快速追星算法首先基于当前的天线指向和接收信号功率估算出一个信号功率增加最快的方向，并将天线的方位角和俯仰角沿着该方向调整一定的角度，然后，判断算法停止条件是否成立。若停止条件成立，则退出快速追星流程，并返回天线指向偏差监测流程；若停止条件不成立，则由快速追星算法基于新的天线指向和接收信号功率再估算出一个信号功率增加最快的方向，并将天线的方位角和俯仰角沿着该方向调整一定的角度，判断算法停止条件是否成立。如此往复，直到算法满足停止条件后退出。快速追星程序结束后，快速追星算法将天线指向修正到一个离修正前指向最近且接收信号功率最大的位置。

步骤N1）快速追星可靠性检测流程，采集接收信号功率，并与精对星流程结束后记录的参考值进行比较。若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则认为天线指向被修正到了最佳位置；若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则表明天线指向发生的相对偏差过大，已经超出了快速追星算法的适用范围，需要进一步启动稳健追星流程以修正天线的指向。

步骤A2）稳健追星，启动稳健追星流程。具体方法如下：以天线当前指向为中心，控制天线分别沿着方位角和俯仰角的方向在一定范围内做十字交叉遍历扫描，找到接收信号功率最大的指向位置，并将天线指向修正到该位置，然后采集接收信号功率，并与精对星流程结束后记录的参考值进行比较。若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则认为天线指向被修正到了最佳位置，退出稳健追星流程，并返回天线指向偏差监测流程；若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则增大扫描范围，重新执行上述的十字交叉扫描，找到接收信号功率最大的指向位置，并将天线指向修正到该位置，重新采集接收信号功率，并按照上述的比较方法对追星结果的可靠性进行判断。如此往复，在方位角和俯仰角的限位范围内进行遍历扫描，以寻找天线的最佳指向位置。若在方位角和俯仰角的整个限位范围内都无法找到满足要求的最佳指向位置，则说明天线指向发生了不可自动恢复的相对偏差，返回异常信息并退出稳健追星流程。

按照上述描述，即可完成对本发明的应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种卫星天线自动对星方法，其特征在于，按照以下步骤进行卫星天线自动对星：

步骤S1）粗对星，启动自动对星功能，根据卫星和天线的经纬度、地球半径以及卫星到地面的距离计算出卫星天线的方位角、俯仰角和极化角的理论值，并将卫星天线的指向调整到理论位置；

步骤S4），自动追星，根据步骤S3）中的监测到的天线指向偏差情况，判断采集值与参考值之差的绝对值是否小于或等于预设门限值，若采集值与参考值之差的绝对值小于或等于预设门限值，则继续监测，若采集值与参考值之差的绝对值大于预设门限值，则认为天线指向发生了明显的相对偏差，需要启动自动追星流程以修正天线的指向，将卫星天线指向修正至最佳角度；所述步骤S4）中涉及的自动追星流程具体包括：

步骤A2）稳健追星，在步骤A1）涉及的快速追星流程结束后，采用范围自增遍历扫描法搜索天线指向的最佳位置，在完成一次搜索和修正后，会判断新的天线指向是否是最佳指向，如果确定到最佳指向位置，则结束追星，进入天线指向偏差监测流程，如果不是，则以新的天线指向为中心，自动增大扫描范围，重新进行搜索和修正，然后再判断新的天线指向是否是最佳指向，如此往复；如果在方位角和俯仰角的整个限位范围内都无法找到满足要求的最佳指向位置时，返回异常信息并退出稳健追星流程；

所述步骤A1）中涉及的快速追星具体流程为：

首先基于当前的天线指向和接收信号功率估算出一个信号功率增加最快的方向，并将天线的方位角和俯仰角沿着该方向调整一定的角度，然后，判断算法停止条件是否成立；若停止条件成立，则退出快速追星流程，并返回天线指向偏差监测流程，若停止条件不成立，则由快速追星算法基于新的天线指向和接收信号功率再估算出一个信号功率增加最快的方向，并将天线的方位角和俯仰角沿着该方向调整一定的角度，然后，判断算法停止条件是否成立；如前述所述往复，直到算法满足停止条件后退出，快速追星算法将天线指向修正到一个离修正前指向最近且接收信号功率最大的位置：

所述步骤A2）中涉及的稳健追星具体流程为：

2.根据权利要求1所述的卫星天线自动对星方法，其特征在于，所述步骤A1）中的快速追星适用于即天线方位角和俯仰角出现的相对偏差小于天线主波束宽度的一半的情形。

3.根据权利要求1所述的卫星天线自动对星方法，其特征在于，所述步骤A1）与步骤A2）之间包括：

N1）快速追星可靠性检测流程，在快速追星流程中，采集步骤A1）接受到的接收信号功率，并将采集值与参考值之差的绝对值与预设门限值进行比较，以判断天线指向是否被修正到最佳位置；若判断出天线指向已被修正到最佳位置，则结束追星，进入天线指向偏差监测流程，若判断出天线指向未被修正到最佳位置，则启动步骤A2）涉及的稳健追星流程，重新修正天线的指向。