CN104681986A - 卫星天线在倾斜状态下的寻星方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，包括在倾斜状态下的天线初始化、预搜索信号搜索和跟踪方法。倾斜状态下的卫星天线对星系统在初始化完成后，获取当前天线姿态，进入天线初始化，控制天线走到初始的方位、俯仰位置。在预搜索步骤中，先获取理论对星数据，然后控制电机走到理论极化角度、理论俯仰角度，进入信号搜索步骤。当接收机采集信号大于门限时，进入跟踪模块。倾斜状态下的跟踪方法分为螺旋式搜索和十字搜索，最终实现天线精确对准卫星。本发明通过判断卫星天线的姿态，从而分别调用不同倾斜状态下的寻星算法，实现快速对星。
Description
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，特别涉及了卫星天线在倾斜状态下的寻星方法。
背景技术
在卫星通信系统中，一种快速准确的寻星方法完成天线对卫星的跟踪是非常重要的问题。卫星天线的跟踪原理是通过信标接收机捕获同步卫星发出的信标信号，并对其下变频，变频成中频信号，然后检测出与信标信号强度成正比的直流电压，给出卫星信标信号相对于天线在不同角位置时所对应的信号强度电压，以直流电压形式送给天线伺服控制系统，完成天线对卫星的自动跟踪。
通过上述对卫星通信过程中自动跟踪原理的介绍，并结合实际应用，我们很容易发现，卫星通信天线大多数是在平地上进行的。这会存在一个问题：在需要紧急通信的情况下，若地势不平坦，还是按照平地上的寻星方法进行自动跟踪，很难快速跟踪到卫星信号，甚至跟踪不到卫星信号或者出现误跟踪等情况。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，解决卫星天线在倾斜状态下难以快速、准确地跟踪卫星信号的问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，包括以下步骤：
(1)倾斜状态下的天线启动进入系统初始化，检测倾斜仪、信标接收机、卫星接收机、GPS、限位器和极化电位器的状态；
(2)通过倾斜仪得到卫星天线的倾斜姿态和俯仰角度，然后控制天线走到初始的方位位置和俯仰位置；
(3)进入预搜索步骤，先获取理论对星数据，所述理论对星数据包括卫星经度、接收机选择标志、地球站经度和纬度、极化方式、对星载波频率和信标频率和对星门限；
(4)通过对星计算，获得理论方位角度、理论俯仰角度和理论极化角度，然后控制极化电机走到理论极化角度，再控制俯仰电机走到理论俯仰角度，最后控制方位电机走到离理论方位角度20度的位置，采集背景噪声，进入信号搜索步骤；
(5)天线在理论方位角度的正负20度以及理论俯仰角度的正负5度范围内搜索，当接收机采集信号能量大于门限时，进入跟踪搜索步骤，所述跟踪搜索步骤依次包括螺旋式搜索和十字搜索，螺旋式搜索是控制天线进行画框跟踪，找出大于门限值附近能量最大处，然后再进入十字搜索，锁定最大值位置，天线精确对准卫星。
其中，步骤(2)中所述卫星天线的俯仰角度的计算公式：
上式中，为卫星天线的俯仰角度，α为倾斜仪的感应轴与天线轴的夹角，γ为倾斜仪的横滚角，β为倾斜仪与水平面的俯仰角度。
其中，步骤(5)，在进行所述螺旋式搜索时，需要不断修正卫星天线的姿态。
其中，所述螺旋式搜索的具体步骤：
在理论方位角度正负20度范围内扫描，首先方位电机右移，并保持俯仰角度不变，方位电机每次移动固定步长，采集此时的信标接收机的电平电压，并与上一次电平电压比较，如果本次电平电压值小于上一次电平电压值，则改变搜索方向，同时调整驱动俯仰电机，以修正天线姿态，如果采集的电压电平小于跟踪门限，则继续搜索，每搜索完一圈就是一个周期，如果采样到的接收机电平电压大于等于跟踪门限，则认为天线已搜索到目标卫星，进入十字搜索。
其中，修正天线姿态的具体方法为，若天线处于平地或者向左倾斜状态下，当方位电机向右移动固定步长时，俯仰电机向下移动，当方位电机向左移动固定步长时，俯仰电机向上移动；若天线处于向右倾斜状态下，当方位电机向右移动固定步长时，俯仰电机向上移动，当方位电机向左移动固定步长时，俯仰电机向下移动。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明在天线平地寻星机制中引入判断卫星天线姿态的思想。通过判断天线的姿态，引入卫星天线在向左倾斜状态下的寻星方法和向右倾斜状态下的寻星方法，从而达到快速对星的效果，对场地的要求大大降低，方便天线系统的搭建和移动；
(2)本发明只需在现有天线对星系统的基础上进行算法的改进，容易实现，且算法更加高效，可以更快地实现卫星的跟踪。
附图说明
图1是本发明寻新方法的流程图。
图2是本发明倾斜仪与天线轴的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
卫星天线的跟踪原理是通过信标接收机捕获同步卫星发出的信标信号，并对其下变频，变频成中频信号，然后检测出与信标信号强度成正比的直流电压，给出卫星信标信号相对于天线在不同角位置时所对应的信号强度电压，以直流电压形式送给天线伺服控制系统，完成天线对卫星的自动跟踪。由于卫星通信天线大多数是在平地上进行的。这会存在一个问题：在需要紧急通信的情况下，若地势不平坦，还是按照平地上的寻星方法进行自动跟踪，很难快速跟踪到卫星信号，甚至跟踪不到卫星信号或者出现误跟踪等情况。本发明为了解决传统寻星方法中卫星天线在倾斜状态下难以快速、准确地跟踪卫星信号的问题，在天线平地寻星机制中引入判断卫星天线姿态的思想，通过判断天线的姿态，分别引入卫星天线在向左倾斜状态下的寻星方法和向右倾斜状态下的寻星方法，从而达到快速对星的效果。其中，平地上寻星方法可以和向左倾斜状态下共用一种寻星方法，可以达到简化寻星算法的目的。判断卫星天线姿态的思想，为了合理调用倾斜状态下的天线寻星算法，需要在调用算法前判断卫星天线的姿态。通过倾斜仪读出的数据计算出卫星天线当前姿态，若天线在平地上或者在向左倾斜的状态下，调用向左倾斜情况下的寻星算法，若天线在向右倾斜的状态下，调用向右倾斜情况下的寻星算法。
如图1所示本发明的寻星方法流程图，
(1)倾斜状态下的天线启动进入系统初始化，检测倾斜仪、信标接收机、卫星接收机、GPS、限位器和极化电位器的状态；
(2)通过倾斜仪得到卫星天线的倾斜姿态和俯仰角度，然后控制天线走到初始的方位位置和俯仰位置；
(3)进入预搜索步骤，先获取理论对星数据，所述理论对星数据包括卫星经度、接收机选择标志、地球站经度和纬度、极化方式、对星载波频率和信标频率和对星门限；
(4)通过对星计算，获得理论方位角度、理论俯仰角度和理论极化角度，然后控制极化电机走到理论极化角度，再控制俯仰电机走到理论俯仰角度，最后控制方位电机走到离理论方位角度20度的位置，采集背景噪声，进入信号搜索步骤；
(5)天线在理论方位角度的正负20度以及理论俯仰角度的正负5度范围内搜索，当接收机采集信号能量大于门限时，进入跟踪搜索步骤，所述跟踪搜索步骤依次包括螺旋式搜索和十字搜索，螺旋式搜索是控制天线进行画框跟踪，找出大于门限值附近能量最大处，然后再进入十字搜索，锁定最大值位置，天线精确对准卫星。
在本实施例中，步骤(2)中所述卫星天线的俯仰角度的计算公式：
d＝L×sinα，
h＝d×sin(90°-γ)＝L×sinα×sin(90°-γ)，
θ＝arcsin(sinα×cosγ)，
如图2所示，上式中，α为倾斜仪感应轴与天线轴的夹角，γ为倾斜仪横滚角，θ为天线轴与倾斜仪平面的夹角，L为截取的天线轴的长度，h是对应与L的天线轴与倾斜仪平面的距离，d是对应于L的天线轴与倾斜仪感应轴的距离，β为倾斜仪与水平面的俯仰角度，为卫星天线的俯仰角度。
在本实施例中，步骤(5)，在进行所述螺旋式搜索时，需要不断修正卫星天线的姿态。
在本实施例中，所述螺旋式搜索的具体步骤：
在理论方位角度正负20度范围内扫描，首先方位电机右移，并保持俯仰角度不变，方位电机每次移动固定步长，采集此时的信标接收机的电平电压，并与上一次电平电压比较，如果本次电平电压值小于上一次电平电压值，则改变搜索方向，同时调整驱动俯仰电机，以修正天线姿态，如果采集的电压电平小于跟踪门限，则继续搜索，每搜索完一圈就是一个周期，如果采样到的接收机电平电压大于等于跟踪门限，则认为天线已搜索到目标卫星，进入十字搜索。
在本实施例中，修正天线姿态的具体方法为，若天线处于平地或者向左倾斜状态下，当方位电机向右移动固定步长时，俯仰电机向下移动，当方位电机向左移动固定步长时，俯仰电机向上移动；若天线处于向右倾斜状态下，当方位电机向右移动固定步长时，俯仰电机向上移动，当方位电机向左移动固定步长时，俯仰电机向下移动。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)倾斜状态下的天线启动进入系统初始化，检测倾斜仪、信标接收机、卫星接收机、GPS、限位器和极化电位器的状态；
(2)通过倾斜仪得到卫星天线的倾斜姿态和俯仰角度，然后控制天线走到初始的方位位置和俯仰位置；
(3)进入预搜索步骤，先获取理论对星数据，所述理论对星数据包括卫星经度、接收机选择标志、地球站经度和纬度、极化方式、对星载波频率和信标频率和对星门限；
(4)通过对星计算，获得理论方位角度、理论俯仰角度和理论极化角度，然后控制极化电机走到理论极化角度，再控制俯仰电机走到理论俯仰角度，最后控制方位电机走到离理论方位角度20度的位置，采集背景噪声，进入信号搜索步骤；
(5)天线在理论方位角度的正负20度以及理论俯仰角度的正负5度范围内搜索，当接收机采集信号能量大于门限时，进入跟踪搜索步骤，所述跟踪搜索步骤依次包括螺旋式搜索和十字搜索，螺旋式搜索是控制天线进行画框跟踪，找出大于门限值附近能量最大处，然后再进入十字搜索，锁定最大值位置，天线精确对准卫星。
2.根据权利要求1所述卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，其特征在于：步骤(2)中所述卫星天线的俯仰角度的计算公式：
上式中，为卫星天线的俯仰角度，α为倾斜仪的感应轴与天线轴的夹角，γ为倾斜仪的横滚角，β为倾斜仪与水平面的俯仰角度。
3.根据权利要求1所述卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，其特征在于：步骤(5)，在进行所述螺旋式搜索时，需要不断修正卫星天线的姿态。
4.根据权利要求3所述卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，其特征在于：所述螺旋式搜索的具体步骤：
在理论方位角度正负20度范围内扫描，首先方位电机右移，并保持俯仰角度不变，方位电机每次移动固定步长，采集此时的信标接收机的电平电压，并与上一次电平电压比较，如果本次电平电压值小于上一次电平电压值，则改变搜索方向，同时调整驱动俯仰电机，以修正天线姿态，如果采集的电压电平小于跟踪门限，则继续搜索，每搜索完一圈就是一个周期，如果采样到的接收机电平电压大于等于跟踪门限，则认为天线已搜索到目标卫星，进入十字搜索。
5.根据权利要求4所述卫星天线在倾斜状态下的寻星方法，其特征在于：修正天线姿态的具体方法为，若天线处于平地或者向左倾斜状态下，当方位电机向右移动固定步长时，俯仰电机向下移动，当方位电机向左移动固定步长时，俯仰电机向上移动；若天线处于向右倾斜状态下，当方位电机向右移动固定步长时，俯仰电机向上移动，当方位电机向左移动固定步长时，俯仰电机向下移动。
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Date of cancellation: 20220908 Granted publication date: 20170517 Pledgee: Nanjing Jiangbei new area green Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: NANJING CHINA-SPACENET SATELLITE TELECOM Co.,Ltd. Registration number: Y2021320000176 |