CN106299699B - 一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统及方法，用于解决现有卫星天线自动跟踪系统存在的不足，其特征在于：包括主反射面、副反射面、馈源，主反射面配有伺服跟踪单元及主控单元；所述主反射面、副反射面与馈源同轴心设置，所述主反射面与副反射面的其中一个可绕轴心旋转并配有旋转机构，所述旋转的主反射面或副反射面上偏心设置有信号局部失效区域。本发明与步进跟踪相比，精度高、响应快；与圆锥扫描跟踪相比，主反射面与副反射面同轴心设置，减小了旁瓣，降低了临星干扰，提高了适用性；与单脉冲跟踪相比，利用旋转的、偏心的信号局部失效区域就能获取型号强度周期变化的类正弦信号，设备简单，成本低廉。

Description

一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统及方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，具体涉及到一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统及方法。
背景技术
“动中通”是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称，用于实现移动载体与卫星间的通信。卫星信号微弱且具有极强的方向性，为了保证移动载体（如船舶、火车等）接收到稳定的信号，以满足通信的要求，需要实时检测天线与卫星的偏差，并及时调整天线姿态，即保证天线实时对准卫星。所以，天线自动跟踪技术是卫星天线的核心技术之一，是实现移动载体与卫星稳定通信的前提。目前常用的天线自动跟踪技术有步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪三种。
步进跟踪又称极值跟踪，是一种根据卫星信标信号的极大值来判定天线是否对准卫星的方法：天线的方位面或俯仰面在一定时间内作微小转动，通过电平信号的增减来调节天线，使天线逐步对准卫星。步进跟踪的缺点是天线波束不能停留在完全对准星体的方向上，而是在该方向周围摆动，因而跟踪精度低、响应慢、临星干扰大。
圆锥扫描跟踪采用波束围绕天线轴线连续旋转，来获取卫星标偏离天线轴线的角位置误差信号，由误差信号来驱动伺服系统把天线向减小误差的方向转动，实现对卫星的跟踪。圆锥扫描跟踪要么馈源偏离反射面的焦点，要么天线主轴与卫星信号轴向有一个夹角，其旁瓣增大、临星干扰大的问题始终存在，限制了其在大规模通信中的应用。
单脉冲跟踪是一种先进的跟踪方法，在一个脉冲的间隔时间内就能得到完整的天线波束偏离卫星的方位、俯仰误差，并能驱动伺服系统使天线迅速对准卫星。单脉冲跟踪具有灵敏度高、临星干扰小的特点，但其馈源系统大而复杂，技术要求高，设备昂贵，主要应用在高端或军事领域，无法大规模推广。
发明内容
为了解决现有卫星天线自动跟踪系统存在的不足，本发明提供了一种精度高、临星干扰小而且成本较低的双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统及方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，包括主反射面、副反射面、馈源，主反射面配有伺服跟踪单元及主控单元；所述主反射面、副反射面与馈源同轴心设置，所述主反射面与副反射面的其中一个可绕轴心旋转并配有旋转机构，所述旋转的主反射面或副反射面上偏心设置有信号局部失效区域。
所述旋转机构匀速旋转。
所述信号局部失效区域设置在副反射面上。
所述信号局部失效区域设置在副反射面上场强密度最大处。
所述信号局部失效区域设置在主反射面上。
所述信号局部失效区域设置在主反射面上的边缘位置。
一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统的自动跟踪方法，其步骤如下：a）当所述主反射面轴心偏离卫星时，主反射面汇聚卫星微波信号到副反射面，并反射至馈源，因信号局部失效区域旋转产生强度周期波动的信号；
b）所述主控单元接收并处理该信号，根据信号的强度分布计算主反射面偏离卫星的方向，根据信号强度极值偏差计算主反射面偏离卫星的程度；
c）所述主控单元驱动伺服跟踪单元，使主反射面向卫星方向移动；
d）当所述主反射面轴心对准卫星时，信号局部失效区域旋转时馈源获取的信号强度相同，所述主控单元保持伺服跟踪单元状态不变。
本发明的有益效果是：
本发明与步进跟踪相比，精度高、响应快；与圆锥扫描跟踪相比，主反射面与副反射面同轴心设置，减小了旁瓣，降低了临星干扰，提高了适用性；与单脉冲跟踪相比，利用旋转的、偏心的信号局部失效区域就能获取型号强度周期变化的类正弦信号，设备简单，成本低廉。
附图说明
图1是本发明实施例一正对卫星时的示意图。
图2是本发明实施例一中信号局部失效区域的示意图。
图3是本发明实施例一正对卫星时副反射面的场强密度示意图。
图4是本发明实施例一偏离卫星时副反射面处于一号位置的示意图。
图5是本发明实施例一中副反射面处于一号位置时的场强密度示意图。
图6是本发明实施例一偏离卫星时副反射面处于二号位置的示意图。
图7是本发明实施例一中副反射面处于二号位置时的场强密度示意图。
图8是本发明实施例一中馈源接收的信号曲线。
图9是本发明实施例一的原理框图。
图10是本发明实施例二正对卫星时的示意图。
图11是本发明实施例二中信号局部失效区域的示意图。
主反射面1、副反射面2、馈源3、旋转机构4、信号局部失效区域5。
具体实施方式
下面以环焦天线作实施例并结合附图本发明作进一步说明。
实施例一中，如图1、图2所示，一种环焦天线的自动跟踪系统，包括主反射面1、副反射面2、馈源3，主反射面1配有伺服跟踪单元及主控单元，主反射面1、副反射面2与馈源3同轴心设置，副反射面2可绕轴心旋转并配有旋转机构4，副反射面2的场强密度最大处偏心设置有信号局部失效区域5。
实施例一中，信号局部失效区域5可采用局部缺省、信号吸收涂层等方式来实现。
实施例一中，如图1所示，当主反射面1的轴心对准卫星时，主反射面1汇聚微波信号到副反射面2，在副反射面2上场强分布是不均匀的，越靠近主反射面1边缘汇聚的微波场强越密集，即越靠近副反射面2中心的场强越密集，即如图3所示。此时副反射盘2旋转一周，信号局部失效区域5损失的微波信号能量在旋转圆周上是相同的，即馈源3会接收到平稳的信号。
实施例一中，如图4、图6所示，当主反射面1的轴心偏离卫星，副反射面2分别处于一号位置与二号位置时，副反射面2上的场强密度分布分别如图5、图7所示。此时副反射盘2旋转一周，信号局部失效区域5损失的微波信号能量在旋转圆周上是不同的，馈源3实际会接收到强度周期波动的信号，其信号波形与信号局部失效区域5的位置、赋形、转速都有关系，当技术参数调节恰当，信号强度就会表现为如图8所示的类正弦波。
实施例一中的环焦天线自动跟踪系统的自动跟踪方法，其步骤如下：a）当所述主反射面1轴心偏离卫星时，主反射面1汇聚卫星微波信号到副反射面2，并反射至馈源3，因信号局部失效区域5旋转产生强度周期波动的信号；b）所述主控单元接收并处理该信号，根据信号的强度分布计算主反射面1偏离卫星的方向，根据信号强度极值偏差计算主反射面1偏离卫星的程度；c）所述主控单元驱动伺服跟踪单元，使主反射面1向卫星方向移动；d）当所述主反射面1轴心对准卫星时，信号局部失效区域5旋转时馈源3获取的信号强度相同，所述主控单元保持伺服跟踪单元状态不变。基于实施例一的卫星天线自动跟踪方法与步进跟踪相比，精度高、响应快；与圆锥扫描跟踪相比，主反射面1与副反射面2同轴心设置，减小了旁瓣，降低了临星干扰，提高了适用性；与单脉冲跟踪相比，利用旋转的、偏心的信号局部失效区域5就能获取型号强度周期变化的类正弦信号，设备简单，成本低廉。
实施例一中，如图1、图2所示，信号局部失效区域5设置在副反射面2的场强密度最大处附近。副反射面2的尺寸较小，良好的设计可保证快速稳定旋转，即实现较快的跟踪速度与较高的跟踪精度，转速足够高时，实施例一能够接近甚至超过单脉冲跟踪的技术性能；信号局部失效区域5设置场强密度较大的区域，能进一步提高跟踪速度与跟踪精度。
实施例二中，如图10、图11所示，主反射面1旋转，且信号局部失效区域5设置在主反射面1的边缘位置，其原理与实施例一相通，都是利用带偏心信号局部失效区域5反射面的旋转，来获取强度周期波动的信号，以此为基础来实现卫星天线的自动跟踪。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，包括主反射面（1）、副反射面（2）、馈源（3），主反射面（1）配有伺服跟踪单元及主控单元，其特征在于：所述主反射面（1）、副反射面（2）与馈源（3）同轴心设置，所述主反射面（1）与副反射面（2）的其中一个可绕轴心旋转并配有旋转机构（4），所述旋转的主反射面（1）或副反射面（2）上偏心设置有信号局部失效区域（5）。
2.根据权利要求1所述的双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，其特征在于：所述旋转机构（4）匀速旋转。
3.根据权利要求1或2所述的双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，其特征在于：所述信号局部失效区域（5）设置在副反射面（2）上。
4.根据权利要求3所述的双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，其特征在于：所述信号局部失效区域（5）设置在副反射面（2）上场强密度最大处。
5.根据权利要求1或2所述的双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，其特征在于：所述信号局部失效区域（5）设置在主反射面（1）上。
6.根据权利要求5所述的双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统，其特征在于：所述信号局部失效区域（5）设置在主反射面（1）上的边缘位置。
7.根据权利要求1所述双反射面卫星天线旋转缺区跟踪系统的自动跟踪方法，其特征是步骤如下：
a）当所述主反射面（1）轴心偏离卫星时，主反射面（1）汇聚卫星微波信号到副反射面（2），并反射至馈源（3），因信号局部失效区域（5）旋转产生强度周期波动的信号；
b）所述主控单元接收并处理该信号，根据信号的强度分布计算主反射面（1）偏离卫星的方向，根据信号强度极值偏差计算主反射面（1）偏离卫星的程度；
c）所述主控单元驱动伺服跟踪单元，使主反射面（1）向卫星方向移动；
d）当所述主反射面（1）轴心对准卫星时，信号局部失效区域（5）旋转时馈源（3）获取的信号强度相同，所述主控单元保持伺服跟踪单元状态不变。
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