CN106469853B - 一种移动地面站及移动地面站跟踪卫星波束的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种移动地面站及移动地面站跟踪卫星波束的方法，其中该移动地面站包括：运动平台；固定在运动平台上的底座；固定在底座上的至少一个相控阵天线，且底座上设置有用于获取相控阵天线的震动角度的第一定位设备；分别与第一定位设备和相控阵天线连接的控制模块，当运动平台发生震动时，第一定位设备会将测量得到的震动角度输出给控制模块，控制模块会根据当前相控阵天线与卫星的相对方位角度以及震动角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向，本发明的实施例能在运动平台发生震动时，简单、精确地跟踪卫星波束。

Description

一种移动地面站及移动地面站跟踪卫星波束的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种移动地面站及移动地面站跟踪卫星波束的方法。

背景技术

随着卫星通信技术的发展和边远地区高速宽带业务的需要，采用卫星为高铁、飞机、轮船、边远地区提供高速宽带上网业务成为广泛被采用的方案。

目前卫星天线为了获得较高的增益，使用反射式天线的较多。对于静止的地面站跟踪静止轨道卫星比较实用，天线不需要转动。但对于跟踪低轨道卫星，或者是在运动平台上(例如飞机、列车、汽车)使用，天线需要架设在具有稳定和随动能力的平台上，大幅增加了复杂度。

但随着相控阵天线技术的成熟，直接采用相控阵技术作为卫星地面站天线已经可行。相控阵天线可以采用波束赋形方法对运动的低轨道卫星进行跟踪。不需要额外的稳定平台，可以应用于多种运动平台，是一大优势。

但是，相控阵天线跟踪卫星也会受到运动平台的震动和移动(例如飞机、列车、汽车转弯等)的影响。在这些情况下，由于地面站的相控阵的载体的方向变化了，相对卫星的指向也要变化。地面站单纯依靠接收卫星信号，波束赋形处理来跟踪卫星信号的指向变化需要的处理复杂度高，成本高。

同时，由于卫星通信频率的不断提高，相控阵天线波束赋形的波束角度将不断缩小。对于具有大量相控阵单元(例如数百个)的，其波束的宽度可以小于1度。其优点是提高了天线的信号增益，缺点是当相控阵平台有微小抖动的时候，波束赋形方向变化会严重偏离卫星的方向，从而引起接收信号强度大幅变化。如果采用信号处理的方法进行方向修正和跟踪，同样有上述的处理复杂度高、成本高的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种移动地面站及移动地面站跟踪卫星波束的方法，能在运动平台发生震动时，简单、精确地跟踪卫星波束，进而降低成本。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种移动地面站，该移动地面站包括：

运动平台；

固定在运动平台上的底座；

固定在底座上的至少一个相控阵天线，且底座上设置有用于获取相控阵天线的震动角度的第一定位设备；

分别与第一定位设备和相控阵天线连接的控制模块，

其中，当运动平台发生震动时，第一定位设备会将测量得到的相控阵天线的震动角度输出给控制模块，控制模块会根据当前相控阵天线与卫星的相对方位角度以及所接收到的相控阵天线的震动角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向。

其中，第一定位设备包括：三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和/或磁方位角仪。

其中，底座上还设置有用于获取底座和相控阵天线的当前位置信息的第二定位设备，且第二定位设备与控制模块连接，

其中，当控制模块接收到第二定位设备输出的当前位置信息时，控制模块会根据当前位置信息和底座中预先存储的卫星的轨道运行信息推算出当前相控阵天线与卫星的相对方位角度。

其中，当前位置信息至少包括：底座的位置、摆放方位、水平角度以及相控阵天线的倾斜角度。

本发明的实施例还提供了一种移动地面站跟踪卫星波束的方法，应用于上述的移动地面站，该方法包括：

当运动平台震动带动相控阵天线震动时，通过第一定位设备获取相控阵天线的震动角度；

获取当前相控阵天线与卫星的相对方位角度；

根据震动角度和相对方位角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向。

其中，获取当前相控阵天线与卫星的相对方位角度，具体包括：

通过第二定位设备，获取底座和相控阵天线的当前位置信息；

根据当前位置信息和底座中预先存储的卫星的轨道运行信息，推算出当前相控阵天线与卫星的相对方位角度。

其中，当前位置信息至少包括：底座的位置、摆放方位、水平角度以及相控阵天线的倾斜角度。

其中，根据震动角度和相对方位角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，具体包括：

计算震动角度和相对方位角度的和值或差值；

根据和值或差值，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

在本发明的实施例中，当运动平台震动时，第一定位设备可测量得到相控阵天线的震动角度，并将测量得到的相控阵天线的震动角度输出给控制模块，使控制模块能根据该相控阵天线的震动角度和当前相控阵天线与卫星的相对方位角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，最终使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向，解决了当运动平台震动，跟踪卫星波束时，难度高、成本高的问题，达到了在运动平台发生震动时，简单、精确地跟踪卫星波束，进而降低成本的效果。

附图说明

图1为本发明第二实施例中移动地面站跟踪卫星波束的方法的流程图；

图2为本发明第二实施例中图1中步骤S12的流程图；

图3为本发明第二实施例中图1中步骤S13的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

第一实施例

本发明的第一实施例提供了一种移动地面站，该移动地面站包括：运动平台(例如飞机、列车、汽车等)；固定在运动平台上的底座；固定在底座上的至少一个相控阵天线，且底座上设置有用于获取相控阵天线的震动角度的第一定位设备；分别与第一定位设备和相控阵天线连接的控制模块。

其中，在本发明的第一实施例中，当运动平台发生震动时，第一定位设备会测量相控阵天线的震动角度，并将测量得到的相控阵天线的震动角度输出给控制模块，而控制模块在接收到相控阵天线的震动角度后，会根据当前相控阵天线与卫星的相对方位角度和相控阵天线的震动角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向。从而达到在运动平台发生震动时，简单、精确地跟踪卫星波束的效果。需要说明的是，在本发明的第一实施例中，运动平台可以是任意运动平台，例如飞机、列车、汽车等，即，在本发明的第一实施例中并不限定运动平台的具体形式。

其中，在本发明的第一实施例中，上述卫星为低轨道卫星。

其中，在本发明的第一实施例中，上述第一定位设备包括：三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和/或磁方位角仪。作为一个优选地示例，为了提高相控阵天线的震动角度的准确性，上述第一定位设备可包括：三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和磁方位角仪。需要说明的是，三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和磁方位角仪均可以采用目前已经在终端中广泛应用的低成本固态电路实现，进而降低成本。

其中，在本发明的第一实施例中，上述底座上还设置有用于获取底座和相控阵天线的当前位置信息的第二定位设备，且该第二定位设备与控制模块连接，其中，当前位置信息至少包括：底座的位置、摆放方位、水平角度以及相控阵天线的倾斜角度。

其中，在本发明的第一实施例中，上述第二定位设备至少包括：定位装置和定时装置。即底座能通过时钟、全球定位卫星信号或者其他卫星和地面信号，确定出底座和相控阵天线的当前位置信息。需要说明的是，定位装置和定时装置均可以采用目前已经在终端中广泛应用的低成本固态电路实现，进而降低成本。此外，通过第二定位设备获取底座和相控阵天线的当前位置信息，对于本领域的技术人员而言，属于公知常识，在此不再赘述。

其中，在本发明的第一实施例中，当控制模块接收到第二定位设备输出的当前位置信息时，控制模块会根据当前位置信息和底座中预先存储的卫星的轨道运行信息推算出当前相控阵天线与卫星的相对方位角度。需要说明的是，控制模块根据当前位置信息和底座中预先存储的卫星的轨道运行信息推算出当前相控阵天线与卫星的相对方位角度，对于本领域的技术人员而言，属于公知常识，在此不再赘述。

第二实施例

如图1所示，本发明的第二实施例提供了一种移动地面站跟踪卫星波束的方法，应用于上述的移动地面站，其中该方法包括：

步骤S11，当运动平台震动带动相控阵天线震动时，通过第一定位设备获取相控阵天线的震动角度；

其中，在本发明的第二实施例中，上述第一定位设备包括：三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和/或磁方位角仪。作为一个优选地示例，为了提高相控阵天线的震动角度的准确性，上述第一定位设备可包括：三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和磁方位角仪。需要说明的是，三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和磁方位角仪均可以采用目前已经在终端中广泛应用的低成本固态电路实现，进而降低成本。

步骤S12，获取当前相控阵天线与卫星的相对方位角度；

步骤S13，根据震动角度和相对方位角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向。

在本发明的第二实施例中，上述卫星为低轨道卫星。

在本发明的第二实施例中，当运动平台震动带动相控阵天线震动时，通过第一定位设备获取相控阵天线的震动角度，紧接着根据该震动角度和当前相控阵天线与卫星的相对方位角度，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准卫星的波束指向，从而达到在运动平台发生震动时，简单、精确、稳定地跟踪卫星波束的效果，提高上下行卫星信号的可靠性。

其中，如图2所示，在本发明的第二实施例中，上述步骤S12具体包括：

步骤S21，通过第二定位设备，获取底座和相控阵天线的当前位置信息；

其中，在本发明的第二实施例中，上述当前位置信息至少包括：底座的位置、摆放方位、水平角度以及相控阵天线的倾斜角度。

其中，在本发明的第二实施例中，上述第二定位设备至少包括：定位装置和定时装置。需要说明的是，定位装置和定时装置均可以采用目前已经在终端中广泛应用的低成本固态电路实现，进而降低成本。此外，通过第二定位设备获取底座和相控阵天线的当前位置信息，对于本领域的技术人员而言，属于公知常识，在此不再赘述。

步骤S22，根据当前位置信息和底座中预先存储的卫星的轨道运行信息，推算出当前相控阵天线与卫星的相对方位角度。

其中，在本发明的第二实施例中，为了提高对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正的准确性，需要根据底座和相控阵天线的当前位置信息和底座中预先存储的卫星的轨道运行信息，推算出当前相控阵天线与卫星的相对方位角度。

其中，如图3所示，在本发明的第二实施例中，上述步骤S13具体包括：

步骤S31，计算震动角度和相对方位角度的和值或差值；

步骤S32，根据和值或差值，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。

在本发明的第二实施例中，以相控阵天线的当前波束赋形方向的某个位置为基准，若运动平台发生震动后，上述震动角度为沿该基准向逆时针方向旋转形成的角度，且相对方位角度为沿该基准向顺时针方向旋转形成的角度时，上述步骤S31计算的是和值，相应地，上述步骤S32为：根据和值，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。

类似地，若运动平台发生震动后，上述震动角度为沿该基准向逆时针方向旋转形成的角度，且相对方位角度为沿该基准向逆时针方向旋转形成的角度时，上述步骤S31计算的是差值，相应地，上述步骤S32为：根据差值，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。

类似地，若运动平台发生震动后，上述震动角度为沿该基准向顺时针方向旋转形成的角度，且相对方位角度为沿该基准向逆时针方向旋转形成的角度时，上述步骤S31计算的是和值，相应地，上述步骤S32为：根据和值，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。

类似地，若运动平台发生震动后，上述震动角度为沿该基准向顺时针方向旋转形成的角度，且相对方位角度为沿该基准向顺时针方向旋转形成的角度时，上述步骤S31计算的是差值，相应地，上述步骤S32为：根据差值，对相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。

需要说明的是，本发明第二实施例提供的移动地面站跟踪卫星波束的方法是应用于上述移动地面站的方法，即上述移动地面站的所有实施例均适用于该方法，且均能达到相同或相似的有益效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动地面站，其特征在于，所述移动地面站包括：

运动平台；

固定在所述运动平台上的底座；

固定在所述底座上的至少一个相控阵天线，且所述底座上设置有用于获取所述相控阵天线的震动角度的第一定位设备；

分别与所述第一定位设备和相控阵天线连接的控制模块，

其中，当所述运动平台发生震动时，所述第一定位设备会将测量得到的所述相控阵天线的震动角度输出给所述控制模块，所述控制模块会根据当前所述相控阵天线与卫星的相对方位角度以及所接收到的所述相控阵天线的震动角度，对所述相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使所述相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准所述卫星的波束指向。

2.如权利要求1所述的移动地面站，其特征在于，所述第一定位设备包括：三维加速度计、三维陀螺仪、水平仪和/或磁方位角仪。

3.如权利要求1所述的移动地面站，其特征在于，所述底座上还设置有用于获取所述底座和相控阵天线的当前位置信息的第二定位设备，且所述第二定位设备与所述控制模块连接，

其中，当所述控制模块接收到所述第二定位设备输出的所述当前位置信息时，所述控制模块会根据所述当前位置信息和所述底座中预先存储的卫星的轨道运行信息推算出当前所述相控阵天线与卫星的相对方位角度。

4.如权利要求3所述的移动地面站，其特征在于，所述当前位置信息至少包括：所述底座的位置、摆放方位、水平角度以及所述相控阵天线的倾斜角度。

5.一种移动地面站跟踪卫星波束的方法，应用于如权利要求1～4任一项所述的移动地面站，其特征在于，所述方法包括：

当所述运动平台震动带动所述相控阵天线震动时，通过所述第一定位设备获取所述相控阵天线的震动角度；

获取当前所述相控阵天线与卫星的相对方位角度；

根据所述震动角度和相对方位角度，对所述相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，使所述相控阵天线的修正后的波束赋形方向对准所述卫星的波束指向。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取当前所述相控阵天线与卫星的相对方位角度，具体包括：

通过第二定位设备，获取所述底座和相控阵天线的当前位置信息；

根据所述当前位置信息和所述底座中预先存储的卫星的轨道运行信息，推算出当前所述相控阵天线与卫星的相对方位角度。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当前位置信息至少包括：所述底座的位置、摆放方位、水平角度以及所述相控阵天线的倾斜角度。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述震动角度和相对方位角度，对所述相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正，具体包括：

计算所述震动角度和相对方位角度的和值或差值；

根据所述和值或差值，对所述相控阵天线的当前波束赋形方向进行角度修正。