CN108321502A - 一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，该方法借助散射天线对准平台实现，所述散射天线对准平台包括第一散射天线、第二散射天线和卫星天线，其中，第一散射天线和卫星天线设于同一载体且相对位置不变。本发明通过在第一散射天线的载体上增加一个卫星天线，利用卫星天线的俯仰角变化值反算出第一散射天线的俯仰角变化值和第二散射天线的俯仰角变化值，第一散射天线和第二散射天线根据其俯仰角变化值调整指向，从而实现两个散射天线之间的俯仰角对准。本发明可以同时调整散射天线的航向角和俯仰角，为设置在多个方向均有较大幅度运动的载体上的散射天线提供了一种高精度的对准方法。
Description
技术领域
本发明属于散射通信技术领域，具体涉及一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法。
背景技术
散射通信是指利用对流层及电离层中的不均匀性对电磁波产生的散射作用，进行的超视距通信。其中，散射天线是散射通信中的重要工具，在使用过程中，发射端的散射天线和接收端的散射天线以确定的航向角和俯仰角对准对流层，利用对流层的散射作用，实现两个散射天线的超视距通信。当两个散射天线的载体静止时(例如天线在载体为地面或者静止的汽车等)，可以很方便地调整散射天线的航向角和俯仰角，以使两个散射天线对准，然而，当载体实时移动时，散射天线的航向角和俯仰角随载体实时发生变化，此时，两个散射天线对准便很难实现，从而影响正常的通信。
为了解决上述问题，一份已公开的名称为“一种用于散射的天线对准方法”，申请号为“201210377785.5”中国发明专利公开了一种用于散射的天线对准方法，其原理是采用副天线发送包含方位指示信息的探测信号，通过收发双方的副天线进行搜索对方发送的探测信号，收到对方的信号后，结合双方的位置信息，利用天线方位角估计算法，得到各自天线方位角，然后控制主天线和副天线根据算出来的天线方位角指向相应的方位，实现粗对准。实际上，上述方法中所述的天线方位角是指天线的航向角，也就是说，其仅仅保证了两个散射天线的航向角对准，对于在垂直方向上不发生较大幅度运动，仅在水平方向上发生较大幅度运动的载体(例如在地面上行驶的汽车)，由于散射天线的俯仰角变化很小，使用这种方法基本可以满足散射天线对准的要求，但是，对于在垂直方向和水平方向均发生较大幅度运动的载体(例如在海面运动的轮船等)，散射天线的航向角和俯仰角均实时地随载体发生较大的变化，如采取上述方法，仅仅对准两个散射天线的航向角，依然无法真正地完成两个散射天线的对准。虽然，在现有技术中可以采用倾角传感器调整散射天线的俯仰角，但是倾角传感器也仅仅适用于仅有重力加速度的载体，对于轮船这类在多个方向均存在加速度的载体，其并不适用。
因此，如何同时调整散射天线的航向角和俯仰角，以实现散射天线的对准，成为亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的提供一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其可以同时调整散射天线的航向角和俯仰角。
为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，该方法借助同步轨道卫星和散射天线对准平台实现，所述散射天线对准平台包括第一散射天线、第二散射天线和卫星天线，其中，第一散射天线和卫星天线设于同一载体且相对位置不变；第一散射天线和第二散射天线在任意一个地理坐标、任意一个时刻实现通信时，卫星天线均对准同步轨道卫星，即第一散射天线的俯仰角的变化值与卫星天线的俯仰角的变化值存在确定的几何变换关系；
该方法具体包括以下步骤：
S1：对准所述第一散射天线和所述第二散射天线的航向角，具体方法包括：
S1.1：实时获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的地理坐标，根据所述地理坐标，利用天线航向角计算法，分别得到所述第一散射天线和所述第二散射天线在该地理坐标时相互对准的理论航向角；
S1.2：通过设备分别获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的实时航向角，并计算所述第一散射天线的理论航向角与实时航向角的航向角差值，以及所述第二散射天线的理论航向角与实时航向角的航向角差值；
S1.3：所述第一散射天线和所述第二散射天线根据各自的航向角差值改变指向方位，指向各自的理论航向角，实现二者的航向角对准；
S2：对准所述第一散射天线和所述第二散射天线的航向角，具体方法包括：
S2.1：所述卫星天线实时地对准同步轨道卫星，计算所述卫星天线在当前的地理坐标时，其实时俯仰角相对于理论俯仰角的俯仰角变化值；根据所述卫星天线的俯仰角变化值反算出所述第一散射天线在当前地理坐标时的实时俯仰角相对于在当前地理坐标时对应的理论俯仰角的俯仰角变化值；
S2.2：根据所述第一散射天线的俯仰角变化值调整所述第一散射天线的俯仰角，以指向第一散射天线自身在当前地理坐标时对应的理论俯仰角；根据所述第一散射天线的俯仰角变化值算出所述第二散射天线的俯仰角变化值，根据所述第二散射天线的俯仰角变化值调整所述第二散射天线的俯仰角，以指向第二散射天线自身的理论俯仰角，实现所述第一散射天线与所述第二散射天线的俯仰角对准；
步骤S1和步骤S2的顺序可以调换或同步进行。
进一步地，在步骤S2中,采用全球导航卫星系统获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的实时航向角。
进一步地，在步骤S2.1中，计算的所述卫星天线俯仰角变化值的具体步骤为：获取所述卫星天线的实时俯仰角，计算所述卫星天线的实时俯仰角和初始俯仰角的俯仰角差值，该俯仰角差值即为所述卫星天线的俯仰角变化值。
进一步地，所述卫星天线为船载卫星天线。
进一步地，所述第一散射天线的俯仰角变化所在的第一平面与所述第二散射天线的俯仰角变化所在的第二平面非正交。
进一步地，所述第一散射天线的俯仰角变化所在的第一平面与所述卫星天线的俯仰角变化所在的第二平面的夹角为α，步骤S2.1的具体过程为：
在初始状态，所述第一散射天线与所述第二散射天线对准，所述第一散射天线在该地理坐标的理论俯仰角为γ1；所述卫星天线与同步轨道卫星对准，所述卫星天线在该地理坐标的理论俯仰角为β1；
在初始状态变化到某一实时状态的过程中，所述卫星天线与同步轨道卫星对准，测得所述卫星天线的实时俯仰角为β2，所述卫星天线的俯仰角变化值为(β2-β1)，所述载体在第二平面上的俯仰角变化值为(β2-β1)，所述载体在第一平面上的俯仰角变化值为(β2-β1) cosα；所述第一散射天线的实时俯仰角γ2＝γ1+(β2-β1)cosα，俯仰角差值为(β2- β1)cosα。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，在现有的散射天线航向角对准技术的基础上，通过在第一散射天线的载体上增加一个卫星天线，利用卫星天线的俯仰角变化值反算出第一散射天线的俯仰角变化值，第一散射天线根据其俯仰角变化值调整指向，从而实现两个散射天线之间的俯仰角对准。本发明可以同时调整散射天线的航向角和俯仰角，尤其散射天线是载体为在海面上航行的轮船时，该对准方法可以应对轮船的航行以及海浪带来的多个方向均有较大幅度运动情况，方便轮船上的散射天线迅速准确地调整航向角和俯仰角，实现与其他散射天线的高精度的对准。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的所述的散射天线对准平台；
图2是本发明的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法的原理示意图。
图中：
1-第一散射天线；2-第二散射天线；3-卫星天线；4-载体；5-同步轨道卫星；
6-第一平面；7-第二平面；8-对流层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，如图1所示，其借助同步轨道卫星和散射天线对准平台实现，散射天线对准平台包括第一散射天线1、第二散射天线2和卫星天线3，其中，第一散射天线1和卫星天线3设于同一载体4且相对位置不变。载体4可以为轮船，该对准方法特别适用于为航行中的轮船上的散射天线实现对准。
该方法实现第一散射天线1和第二散射天线2的航向角对准的基本原理是：获知第一散射天线1和第二散射天线2确定的地理坐标，利用天线航向角计算法，即可得到两个散射天线的理论航向角。天线航向角计算法是本领域中的一种公知的方法，在此不再赘述其具体的原理和过程。
该方法实现第一散射天线1和第二散射天线2俯仰角对准的基本原理是：在散射天线对准平台中，初始状态时，即第一散射天线1和第二散射天线2在某一个地理坐标的任意一个时刻实现通信时，卫星天线3均对准指定的同步轨道卫星，换言之，在这一状态下，第一散射天线1和第二散射天线2均存在一个理论俯仰角，第一散射天线1和第二散射天线2分别指向各自的理论俯仰角，两个散射天线即实现俯仰角的对准，同时，在该地理坐标下，卫星天线3相对于某一颗同步轨道卫星5存在一个理论俯仰角，卫星天线3实时指向该理论俯仰角以即可对准同步轨道卫星5。上述第一散射天线1、第二散射天线2和卫星天线3的理论俯仰角均与其所在的地理坐标相关，在本领域内，已知天线的地理坐标，即可获知其理论俯仰角。当载体4发生运动时，卫星天线3调整其航向角和俯仰角，使其继续与同步轨道卫星5 对准，而第一散射天线1和第二散射天线2也需要调整其各自的航向角和俯仰角，以使二者继续实现通信，为了便于叙述，将此时的状态称为实时状态。当对准平台由初始状态转换为实时状态时，卫星天线3、第一散射天线1和第二散射天线2的俯仰角均发生了变化，由于第一散射天线1和卫星天线3设于同一载体4且相对位置不变，所以第一散射天线1的俯仰角的变化值与卫星天线3的俯仰角的变化值存在确定的几何变换关系，又因为卫星天线3的俯仰角的变化值是可以根据现有技术计算得出，所以可以根据卫星天线3的俯仰角的变化值反算出第一散射天线1的俯仰角的变化值，而第二散射天线2的俯仰角的变化值与第一散射天线1的俯仰角的变化值相同，因此可以根据第一散射天线1和第二散射天线2的俯仰角的变化值调整其各自的指向，使其在实时状态中实现对准。
实时状态分为两种：一种为载体的地理坐标不变，仅仅是因为载体的摆动造成卫星天线 3和第一散射天线1的指向发生变化，此时卫星天线3和第一散射天线1的理论俯仰角均不变，一直为对应当前地理坐标的理论俯仰角；一种为载体的地理坐标改变的同时载体实时摆动，造成卫星天线3和第一散射天线1的指向发生变化，此时卫星天线3和第一散射天线1 的理论俯仰角会根据地理坐标的不同而发生改变。但是，只要地理坐标已知，那么卫星天线 3和第一散射天线1的理论俯仰角也是已知的，因此本发明的方法同时适用于上述两种情况。
基于上述原理，本发明提供的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法具体包括以下步骤：
S1：对准所述第一散射天线和所述第二散射天线的航向角，具体方法包括：
S1.1：实时获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的地理坐标，根据所述地理坐标，利用天线航向角计算法，分别得到所述第一散射天线和所述第二散射天线在该地理坐标时相互对准的理论航向角；
S1.2：通过设备分别获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的实时航向角，并计算所述第一散射天线的理论航向角与实时航向角的航向角差值，以及所述第二散射天线的理论航向角与实时航向角的航向角差值；
S1.3：所述第一散射天线和所述第二散射天线根据各自的航向角差值改变指向方位，指向各自的理论航向角，实现二者的航向角对准；
S2：对准所述第一散射天线和所述第二散射天线的航向角，具体方法包括：
S2.1：所述卫星天线实时地对准同步轨道卫星，计算所述卫星天线在当前的地理坐标时，其实时俯仰角相对于理论俯仰角的俯仰角变化值；根据所述卫星天线的俯仰角变化值反算出所述第一散射天线在当前地理坐标时的实时俯仰角相对于在当前地理坐标时对应的理论俯仰角的俯仰角变化值；
S2.2：根据所述第一散射天线的俯仰角变化值调整所述第一散射天线的俯仰角，以指向第一散射天线自身在当前地理坐标时对应的理论俯仰角；根据所述第一散射天线的俯仰角变化值算出所述第二散射天线的俯仰角变化值，根据所述第二散射天线的俯仰角变化值调整所述第二散射天线的俯仰角，以指向第二散射天线自身的理论俯仰角，实现所述第一散射天线与所述第二散射天线的俯仰角对准。
其中，步骤S1和步骤S2的顺序可以调换或同步进行，即本方法也可以先对准俯仰角后对准航向角，又或者同时进行对准俯仰角和对准航向角的动作。
本文提供如下的实施例，以便于更加清楚地理解上述步骤S2的技术方案，如图2所示，在该实施例中，存在一个虚拟的第一平面6和一个虚拟的第二平面7，其中，第一散射天线1 的角度变化量在第一平面6的分量等于第一散射天线1的俯仰角变化量，同样地，卫星天线 3的角度变化量在第二平面7的分量等于卫星天线3的俯仰角变化量,并且第一平面6和第二平面7非正交，并且二者的夹角为α；第一平面6为第一散射天线1的指向向量所在的平面；第二平面7为卫星天线3和同步轨道卫星5对准时，卫星天线3和同步轨道卫星5的指向向量所在的平面，由于第一散射天线1、第二散射天线2和卫星天线3的理论俯仰角和理论航向角均可由其坐在的地理坐标推算得出，因此α也可以由计算得到。
在初始状态，第一散射天线1与第二散射天线2对准，第一散射天线1的在该地理坐标的理论俯仰角为γ1；卫星天线3实时与同步轨道卫星5对准，卫星天线3在该地理坐标的理论俯仰角为β1；
在初始状态变化到某一实时状态的过程中，卫星天线3与同步轨道卫星5对准，测得卫星天线3的实时俯仰角为β2，卫星天线3的俯仰角变化值为(β2-β1)，那么此时载体4在第二平面7上的俯仰角变化值为(β2-β1)，载体4在第一平面6上的俯仰角变化值为(β 2-β1)cosα，因此，此时第一散射天线1的实时俯仰角γ2＝γ1+(β2-β1)cosα，第一散射天线1的俯仰角差值为(β2-β1)cosα。
本实施例所述散射天线的对准方法的其他具体步骤参见现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其特征在于：该方法借助同步轨道卫星和散射天线对准平台实现，所述散射天线对准平台包括第一散射天线、第二散射天线和卫星天线，其中，第一散射天线和卫星天线设于同一载体且相对位置不变；第一散射天线和第二散射天线在任意一个地理坐标、任意一个时刻实现通信时，卫星天线均对准同步轨道卫星，即第一散射天线的俯仰角的变化值与卫星天线的俯仰角的变化值存在确定的几何变换关系；
该方法具体包括以下步骤：
S1：对准所述第一散射天线和所述第二散射天线的航向角，具体方法包括：
S1.1：实时获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的地理坐标，根据所述地理坐标，利用天线航向角计算法，分别得到所述第一散射天线和所述第二散射天线在该地理坐标时相互对准的理论航向角；
S1.2：通过设备分别获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的实时航向角，并计算所述第一散射天线的理论航向角与实时航向角的航向角差值，以及所述第二散射天线的理论航向角与实时航向角的航向角差值；
S1.3：所述第一散射天线和所述第二散射天线根据各自的航向角差值改变指向方位，指向各自的理论航向角，实现二者的航向角对准；
S2：对准所述第一散射天线和所述第二散射天线的航向角，具体方法包括：
S2.1：所述卫星天线实时地对准同步轨道卫星，计算所述卫星天线在当前的地理坐标时，其实时俯仰角相对于理论俯仰角的俯仰角变化值；根据所述卫星天线的俯仰角变化值反算出所述第一散射天线在当前地理坐标时的实时俯仰角相对于在当前地理坐标时对应的理论俯仰角的俯仰角变化值；
S2.2：根据所述第一散射天线的俯仰角变化值调整所述第一散射天线的俯仰角，以指向第一散射天线自身在当前地理坐标时对应的理论俯仰角；根据所述第一散射天线的俯仰角变化值算出所述第二散射天线的俯仰角变化值，根据所述第二散射天线的俯仰角变化值调整所述第二散射天线的俯仰角，以指向第二散射天线自身的理论俯仰角，实现所述第一散射天线与所述第二散射天线的俯仰角对准；
步骤S1和步骤S2的顺序可以调换或同步进行。
2.根据权利要求1所述的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其特征在于：
在步骤S2中,采用全球导航卫星系统获取所述第一散射天线和所述第二散射天线的实时航向角。
3.根据权利要求1所述的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其特征在于：
在步骤S2.1中，计算的所述卫星天线俯仰角变化值的具体步骤为：获取所述卫星天线的实时俯仰角，计算所述卫星天线的实时俯仰角和对应当前的地理坐标的理论俯仰角的俯仰角差值，该俯仰角差值即为所述卫星天线的俯仰角变化值。
4.根据权利要求1所述的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其特征在于：所述卫星天线为船载卫星天线。
5.根据权利要求1所述的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其特征在于：
所述第一散射天线的俯仰角变化所在的第一平面与所述卫星天线的俯仰角变化所在的第二平面非正交。
6.根据权利要求5所述的一种通过同步轨道卫星间接校准散射通信天线的方法，其特征在于：
所述第一散射天线的俯仰角变化所在的第一平面与所述卫星天线的俯仰角变化所在的第二平面的夹角为α，步骤S2.1的具体过程为：
在初始状态，所述第一散射天线与所述第二散射天线对准，所述第一散射天线在该地理坐标的理论俯仰角为γ1；所述卫星天线与同步轨道卫星对准，所述卫星天线在该地理坐标的理论俯仰角为β1；
在初始状态变化到某一实时状态的过程中，所述卫星天线与同步轨道卫星对准，测得所述卫星天线的实时俯仰角为β2，所述卫星天线的俯仰角变化值为(β2-β1)，所述载体在第二平面上的俯仰角变化值为(β2-β1)，所述载体在第一平面上的俯仰角变化值为(β2-β1)cosα；所述第一散射天线的实时俯仰角γ2＝γ1+(β2-β1)cosα，俯仰角差值为(β2-β1)cosα。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 张玉梅等: "散射通信车载站天线自动对准技术研究", 《无线电通信技术》 * |
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