CN108493610B - 一种相控阵天线自动对星方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相控阵天线自动对星方法及装置，该方法包含步骤：获取天线载体的姿态角、相控阵天线载体的经纬度、高度及目标卫星经度和高度，及完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换；所述天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；接收波束指向下获取的对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向调节；判断是否捕获卫星成功，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及控制相控阵天线完成波束指向切换；并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描。本发明实现了相控阵天线在任意地点快速对准目标卫星，具有对星简便快捷的效果，可广泛应用于卫星通信系统中。
Description
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，涉及相控阵天线自动对星方法及装置。
背景技术
随着科学技术的不断进步，卫星通信已经成为当今社会一种主要通信方式，卫星通信设备在突发公共事件处理、应急指挥、信息实时传递等领域发挥着重要作用。
对于传统伺服天线而言，波束指向及扫描主要依赖于机械伺服的控制，其波束切换时间慢，无法实现目标的快速跟踪。相控阵天线则采用电扫描方式，能够对波束切换进行快速响应，在空域中能够迅速完成多角度扫描，从而实现快速跟踪目标，波束方向图捷变的优势。
发明内容
发明所要解决的是天线载体无法在任意位置快速、准确的自动对星的问题。
用于解决课题的技术手段是提出一种相控阵天线自动对星方法及装置，通过控制相控阵天线的波束控制器实现波束切换，完成天线的自动对星。
本发明提出的一种相控阵天线自动对星方法，包含以下步骤：
步骤a.获取天线载体的姿态角、相控阵天线载体的经纬度、高度及目标卫星经度和高度，以获得天线载体坐标系与大地坐标系，及完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换；
步骤b.所述天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；
步骤c.接收步骤b中波束指向下获取的对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向调节；
步骤d.根据步骤c中接收到的锁定指示信号以及功率值，判断是否捕获卫星成功，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及根据该波束指向角度控制相控阵天线完成波束指向切换；
步骤e.控制保持当前波束指向不变，完成相控阵天线的自动对星，并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤c中采用锥形扫描进行波束指向调节，包括步骤：
以当前波束指向为中心，进行一次十字扫描，共选取4个锥形扫描角度，其中每个锥形扫描角度与波束中心的指向角度设定间隔角度，记录每次波束指向下跟踪回传的锁定指示信号以及信号功率值。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤c中设定的间隔角度为2度。
作为本发明的一种优选技术方案，具体为：判断每个锥形扫描角度下的锁定指示信号是否均为无效指示，如果均为无效指示则判断卫星捕获失败，否则选取锁定指示信号有效状态下的波束指向角度所对应的信号功率值。
本发明提出的一种相控阵天线自动对星装置，包括：
姿态传感器，用于获取天线载体的姿态角；
GPS定位仪，用于获取相控阵天线载体的经纬度和和高度；
跟踪接收机，用于对波束指向下跟踪获取对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向调节；
波束控制器，用于根据接收的天线载体的姿态角、相控阵天线载体的经纬度和高度、目标卫星经度和高度完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换，及在天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；并且，根据跟踪接收机回传的对星锁定指示信号以及信号功率值判断是否捕获卫星成功，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及根据该波束指向角度控制相控阵天线完成波束指向切换，完成相控阵天线的自动对星。
作为本发明的一种优选技术方案，所述波束控制器还用于控制保持当前波束指向不变，完成相控阵天线的自动对星，并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描。
发明效果是：
本发明提供的相控阵天线的自动对星方法及装置，通过搭载多传感器的硬件设计，以及合理的软件算法支持，相比于传统伺服天线能够更快速实现天线的自动对星，实现了相控阵天线在任意地点快速对准目标卫星。本发明中采用的锥形扫描方法，解决了天线载体在任意位置快速、准确的自动对星问题，这种对星方法适用范围较广，具备较强的实用性。因此，本发明具有对星简便快捷的效果，可广泛应用于现有相控阵体系下的动中通或是静中通卫星通信系统中。
附图说明
图1是本发明相控阵天线的自动对星装置的结构示意图。
图2是本发明相控阵天线的自动对星方法的流程示意图。
图3是本发明相控阵天线的锥形扫描的原理示意图。
具体实施方式
以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明设计了一种相控阵天线的自动对星装置，该装置主要包括姿态传感器、GPS定位仪、波束控制器、相控阵天线。
其中，所述姿态传感器，用于获取天线载体的姿态角，并发送至波束控制器；GPS定位仪，用于实时获取相控阵天线载体的经纬度和高度，并发送至波束控制器；跟踪接收机，用于对接收目标卫星发送的信标信号，向波束控制器回传当前波束指向下跟踪获取的对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向微调；
所述波束控制器，用于根据接收的来自姿态传感器的天线载体的姿态角、来自GPS定位仪的相控阵天线载体的经纬度和高度、来自外部上位机发送的目标卫星经度和高度完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换，及在天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；并且，根据跟踪接收机回传的对星锁定指示信号以及信号功率值判断是否捕获卫星成功，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及根据该波束指向角度控制相控阵天线完成波束指向切换，完成相控阵天线的自动对星。及还用于控制保持当前波束指向不变，完成相控阵天线的自动对星，并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描。
在此基础上，本发明提出的一种相控阵天线自动对星方法，该方法可用于所述装置自动对星，具体包含以下步骤：
步骤a.系统上电后对运行设置进行初始化；
初始化完成后，对系统进行自检，若存在故障则回传错误代码至上位机，如果不存在故障，则由上位机发送目标卫星的经度、高度以及通信频率，启动自动对星流程。
所述波束控制器通过接收安装在天线载体中的姿态传感器、GPS定位仪获取天线载体的姿态角、相控阵天线载体的经纬度、高度，及根据外部上位机发送的目标卫星经度和高度，获得天线载体坐标系与大地坐标系，及完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换。
步骤b.所述天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；
步骤c.接收步骤b中波束指向下获取的对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向调节。
所述采用锥形扫描进行波束指向调节，具体为：
以当前波束指向为中心，进行一次十字扫描，共选取4个锥形扫描角度，将每个锥形扫描角度与波束中心的指向角度间隔角度设置为2度，记录每次波束指向下跟踪接收机回传的锁定指示信号以及信号功率值，圆锥的锥形扫描方式如图3所示。
步骤d.根据步骤c中接收到的锁定指示信号以及功率值，判断是否捕获卫星成功，即判断每个圆锥扫描角度下的锁定指示信号是否均为无效指示，如果均为无效指示则判断卫星捕获失败，进入步骤b，否则选取锁定指示信号有效状态下的波束指向角度所对应的信号功率值，并且，比较得出最大功率值所对应的波束指向，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及根据该波束指向角度控制相控阵天线完成波束指向切换，并进入步骤e。
步骤e.波束控制器控制保持当前波束指向不变，相控阵天线指准卫星，完成相控阵天线的自动对星，并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描，并进入步骤c。
综上，本发明通过硬件传感器以及软件算法实现相控阵天线的自动对星功能，实现了相控阵天线在任意地点快速对准目标卫星，具有对星简便快捷的效果，可广泛应用于现有相控阵体系下的动中通或是静中通卫星通信系统中。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种相控阵天线自动对星方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤a.获取天线载体的姿态角、相控阵天线载体的经纬度、高度及目标卫星经度和高度，以获得天线载体坐标系与大地坐标系，及完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换；
步骤b.所述天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；
步骤c.接收步骤b中波束指向下获取的对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向调节；
步骤d.根据步骤c中接收到的锁定指示信号以及功率值，判断每个锥形扫描角度下的锁定指示信号是否均为无效指示，如果均为无效指示则判断卫星捕获失败，否则选取锁定指示信号有效状态下的波束指向角度所对应的信号功率值，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及根据该波束指向角度控制相控阵天线完成波束指向切换；
步骤e.控制保持当前波束指向不变，完成相控阵天线的自动对星，并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描；
其中，所述步骤c中采用锥形扫描进行波束指向调节，包括步骤：
以当前波束指向为中心，进行一次十字扫描，共选取4个锥形扫描角度，其中每个锥形扫描角度与波束中心的指向角度设定间隔角度，记录每次波束指向下跟踪回传的锁定指示信号以及信号功率值。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线自动对星方法，其特征在于，所述步骤c中设定的间隔角度为2度。
3.一种相控阵天线自动对星装置，其特征在于，包括：
姿态传感器，用于获取天线载体的姿态角；
GPS定位仪，用于获取相控阵天线载体的经纬度和高度；
跟踪接收机，用于对波束指向下跟踪获取对星锁定指示信号以及信号功率值，并采用锥形扫描进行波束指向调节；
波束控制器，用于根据接收的天线载体的姿态角、相控阵天线载体的经纬度和高度、目标卫星经度和高度完成任意位置下天线载体坐标系与大地坐标系的转换，及在天线载体坐标系下计算相控阵天线波束指向，并控制相控阵天线指向卫星；并且，根据跟踪接收机回传的对星锁定指示信号以及信号功率值判断每个锥形扫描角度下的锁定指示信号是否均为无效指示，如果均为无效指示则判断卫星捕获失败，否则选取锁定指示信号有效状态下的波束指向角度所对应的信号功率值，并找出锁定指示信号有效情况下最大功率值所对应波束指向角度，及根据该波束指向角度控制相控阵天线完成波束指向切换，完成相控阵天线的自动对星；还用于控制保持当前波束指向不变，完成相控阵天线的自动对星，并以此波束指向为基础，进行下一次锥形扫描；
其中，采用锥形扫描进行波束指向调节，包括步骤：
以当前波束指向为中心，进行一次十字扫描，共选取4个锥形扫描角度，其中每个锥形扫描角度与波束中心的指向角度设定间隔角度，记录每次波束指向下跟踪回传的锁定指示信号以及信号功率值。
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