CN109639337A - 适于卫星通信设备的图形化辅助对星方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于卫星通信设备的图形化辅助对星方法。本发明直接使用手机传感器，在手机屏幕上绘制出简单易懂的对星示意图，并快速指明卫星所在的位置和卫星设备天线所需对准的方向。本发明增强了对星过程中的便利性，简化了对星的操作流程。降低了操作的复杂性，更加明显的提升了在复杂户外环境下的对星效率。

Description

适于卫星通信设备的图形化辅助对星方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别是一种图形化显示卫星位置，并辅助卫星通信设备方便、快速、高效的调整方位角和俯仰角的辅助对星方法。

背景技术

现有的卫星通信设备在对星时大体上分为两种，一种是自动对星，一种是手动对星。自动对星的设备较为笨重，体积较大，重量较重，对星过程自动完成。手动对星的设备重量较轻，便于携带但是对星过程较为复杂。手动对星的设备在对星过程中通常需要使用罗盘或者指南针寻找卫星的大致位置，然后再通过外接电脑或者专用对星设备对星。这样就使整个手动对星的过程变得非常复杂，而且非常耗时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于智能手机的图形化辅助对星方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适于卫星通信设备的图形化辅助对星方法，以智能手机代替卫星设备天线，将卫星实际位置、当前地理位置和手机指向抽象成手机显示时所用坐标系中的点和指针；以大地为基准建立坐标系，手机处在大地坐标系任意位置，以手机左下角顶点为坐标原点建立手机坐标系，X轴为手机底边所在的延长线，Y轴为手机左边所在的延长线，Z轴垂直于屏幕；该方法包括方位角和俯仰角两个卫星通信设备对星过程；

方位角：手机方位显示坐标系基于大地建立，原点O点为卫星通信设备天线的位置，X轴正方向表示正西方向，X轴负方向表示正东方向，Y轴正方向表示正南方向，Y轴负方向表示正北方向，指针A表示卫星通信设备天线所指的位置，B圆上则显示卫星的位置，C点为卫星真实方向，可为B圆上的任意点；

在使用陀螺仪处理方位角时，手机坐标系Y轴所指向的方向为卫星通信设备天线所指的方向，通过公式计算获得卫星的位置，并显示在手机方位显示坐标系B圆上的任意点C点上，通过手机坐标系Y轴的指向变化从而改变手机方位显示坐标系指针A的指向变化，当指针A指向C点时，手机坐标系Y轴所指向的方向就是卫星真实的方向，即对星时只需将卫星天线的方向调整到和手机坐标系Y轴所指的相同方向；

俯仰角：建立手机俯仰显示坐标系，O点为卫星通信设备天线的位置，X轴为与地平线平行的直线，Y轴垂直于地平线，弧线F上显示卫星的位置，E点为弧线F上的任意一点，即卫星的真实位置，指针D为卫星设备天线所指的方向；

在使用陀螺仪处理俯仰角时，手机坐标系Y轴所指的方向为卫星设备天线所指的方向，通过公式计算获得卫星的位置，并显示在手机俯仰显示坐标系弧线F上的任意点E点上，在移动时手机绕手机坐标系X轴转动的角度则为手机俯仰显示坐标系指针D在XY平面所转过的角度；当指针D指向E点时，手机坐标系Y轴所指向的就是卫星的真实位置，即对星时只需将卫星天线的方向调整到和手机坐标系Y轴所指的相同方向。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明的方法以图形化的形式显示整个对星过程，使用户更容易理解和使用。(2)使用智能手机作为对星工具，并且直接使用智能手机中的传感器辅助对星，简化了对星过程中的操作流程，降低了操作的复杂性，减少了对星时所需要的工具，提升了在复杂户外环境下的对星效率。

附图说明

图1为以大地为基准建立坐标系的图。

图2为以手机中心为原点建立坐标系的图。

图3为手机方位显示的简略图。

图4为以手机左下角顶点为坐标原点建立的坐标系的图。

图5为手机俯仰显示的简略图。

具体实施方式

本发明基于智能手机的图形化辅助对星方法，主要使用手机中的传感器，以手机不同的姿态作为指示，方便的在对星过程中显示方位角和俯仰角。以下结合说明书附图从方位角和俯仰角两个方面描述卫星通信设备对星过程。

图1表示以大地为基准建立坐标系(以下用大地坐标代指)，手机处在大地坐标系任意位置。图2表示以手机中心为原点建立坐标系(以下用手机坐标代指)，建立坐标系的方式是以手机显示屏的短边为X轴，手机显示屏的长边为Y轴，垂直于手机显示屏的轴为Z轴。

方位角处理：

图3为手机方位显示的简略图，坐标系依然基于大地建立，O点为卫星通信设备天线的位置，也是坐标系的原点位置，X轴正方向表示正西方向，X轴负方向表示正东方向，Y轴正方向表示正南方向，Y轴负方向表示正北方向，指针A表示卫星通信设备天线所指的位置，B圆上则显示卫星的位置，C点为卫星真实方向可以是B圆上的任意点。

在使用陀螺仪处理方位角时，手机坐标Y轴所指向的方向为卫星通信设备天线所指的方向，卫星的位置则通过公式计算获得后显示在图3中C点上也可以是B圆上的任意点，通过手机坐标Y轴的指向变化从而改变图3指针A的指向变化，当图3中指针A指向C点时，手机坐标Y轴所指向的方向就是卫星真实的方向，这样对星时只需将卫星天线的方向调整到和手机坐标Y轴所指的相同方向就行，此时对星过程中的方位信息就确定了。

俯仰角处理：

图4表示以手机左下角顶点为坐标原点建立的坐标系，X轴为手机底边所在的延长线，Y轴为手机左边所在的延长线，Z轴垂直于屏幕。

图5为手机俯仰显示的简略图，O点为卫星通信设备天线的位置，X轴为与地平线平行的直线，Y轴垂直于地平线，E点为弧线F上的任意一点，也是卫星的真实位置，弧线F上则显示卫星的位置，指针D为卫星设备天线所指的方向。

在使用陀螺仪处理俯仰角时，图4中Y轴所指的方向为卫星设备天线所指的方向，卫星的位置则通过公式计算获得后显示在图5中E点上也可以是弧线F上的任意点，在移动时手机如图4所示绕X轴转动的角度则为图5中指针D在XY平面所转过的角度。当指针D指向E点时，图4中Y轴所指向的就是卫星的真实位置，这样对星时只需将卫星天线的方向调整到和图4中Y轴所指的相同方向就行，此时对星过程中的俯仰信息就确定了。

通过上述方法，可以快速地确定卫星的位置，同时也可以快速地确定卫星设备天线所要对准的位置。

下面从卫星位置在图3和图5上的准确显示和如何让图3中的指针A和图5中的指针D准确移动两个方面描述。

准确显示卫星位置：

(1)通过公式计算出和卫星的夹角：

1.方位角公式：

AZ为卫星设备天线方位，λ_s为卫星经度，λ_e为当地的经度，φ_e为当地的纬度，通过此公式可以得出当地所在位置和卫星方位角。

2.俯仰角公式：

EL为卫星设备天线仰角，λ_s为卫星经度，λ_e为当地的经度，φ_e为当地的纬度，通过此公式可以得出当地所在位置和卫星仰角。

(2)通过所算出的夹角显示到图3或图5的坐标系中：

图3中Y轴正方向指向正南方，X轴正方向指向正西方通过公式算出的AZ值如果是正值则表示南偏东，如果是负值则表示南偏东，这样在图3中的B圆上就可以很明确的标出卫星所在的方位。

图5中X轴所表示和水平线平行，Y轴表示和水平线垂直，这样在图5中的弧线F上就可以很明确的标出卫星所在的位置。

准确显示指针位置：

(1)准确移动方位指针：

1.从手机传感器中获得地理位置中的正南方向。

2.将手机图像中的指针校准与正南方向相同。

3.将卫星(图3中的C点)定位到圆B上的准确位置。

4.当手机绕大地坐标的Z轴旋转时，使C点在B圆上旋转。

这样保证图3中的指针A在手机坐标中位置不变，图3中的C点在大地坐标中的方向不变。

(2)准确移动俯仰指针：

1.从手机传感器中获得水平位置。

2.将手机中的指针校准与图5中的X轴重合。

3.将卫星(图5中的E点)定位到弧线F上的准确位置。

4.当手机绕图4中X轴旋转时，试图5中指针D绕原点O旋转。

这样保证图5中的E点方向不变，调整指针D就可以对准卫星。

综上所述，本发明在对星时只需要使用智能手机接入卫星通信设备，将卫星的经度信息和对星时所使用的极化方式输入手机。通过手机中的GPS芯片获取当前使用者的位置信息，通过计算公式得出当前位置对星所需要的卫星方位角信息、俯仰角信息，将这些信息以图形化的形式展现在显示屏上，使用户更容易理解，更容易使用。通过手机中的陀螺仪等相关传感器，获得手机当前的姿态，从而以手机当前的姿态来辅助确定当前的方位角信息和俯仰角信息，并以图形化的形式展示在显示屏上。通过以上两组信息，用户可以很直观的通过图形是否对齐或重合来确定当前是否已经将卫星天线调整到大致位置，这样可以方便快捷的完成对星的工作，提高对星的效率。

Claims (3)

1.一种适于卫星通信设备的图形化辅助对星方法，其特征在于：以智能手机代替卫星设备天线，将卫星实际位置、当前地理位置和手机指向抽象成手机显示时所用坐标系中的点和指针；以大地为基准建立坐标系，手机处在大地坐标系任意位置，以手机左下角顶点为坐标原点建立手机坐标系，X轴为手机底边所在的延长线，Y轴为手机左边所在的延长线，Z轴垂直于屏幕；该方法包括方位角和俯仰角两个卫星通信设备对星过程；

方位角：手机方位显示坐标系基于大地建立，原点O点为卫星通信设备天线的位置，X轴正方向表示正西方向，X轴负方向表示正东方向，Y轴正方向表示正南方向，Y轴负方向表示正北方向，指针A表示卫星通信设备天线所指的位置，B圆上则显示卫星的位置，C点为卫星真实方向，可为B圆上的任意点；

在使用陀螺仪处理方位角时，手机坐标系Y轴所指向的方向为卫星通信设备天线所指的方向，通过公式计算获得卫星的位置，并显示在手机方位显示坐标系B圆上的任意点C点上，通过手机坐标系Y轴的指向变化从而改变手机方位显示坐标系指针A的指向变化，当指针A指向C点时，手机坐标系Y轴所指向的方向就是卫星真实的方向，即对星时只需将卫星天线的方向调整到和手机坐标系Y轴所指的相同方向；

俯仰角：建立手机俯仰显示坐标系，O点为卫星通信设备天线的位置，X轴为与地平线平行的直线，Y轴垂直于地平线，弧线F上显示卫星的位置，E点为弧线F上的任意一点，即卫星的真实位置，指针D为卫星设备天线所指的方向；

在使用陀螺仪处理俯仰角时，手机坐标系Y轴所指的方向为卫星设备天线所指的方向，通过公式计算获得卫星的位置，并显示在手机俯仰显示坐标系弧线F上的任意点E点上，在移动时手机绕手机坐标系X轴转动的角度则为手机俯仰显示坐标系指针D在XY平面所转过的角度；当指针D指向E点时，手机坐标系Y轴所指向的就是卫星的真实位置，即对星时只需将卫星天线的方向调整到和手机坐标系Y轴所指的相同方向。

2.根据权利要求1所述的图形化辅助对星方法，其特征在于：

通过公式计算出和卫星的夹角：方位角公式：

AZ为卫星设备天线方位，λ_s为卫星经度，λ_e为当地的经度，φ_e为当地的纬度，通过此公式得出当地所在位置和卫星方位角。

3.根据权利要求1所述的图形化辅助对星方法，其特征在于：通过公式计算出和卫星的夹角：俯仰角公式：

EL为卫星设备天线仰角，λ_s为卫星经度，λ_e为当地的经度，φ_e为当地的纬度，通过此公式得出当地所在位置和卫星仰角。