CN110190399B - 船载卫星天线的波浪式寻星方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了船载卫星天线的波浪式寻星方法，包括有寻星初始化及圆周粗扫及正弦精扫，所述圆周粗扫中，天线的姿态调整至所述俯仰指令角与极化指令角，天线的方位角沿圆周旋转，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角的两侧作摆动。本发明在方位角旋转寻星时，俯仰角也保持有一定范围的摆动，扫描曲线由圆变成了沿圆轨迹弯折的顺滑曲线，直接增加了扫描行程，实际上可以理解成线扫描变成了面扫描，消除了计算、机械或控制系统带来的误差，从而提高了寻星效率，减少了卫星天线寻星时间；特别是遮挡导致信号中断的情况，在遮挡状况消除后可迅速重新寻星，最大程度减少信号中断时间，保证船舶的安全可靠航行。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，具体涉及到一种船载卫星天线的波浪式寻星方法。
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，所以卫星天线自动跟踪技术是卫星天线的核心技术之一。此外，当天线在已跟踪状态下受到外界环境遮挡干扰，则会出现丢星情况，而惯导存在误差漂移，长时间移动后也可能出现丢星，从而导致天线无法准确对准卫星方向，致使通信失败，因此需要设置相应的重新寻星策略及方法。
卫星天线自动跟踪技术在专利文献1中已有详细介绍，本申请不在赘述。而现有寻星方法卫星一般是先解算天线俯仰角度，然后保持一定俯仰角度使方位角不断旋转进行寻星，但因为计算、机械和控制部分的细微误差，会出现方位旋转多圈才能锁星的情况，自动寻星时间和遮挡后的寻星恢复时间一般都在60秒以上，最长能达到200秒左右，因此信号中断的时间较长，有些情况下会给航行器带来潜在的安全风险。
专利文献1：CN106299699B。
发明内容
为了解决现有卫星天线寻星方法耗时较长的不足，本发明提供了一种船载卫星天线的波浪式寻星方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，包括有寻星初始化及圆周粗扫及正弦精扫，所述寻星初始化用于确定天线寻星的俯仰指令角、极化指令角及方位指令角，所述圆周粗扫中，天线的姿态调整至所述俯仰指令角与极化指令角，天线的方位角沿圆周旋转，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角的两侧作摆动。
本发明的有益效果是：本发明在方位角旋转寻星时，俯仰角也保持有一定范围的摆动，扫描曲线由圆变成了沿圆轨迹弯折的顺滑曲线，直接增加了扫描行程，实际上可以理解成线扫描变成了面扫描，消除了消除了计算、机械或控制系统带来的误差，从而提高了寻星效率，减少了卫星天线寻星时间；特别是遮挡导致信号中断的情况，在遮挡状况消除后可迅速重新寻星，最大程度减少信号中断时间，保证船舶的安全可靠航行。
优选的：所述正弦精扫中，天线的姿态调整至所述俯仰指令角与极化指令角，天线的方位角以所述方位指定角为基准作摆动，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角的两侧作摆动。
优选的：所述圆周粗扫与正弦精扫中，所述天线的俯仰角在所述俯仰指令角两侧±4°作摆动。
优选的：所述圆周粗扫中，所述天线的方位角按40°/s的速度旋转。
一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，用于天线遮挡后的重新寻星，步骤如下：
S1．天线处于跟踪状态下，AGC电平值出现跌落，若小于指定值且持续时间超过丢星判断时间，则判断天线丢星；根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角、极化指令角及方位指令角，并调整天线到位，进入步骤S2；
S2．正弦精扫，天线的方位角以所述方位指定角为基准作幅度为±15°的摆动，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角两侧±4°作摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，则重复寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S2；若正弦精扫超出规定时间，则进入步骤S3；
S3．寻星初始化，根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角与极化指令角，并调整天线到位；
S4．圆周粗扫，天线方位角按40°/s的速度顺时针旋转，俯仰角沿指所述俯仰指令角两侧±4°作摆动，若所得AGC电平值满足寻星判断标准，则根据经纬度信息和惯导计算惯导真航向，获取方位指定角，进入步骤S5，若不满足则重复步骤S3、S4；
S5．正弦精扫，天线方位角以所述方位指定角为基准，作幅度为±8°的摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S5；若正弦精扫超出规定时间，则重复步骤S3、S4；
S6．解算惯导真航向并重新赋值，切换至跟踪状态。
优选的：所述步骤S1中AGC电平值的指定值为上一次跟踪状态所保存数值的0.7倍，所述步骤S1中丢星判断时间为60s。
优选的：所述步骤S2与S5中正弦精扫的规定时间为120s，AGC电平值的指定值为上一次跟踪状态所保存数值的0.9倍。
优选的：所述步骤S4中的寻星判断标准是，所述天线方位轴旋转整周360°以上，且所述AGC电平值大于指定值，且所述AGC电平值的最大值大于其附近±10°处电平值的2.5倍。
一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，用于天线的初始寻星，步骤如下：
S3．寻星初始化，根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角与极化指令角，并调整天线到位；
S4．圆周粗扫，天线方位角按40°/s的速度顺时针旋转，俯仰角沿指所述俯仰指令角两侧±4°作摆动，若所得AGC电平值满足寻星判断标准，则根据经纬度信息和惯导计算惯导真航向，获取方位指定角，进入步骤S5，若不满足则重复步骤S3、S4；
S5．正弦精扫，天线方位角以所述方位指定角为基准，作幅度为±8°的摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S5；若正弦精扫超出规定时间，则重复步骤S3、S4；
S6．解算惯导真航向并重新赋值，切换至跟踪状态。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图。
图2是本发明实施例中流程框图的A部分放大图。
图3是本发明实施例中流程框图的B部分放大图。
图4是本发明实施例中圆周粗扫扫描轨迹的示意图。
图5是本发明实施例中正弦精扫扫描轨迹的示意图。
1-现有圆周粗扫扫描轨迹，2-俯仰角摆动后的圆周粗扫扫描轨迹，3-现有正弦精扫扫描轨迹，4-俯仰角摆动后的正弦精扫扫描轨迹。
具体实施方式
下面结合实施例与附图本发明作进一步说明。
实施例中，如图4所示：一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，包括有寻星初始化及圆周粗扫及正弦精扫，所述寻星初始化用于确定天线寻星的俯仰指令角、极化指令角及方位指令角，所述圆周粗扫中，天线的姿态调整至所述俯仰指令角与极化指令角，天线的方位角沿圆周旋转，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角的两侧作摆动。本实施例在方位角旋转寻星时，俯仰角也保持有一定范围的摆动，扫描曲线由圆变成了沿圆轨迹弯折的顺滑曲线，直接增加了扫描行程，实际上可以理解成线扫描变成了面扫描，消除了消除了计算、机械或控制系统带来的误差，从而提高了寻星效率，减少了卫星天线寻星时间；特别是遮挡导致信号中断的情况，在遮挡状况消除后可迅速重新寻星，最大程度减少信号中断时间，保证船舶的安全可靠航行。
实施例中，如图5所示：所述正弦精扫中，天线的姿态调整至所述俯仰指令角与极化指令角，天线的方位角以所述方位指定角为基准作摆动，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角的两侧作摆动。同样，在正弦精扫中也可利用俯仰角的摆动来消除计算、机械或控制系统带来的误差，从而提高寻星效率。
实施例中，所述圆周粗扫与正弦精扫中，所述天线的俯仰角在所述俯仰指令角两侧±4°作摆动。±4°是一个较大的俯仰角摆动范围，如果角度再大，反而会浪费更多的时间，也会影响寻星的稳定性。当然在保证寻星效率的前提下，也可根据实际情况减小俯仰角摆动幅度。
实施例中，所所述圆周粗扫中，所述天线的方位角按40°/s的速度旋转。通常，天线的方位角的旋转扫描速度控制在10°/s，本实施例采用较高的40°/s，在保证天线稳定性的前提下，最大限度的提高寻星效率。
实施例中，如图1~3所示，一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，用于天线遮挡后的重新寻星，步骤如下：
S1．天线处于跟踪状态下，AGC电平值出现跌落，若小于指定值且持续时间超过丢星判断时间，则判断天线丢星；根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角、极化指令角及方位指令角，并调整天线到位，进入步骤S2；AGC电平值由天线的信标机获取、记录保存；此处AGC电平值的指定值取上一次跟踪状态所保存AGC电平值的0.7倍；丢星判断时间为60s，如果船舶所处海况很恶劣，可适当的将丢星判断时间延长。
S2．正弦精扫，天线的方位角以所述方位指定角为基准作幅度为±15°的摆动，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角两侧±4°作摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，则重复寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S2；若正弦精扫超出规定时间，则进入步骤S3；此处AGC电平值的指定值取上一次跟踪状态所保存AGC电平值的0.9倍；正弦精扫规定时间取120s，正弦精扫时长可适当缩短，没有必要延迟。特别的，此步骤中的正弦精扫由于没有经过圆周粗扫，因此其寻星效率相对较低，因此有必要在正弦精扫中加入俯仰角的摆动。
S3．寻星初始化，根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角与极化指令角，并调整天线到位；此处主要涉及天线参数、姿态的初始化，以实现天线俯仰角和极化角与船舶的水平姿态的隔离。
S4．圆周粗扫，天线方位角按40°/s的速度顺时针旋转，俯仰角沿指所述俯仰指令角两侧±4°作摆动，若所得AGC电平值满足寻星判断标准，则根据经纬度信息和惯导计算惯导真航向，获取方位指定角，进入步骤S5，若不满足则重复步骤S3、S4；此处的寻星判断标准有三条，需要同时满足：（1）所述天线方位轴旋转整周360°以上，（2）所述AGC电平值大于指定值，这个指定值可以选用最常规的5.5V，（3）所述AGC电平值的最大值大于其附近±10°处电平值的2.5倍。
S5．正弦精扫，天线方位角以所述方位指定角为基准，作幅度为±8°的摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S5；若正弦精扫超出规定时间，则重复步骤S3、S4；此处AGC电平值的指定值取上一次跟踪状态所保存AGC电平值的0.9倍；正弦精扫规定时间取120s。此步骤中的正弦精扫前经过了圆周粗扫，因此其寻星准确率高，不用在其中加入俯仰角的摆动。
S6．解算惯导真航向并重新赋值，切换至跟踪状态。具体的，如果找到卫星信号，则再次按照经讳度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，进行二次惯导航向赋值修正。天线方位轴、俯仰轴及极化轴按照天线指令角进行闭环控制，当天线转到相应位置后，将天线状态由寻星切换为跟踪锁定。
实施例中，如图3所示，一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，用于天线的初始寻星，步骤如下：
S3．寻星初始化，根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角与极化指令角，并调整天线到位；此处主要涉及天线参数、姿态的初始化，以实现天线俯仰角和极化角与船舶的水平姿态的隔离。
S4．圆周粗扫，天线方位角按40°/s的速度顺时针旋转，俯仰角沿指所述俯仰指令角两侧±4°作摆动，若所得AGC电平值满足寻星判断标准，则根据经纬度信息和惯导计算惯导真航向，获取方位指定角，进入步骤S5，若不满足则重复步骤S3、S4；此处的寻星判断标准有三条，需要同时满足：（1）所述天线方位轴旋转整周360°以上，（2）所述AGC电平值大于指定值，这个指定值可以选用最常规的5.5V，（3）所述AGC电平值的最大值大于其附近±10°处电平值的2.5倍。
S5．正弦精扫，天线方位角以所述方位指定角为基准，作幅度为±8°的摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S5；若正弦精扫超出规定时间，则重复步骤S3、S4；此处AGC电平值的指定值取上一次跟踪状态所保存AGC电平值的0.9倍；正弦精扫规定时间取120s。此步骤中的正弦精扫前经过了圆周粗扫，因此其寻星准确率高，不用在其中加入俯仰角的摆动。
S6．解算惯导真航向并重新赋值，切换至跟踪状态。具体的，如果找到卫星信号，则再次按照经讳度信息和惯导的姿态航向信息解算出当前时刻的惯导真航向，进行二次惯导航向赋值修正。天线方位轴、俯仰轴及极化轴按照天线指令角进行闭环控制，当天线转到相应位置后，将天线状态由寻星切换为跟踪锁定。
上述两种寻星方法，第二种为第一种的一部分，即遮挡后重复寻星无法实现，再转化为原始寻星。实际上是基于同一组寻星策略，其区别仅仅在于应用场合的不同。
经过测定，上述实施例寻星的技术指标如下：
（1）船舶静止时，首次寻星，平均56s。
（2）船舶静止时，遮挡2min后，恢复时长平均8s。
（3）船舶静止时，遮挡10min后，恢复时长平均8s。
（4）船舶行驶时，首次寻星，平均69s。
（5）船舶行驶时，遮挡2min后，恢复时长平均17s。
（6）船舶行驶时，遮挡10min后，28s。
（7）无外部障碍的情况下，寻星准确率100%。
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 (4)
1.一种船载卫星天线的波浪式寻星方法，用于天线遮挡后的重新寻星，其特征在于步骤如下：
S1．天线处于跟踪状态下，AGC电平值出现跌落，若小于指定值且持续时间超过丢星判断时间，则判断天线丢星；根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角、极化指令角及方位指令角，并调整天线到位，进入步骤S2；
S2．正弦精扫，天线的方位角以所述方位指定角为基准作幅度为±15°的摆动，同时天线的俯仰角在所述俯仰指令角两侧±4°作摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，则重复寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S2；若正弦精扫超出规定时间，则进入步骤S3；
S3．寻星初始化，根据卫星经度、载体经纬度及惯导计算天线寻星的俯仰指令角与极化指令角，并调整天线到位；
S4．圆周粗扫，天线方位角按40°/s的速度顺时针旋转，俯仰角沿指所述俯仰指令角两侧±4°作摆动，若所得AGC电平值满足寻星判断标准，则根据经纬度信息和惯导计算惯导真航向，获取方位指定角，进入步骤S5，若不满足则重复步骤S3、S4；
S5．正弦精扫，天线方位角以所述方位指定角为基准，作幅度为±8°的摆动；在正弦精扫规定时间内，若所得AGC电平值大于指定值，寻星成功，进入步骤S6，反之重复步骤S5；若正弦精扫超出规定时间，则重复步骤S3、S4；
S6．解算惯导真航向并重新赋值，切换至跟踪状态。
2.根据权利要求1所述的船载卫星天线的波浪式寻星方法，其特征在于：所述步骤S1中AGC电平值的指定值为上一次跟踪状态所保存数值的0.7倍，所述步骤S1中丢星判断时间为60s。
3.根据权利要求1所述的船载卫星天线的波浪式寻星方法，其特征在于：所述步骤S2与S5中正弦精扫的规定时间为120s，AGC电平值的指定值为上一次跟踪状态所保存数值的0.9倍。
4.根据权利要求1所述的船载卫星天线的波浪式寻星方法，其特征在于：所述步骤S4中的寻星判断标准是，所述天线方位轴旋转整周360°以上，且所述AGC电平值大于指定值，且所述AGC电平值的最大值大于其附近±10°处电平值的2.5倍。
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| GR01 | Patent grant | ||
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