CN113091692B - 应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统 - Google Patents

应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于北斗卫星导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统,包括依次连接的星历接收解算装置,对星方位计算设备,对星方位校准设备,天线对星控制实现设备。通过星历接收结算装置得到卫星在某一固定参考系下的精确位置,并通过对星方位计算设备得到天线旋转的初步方位、俯仰信息,利用对星方位校准设备完成对初步方位、俯仰的校准,将该校准后的方位、俯仰信息通过天线对星控制实现设备控制天线实现对星,实现了一种自动精准对星的方式,本发明通过自我校准监测,能够实现窄波束天线的精准对星,也可作为一种卫星监视的系统,对卫星导航领域信号收发重大。

Description

应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域,具体的涉及一种应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统。
背景技术
卫星导航系统主要由三个独立部分组成:北斗导航卫星、地面站以及用户终端,用户终端发送业务请求,通过北斗导航卫星转发给地面站,地面站接收用户终端发送的入站消息,经过入站链路的信号放大、变频、捕获、跟踪、信息解调处理得到业务内容;根据业务请求内容,生成出站信息,由出站链路的信号生成发射、功率放大,经由北斗导航卫星转发给用户机,完成业务回执。
地面站与北斗导航卫星间通信门户为地面站的天线对卫星信号的收发,地面站天线的辐射性能和接收性能都具备一定的方向性,通信过程中地面站的天线与北斗导航卫星对准的实时性是通信成功的基础。一般情况下,为了满足系统链路预算的需求,地面站的天线通常选用高增益的窄波束天线;而北斗导航卫星为GEO卫星,由于与赤道有一定的倾斜角,一天的周期内其星下点呈“8”字形旋转,因此天线对星的角度需随着卫星位置的变化而自动做出调整,目前的卫星导航系统的天线不能准确可靠的对准导航卫星,缺少一种自动且稳定可靠的方式来满足北斗导航系统的窄波束天线精准对星的需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统,能够满足北斗导航系统中窄波束天线精准对星的需求。
根据本发明实施例的一种应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,包括:
星历接收解算装置,所述星历接收解算装置用于接收北斗导航卫星的星历信息,然后解析得到卫星在某一固定参考系下的精确位置;
对星方位计算设备,所述对星方位计算设备与星历接收解算装置相连,以用于接收卫星在所述固定参考系下的精确位置,然后根据地面站天线所在位置精确的经纬度、海拔信息与卫星的精确位置进行计算处理,得到天线旋转的初步方位和俯仰信息;
对星方位校准设备,所述对星方位校准设备与所述对星方位计算设备相连,以用于实现对初步方位和俯仰信息的校准;
天线对星控制设备,所述天线对星控制设备与所述对星方位校准设备相连,用于接收经过校准的初步方位和俯仰信息并控制地面站天线动作以实现天线的对星处理。
根据本发明实施例的一种应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法,包括以下步骤:
S1、北斗导航卫星以广播的形式发送星历信息,每间隔T0时间更新一次星历信息;
S2、接收机接收广播的星历信息,经过星历解析和卫星位置计算得到卫星在某一固定参考系下的精确位置,接收机定期将解算的卫星位置发送给对星方位计算设备,发送周期为T1;
S3、对星方位计算设备根据接收机间隔T1周期发送的地面站卫星位置,结合地面站天线的地理位置,定期计算得到各个周期时刻初步的天线方位俯仰角;
S4、对星方位校准设备基于初步的天线方位俯仰角,找到校准天线对星的最大值,并将此结果作为校准的天线方位俯仰;
S5、地面站天线对星控制设备接收到各个周期时刻校准后的天线方位俯仰信息,经过判断后控制天线的转动。
根据本发明实施例的一种应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法与系统,至少具有如下技术效果:
1、本发明实施方式通过主动接收北斗卫星星历的方式实现了卫星位置的获取,获取的方式灵活可控,可应用性、可移植性强。
2、本发明实施方式通过自我校准监测,能够实现窄波束天线的精准对星。
3、本发明实施方式通过精准的自动对星,可以应用在多种需要精准对星的系统中,例如作用于卫星监视系统,应用范围广。
根据本发明的一些实施例,所述星历接收解算装置包括依次连接的接收机天线和接收机,所述接收机天线用于接收北斗导航卫星的星历信息并发送给接收机,所述接收机用于计算出卫星在某一固定参考系下的精确位置。
根据本发明的一些实施例,所述接收机包括依次连接的下变频模块、A/D采样模块、数字下变频模块、星历解析模块和卫星位置计算模块,所述下变频模块连接接收机天线以用于将接收的星历信息进行变频处理得到中频信号;依次连接的所述下变频模块、A/D采样模块和数字下变频模块用于将中频信号变为数字基带信号,所述数字下变频模块连接星历解析模块以用于按照星历格式从数字基带信号中解析得到星历的位置参数,所述星历解析模块连接卫星位置计算模块以用于计算出卫星在某一固定参考系下的精确位置。
根据本发明的一些实施例,所述对星方位计算设备包括信息输入单元和对星方位计算模块,所述信息输入单元用于接收外界输入的地面站天线所在位置精确的经纬度信息,所述对星方位计算模块的用于将地面站天线所在位置精确的经纬度、海拔信息与卫星的精确坐标进行计算处理,得到天线旋转的初步方位和俯仰信息。
根据本发明的一些实施例,所述对星方位校准设备包括校准天线、控制驱动装置和校准装置,所述校准天线通过控制驱动装置接收天线旋转的初步方位和俯仰信息,所述校准装置用于找到校准天线对星的最大值,以实现对初步方位和俯仰信息的校准。
根据本发明的一些实施例,所述天线对星控制设备包括互相连接的接收模块和控制模块,所述接收模块用于接收经过校准的方位和俯仰信息,并将该信息传输给控制模块,所述控制模块用于控制地面站天线实现天线的对星处理。
根据本发明的一些实施例,所述步骤S2中T1≤T0,并且接收机在星历更新时刻一定发送。
根据本发明的一些实施例,所述步骤个S3中对星方位计算设备收到的地面站天线的地理位置为用户手动输入。
根据本发明的一些实施例,所述步骤S5的判断条件为
若天线方位俯仰信息的接收时间为星历更新的T0周期内,则进行判断,当该星历更新周期内某一时刻天线所对卫星的角度与该星历更新周期开始时刻天线所对卫星的角度差一定阈值时,才控制天线转动,否则保持天线不动;
若天线方位俯仰信息的接收时间为星历更新的T0周期外,天线对星控制设备控制天线根据该校准的星历信息转动。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明实施例中窄波束天线自动对星系统的原理框图;
图2为本发明实施例中窄波束天线自动对星方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1,一种应用于北斗卫星导航系统的窄波束天线自动对星系统,包括依次连接的星历接收解算装置,对星方位计算设备,对星方位校准设备,天线对星控制实现设备。
其中,星历接收解算装置包括接收机天线和接收机,接收机天线接收导航卫星的星历信息,将电磁波转换为电信号传输给接收机。接收机内含下变频模块、A/D采样模块、数字下变频模块、星历解析模块、卫星位置计算模块等,接收机天线接收的星历信息经由下变频模块进行变频处理得到中频信号,中频信号经由A/D采样模块和数字下变频模块变为数字基带信号,然后交由星历解析模块按照星历格式从数字基带信号中解析得到星历的位置参数,最后交给卫星位置计算模块得到卫星在某一固定参考系下的精确位置。
对星方位计算设备包括信息输入单元和对星方位计算模块,本实施例中信息输入单元为控制界面,作用是输入输入地面站天线所在位置精确的经纬度信息,也可以采用其他人机交互单元进行输入,对星方位计算设备接收来自接收机按照特定的接口协议发送的某一固定参考系下的卫星精确位置,对星方位计算模块将控制界面输入的地面站天线所在位置精确的经纬度、海拔信息与卫星的精确坐标进行计算处理,得到地面站天线旋转的初步方位和俯仰信息。
对星方位校准设备基于初步的天线方位俯仰角,利用校准装置找到校准天线对星的最大值,并将此结果作为校准的天线方位俯仰。
天线对星控制设备包括接收模块、控制模块,接收模块接收校准后的地面站天线的方位、俯仰信息,并将改信息传输给控制模块,由控制模块控制地面站天线实现天线的对星处理。
参考图2,本发明还包括一种应用于北斗卫星导航系统的窄波束天线自动对星方法,包括以下步骤:
S1、导航卫星以广播的形式发送星历信息,且每间隔T0时间更新一次星历信息;
S2、接收机天线将广播的星历信息以电磁波的形式接收,并转换为电信号传送给接收机,接收机将接收机天线接收的星历信息经由下变频模块进行变频处理得到中频信号,中频信号经由A/D采样模块和数字下变频模块变为数字基带信号,然后交由星历解析模块按照星历格式从数字基带信号中解析得到星历的位置参数,最后交给卫星位置计算模块得到卫星在某一固定参考系下的精确位置。接收机定期将解算的卫星位置发送给对星方位计算设备,发送周期为T1,其中T1≤T0,且要求星历更新时刻必须发送;
S3、对星方位计算设备根据接收机间隔T1周期发送的地面站卫星位置,结合手动输入的地面站天线的地理位置,定期计算得到各个周期时刻的天线方位俯仰角(计算时定义参考点,以定义的参考点作为天线位置的起点,在此基础上实现天线转动);
S4、对星方位校准设备基于初步的天线方位俯仰角,利用校准装置找到校准天线对星的最大值,并将此结果作为校准的天线方位俯仰;
S5、地面站天线对星控制设备接收到各个周期时刻校准后的天线方位俯仰信息后,首先对方位俯仰信息进行判断:
若该信息的接收时间为星历更新的T0周期内,则需对该信息进行判断,只有当该星历更新周期内某一时刻天线所对卫星的角度与该星历更新周期开始时刻天线所对卫星的角度差一定阈值α(该阈值灵活可配)时,才控制天线转动,否则保持天线不动;
若该信息的接收时间为星历更新的T0周期外,天线对星控制设备控制天线根据该校准的星历信息转动。
综上所述,本发明实施方式通过主动接收北斗卫星星历的方式实现了卫星位置的获取,获取的方式灵活可控,可应用性、可移植性强。通过自我校准监测,能够实现窄波束天线的精准对星。通过精准的自动对星,可以应用在多种需要精准对星的系统中,例如作用于卫星监视系统,应用范围广。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、北斗导航卫星以广播的形式发送星历信息,每间隔T0时间更新一次星历信息;
S2、接收机接收广播的星历信息,经过星历解析和卫星位置计算得到卫星在某一固定参考系下的精确位置,接收机定期将解算的卫星位置发送给对星方位计算设备,发送周期为T1;
S3、对星方位计算设备根据接收机间隔T1周期发送的地面站卫星位置,结合地面站天线的地理位置,定期计算得到各个周期时刻初步的天线方位俯仰角;
S4、对星方位校准设备基于初步的天线方位俯仰角,找到校准天线对星的最大值,并将此结果作为校准的天线方位俯仰;
S5、地面站天线对星控制设备接收到各个周期时刻校准后的天线方位俯仰信息,经过判断后控制天线的转动。
2.根据权利要求1所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法,其特征在于:所述步骤S2中T1≤T0,并且接收机在星历更新时刻发送一次。
3.根据权利要求1所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法,其特征在于:所述步骤S3中对星方位计算设备收到的地面站天线的地理位置为用户手动输入。
4.据权利要求1所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星方法,其特征在于:所述步骤S5的判断条件为
若天线方位俯仰信息的接收时间为星历更新的T0周期内,则进行判断,当该星历更新周期内某一时刻天线所对卫星的角度与该星历更新周期开始时刻天线所对卫星的角度差达到指定阈值时,才控制天线转动,否则保持天线不动;
若天线方位俯仰信息的接收时间为星历更新的T0周期外,天线对星控制设备控制天线根据该校准的星历信息转动。
5.一种应用权利要求1至4任意一项所述窄波束天线自动对星方法的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,其特征在于,包括:
星历接收解算装置,所述星历接收解算装置用于接收北斗导航卫星的星历信息,然后解析得到卫星在某一固定参考系下的精确位置;
对星方位计算设备,所述对星方位计算设备与星历接收解算装置相连,以用于接收卫星在所述固定参考系下的精确位置,然后根据地面站天线所在位置精确的经纬度、海拔信息与卫星的精确位置进行计算处理,得到天线旋转的初步方位和俯仰信息;
对星方位校准设备,所述对星方位校准设备与所述对星方位计算设备相连,以用于实现对初步方位和俯仰信息的校准;
天线对星控制设备,所述天线对星控制设备与所述对星方位校准设备相连,用于接收经过校准的初步方位和俯仰信息并控制地面站天线动作以实现天线的对星处理。
6.根据权利要求5所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,其特征在于:所述星历接收解算装置包括依次连接的接收机天线和接收机,所述接收机天线用于接收北斗导航卫星的星历信息并发送给接收机,所述接收机用于计算出卫星在某一固定参考系下的精确位置。
7.根据权利要求6所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,其特征在于:所述接收机包括依次连接的下变频模块、A/D采样模块、数字下变频模块、星历解析模块和卫星位置计算模块,所述下变频模块连接接收机天线以用于将接收的星历信息进行变频处理得到中频信号;依次连接的所述下变频模块、A/D采样模块和数字下变频模块用于将中频信号变为数字基带信号,所述数字下变频模块连接星历解析模块以用于按照星历格式从数字基带信号中解析得到星历的位置参数,所述星历解析模块连接卫星位置计算模块以用于计算出卫星在某一固定参考系下的精确位置。
8.根据权利要求5所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,其特征在于:所述对星方位计算设备包括信息输入单元和对星方位计算模块,所述信息输入单元用于接收外界输入的地面站天线所在位置精确的经纬度信息,所述对星方位计算模块的用于将地面站天线所在位置精确的经纬度、海拔信息与卫星的精确坐标进行计算处理,得到天线旋转的初步方位和俯仰信息。
9.根据权利要求5所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,其特征在于:所述对星方位校准设备包括校准天线、控制驱动装置和校准装置,所述校准天线通过控制驱动装置接收天线旋转的初步方位和俯仰信息,所述校准装置用于找到校准天线对星的最大值,以实现对初步方位和俯仰信息的校准。
10.根据权利要求5所述的应用于北斗导航系统的窄波束天线自动对星系统,其特征在于:所述天线对星控制设备包括互相连接的接收模块和控制模块,所述接收模块用于接收经过校准的方位和俯仰信息,并将该信息传输给控制模块,所述控制模块用于控制地面站天线实现天线的对星处理。
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