CN114244406B - 一种Ku用户多波束天线的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ku用户多波束天线的校准方法，涉及卫星通信技术领域；该方法包括以下的步骤：S10、天线控制器开机；S20、打开已选定校准天线对应的信标站；S30、通过矩阵指令将系统开关输出切换为指定天线的和、差信号输出开关状态；S40、对捕跟接收机进行设置；S50、判断能否接收到标校信号；S60、判断信号AGC是否达到捕捉门限；S70、按照设定的离散位置，驱动卫星天线进行离散点扫描；S80、判断卫星天线是否扫描所有位置；S90、自动跟踪；S100、判断误差信号是否达到对准门限；本发明的有益效果是：实现测试人员在地面标校站对控制中心可远程对其他标校站进行控制，分时发送正确信标信号，配合卫星完成用户天线指向校准的功能。

Description

一种Ku用户多波束天线的校准方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，更具体的说，本发明涉及一种Ku用户多波束天线的校准方法。

背景技术

Ku波段下行频率为10.7GHz到12.75GHz，上行频率为12.75GHz到18.1GHz。根据卫星设计方案，卫星Ku用户波束由多副HTS天线构成，波束宽度窄，为达到对覆盖区域及其覆盖区增益的要求，需要一套卫星波束校准系统对卫星天线进行校准。因为天线指向的位置覆盖区域间隔不大，所以校准系统在连接特定的卫星天线时，校准信号需要从指定的地面站进行发射并通过校准单元进行跟踪。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种Ku用户多波束天线的校准方法，通过设计相应的地面标校站，以实现测试人员在地面标校站对控制中心可远程对其他标校站进行控制，分时发送正确信标信号，配合卫星完成用户天线指向校准的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种Ku用户多波束天线的校准方法，其改进之处在于，包括天线控制器、信号发生器、地面标校站以及标校总控中心；

所述的天线控制器包括卫星天线，多个天线控制器的卫星天线分别同卫星实现信号的传递；每个天线控制器上均连接有卫星天线，所述天线控制器用于接收经地面标校站发出由卫星天线接收的标校信号；所述的信号发生器分别连接有地面标校站，多个地面标校站连接至标校总控中心；

该方法包括以下的步骤：

S10、天线控制器开机，选择需要校准的天线，逐个进行天线校准工作；

打开已选定校准天线对应的信标站，并关闭另外的信标站；

地面标校总控制平台通过响应程序，设置标校参数并发射校准信号；

S30、使用整星遥控系统，通过矩阵指令将系统开关输出切换为指定天线的和、差信号输出开关状态；

S40、天线控制器接收捕跟接收机串行遥控指令，对捕跟接收机进行设置；

天线控制器接收指定需校准天线跟踪开启指令，使卫星天线进入跟踪状态；

S50、判断能否接收到标校信号,如能接收到标校信号，则进入步骤S60，如不能接收到标校信号，则进入步骤S70；

S60、判断信号AGC是否达到捕捉门限，如达到捕捉门限，则进入步骤S90，如未达到捕捉门限，则进入步骤S80；

S70、按照设定的离散位置，驱动卫星天线进行离散点扫描，此后再次判断能够接收到标校信号，如能接收到标校信号，则返回至步骤S60，如不能接收到标校信号，则进入步骤S80；

S80、判断卫星天线是否扫描所有位置，若是则记为本次校准失败，并返回至步骤S10，若否则返回至步骤S50；

S90、自动跟踪，天线控制器内部形成天线电机驱动信号，驱动卫星天线向误差减小的方向转动，实现自动跟踪；

S100、判断误差信号是否达到对准门限，若是则表示当前天线校准完成，并返回至步骤S20，若否则返回至步骤S90。

进一步的，步骤S20中，当卫星天线接收到Ku频段信号时，卫星天线馈源激励出主模TE11模，输出射频和信号；

并通过天线控制器内部的差模耦合器激励出高次模TE21模，输出射频差信号；射频和信号与射频差信号分别经低噪声放大器放大后，通过波导开关输出至捕跟接收机。

进一步的，所述捕跟接收机完成射频和信号与射频差信号的调制、变频以及误差信号解调，形成AGC信号，并实时将AGC信号、方位信息和俯仰信息输出至天线控制器。

进一步的，所述的天线控制器通过计算，形成天线电机驱动信号，驱动天线向误差减小的方向转动，直至校准残留误差达到要求。

天线控制器接收跟踪关闭指令，完成选定天线校准，天线停止运动。

进一步的，还包括有卫星监测系统，该卫星监测系统分别同标校总控中心和卫星连接，用于实现卫星与标校总控中心之间信号的传递。

进一步的，所述的地面标校站与标校总控中心之间通过专线实现连接，在标校总控中心完成各个地面标校站的互联。

本发明的有益效果是：提出了一种Ku用户多波束天线的校准方法，设计了相应的地面标校站，实现了在控制中心对其他标校站进行远程操作，完成校准任务的目的。以卫星通信为主要通信方式建立通信链路，使用地面标校站通过IC软件来收取卫星遥测数据并判断卫星指向校准系统的连接状态，根据连接状态控制信标站中正确对应的标校站发送信标信号，配合卫星完成用户天线的指向校准功能。

附图说明

图1为本发明的一种Ku用户多波束天线的校准方法的流程示意图。

图2为本发明的一种Ku用户多波束天线的校准系统的框架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1、图2所示，本发明揭示了一种Ku用户多波束天线的校准方法，具体的，该方法依托于Ku用户多波束天线的校准的系统来实现，对于所述的系统，结合图2所示，该系统包括天线控制器10、信号发生器20、地面标校站30以及标校总控中心40；其中，天线控制器10包括卫星天线101，多个天线控制器10的卫星天线101分别同卫星实现信号的传递；天线控制器10用于接收经地面标校站发出由卫星天线接收的标校信号；所述的信号发生器20分别连接至地面标校站30，多个地面标校站30通过信号发生器20连接至标校总控中心40。

本实施例中，地面标校站30位于卫星天线对应的波束中心位置5Km范围内，通过实时上传方位角度、俯仰角度、跟星精度以及输出功率等遥测参数来反映其工作状态。地面标校站30收取卫星遥测数据并判断卫星指向校准系统的连接状态，根据指向状态控制信标站发送信标信号，配合卫星完成用户天线指向校准功能，以保证卫星上多波束天线的精确指向。另外，地面标校站30与标校总控中心40之间通过IPSEC协议或互联网专线实现连接，在标校总控中心40完成各个地面标校站30的互联。

对于所述的一种Ku用户多波束天线的校准方法，结合图1所示，本发明提供了一具体实施例，具体包括以下的步骤：

S10、天线控制器10开机，选择需要校准的天线，逐个进行天线校准工作；

当卫星天线展开到位且载荷正常开机后，开始执行首次标校任务，校准系统可以开始依次执行多副卫星天线的校准。

S20、打开已选定校准天线对应的信标站，并关闭另外的信标站；

本实施例中，校准从东天线南开始，标校人员在标校控制中心通过地面标校站30，设置标校参数并发射校准信号，要求在一个地面标校站30发送信号时，其余地面标校站30均不对卫星发送信号。

S30、使用整星遥控系统，通过矩阵指令将系统开关输出切换为指定天线的和、差信号输出开关状态；

本实施例中，测控人员使用整星遥控系统，通过矩阵指令将系统开关输出切换为东南天线的和、差信号输出开关状态；

S40、天线控制器接收捕跟接收机串行遥控指令，对捕跟接收机进行设置；天线控制器接收指定需校准天线跟踪开启指令，使卫星天线进入跟踪状态；

具体的，由天线控制器10接收捕跟接收机串行遥控指令，对捕跟接收机进行设置，注入对应天线当前配置下相移因子，并接收东天线南串行自跟踪开启指令，使东天线南转入自跟踪状态。

在上述实施例中，当卫星天线接收到Ku频段信号时，卫星天线馈源激励出主模TE11模，输出射频和信号；并通过天线控制器10内部的差模耦合器激励出高次模TE21模，输出射频差信号；射频和信号与射频差信号分别经低噪声放大器放大后，通过波导开关输出至捕跟接收机。

S50、判断能否接收到标校信号,如能接收到标校信号，则进入步骤S60，如不能接收到标校信号，则进入步骤S70；

S60、判断信号AGC是否达到捕捉门限，如达到捕捉门限，则进入步骤S90，如未达到捕捉门限，则进入步骤S80；

本实施例中，捕跟接收机完成和差信号调制、变频以及误差信号解调，实时将AGC信号、方位和俯仰信息输出至天线控制器10；天线控制器10通过计算处理，形成天线电机驱动信号，驱动天线向误差减小的方向转动，直至校准残留误差达到要求。天线控制器10接收串行自跟踪关闭指令，东天线南自跟踪结束。

S70、按照设定的离散位置，驱动卫星天线进行离散点扫描，此后再次判断能够接收到标校信号，如能接收到标校信号，则返回至步骤S60，如不能接收到标校信号，则进入步骤S80；

S80、判断卫星天线是否扫描所有位置，若是则记为本次校准失败，并返回至步骤S10，若否则返回至步骤S50；

S90、自动跟踪，天线控制器10内部形成天线电机驱动信号，驱动卫星天线向误差减小的方向转动，实现自动跟踪；

S100、判断误差信号是否达到对准门限，若是则表示当前天线校准完成，并返回至步骤S20，若否则返回至步骤S90。

本发明上述的实施例中，整个过程将捕跟接收机和控制器遥测状态回传，如果控制器接收到串行终止指令，天线立即停止运动。东天线南校准完成后，天线控制器10接收下一副天线相移因子注入指令及校准开始指令，将波导开关切换至下一副天线和、差信号输出。整个多波束天线校准顺序可由综合业务单元的串行遥控指令来控制。

上述的实施例中，还包括有卫星监测系统50，该卫星监测系统50分别同标校总控中心40和卫星60连接，用于实现卫星60与标校总控中心40之间信号的传递。

本发明提出了一种Ku用户多波束天线的校准方法，设计了相应的地面标校站30，实现了在控制中心对其他标校站进行远程操作，完成校准任务的目的。以卫星通信为主要通信方式建立通信链路，使用地面标校站30通过IC软件来收取卫星遥测数据并判断卫星指向校准系统的连接状态，根据连接状态控制信标站中正确对应的标校站发送信标信号，配合卫星完成用户天线的指向校准功能。

基于此，本发明的Ku用户多波束天线的校准系统，可对设备进行监视与控制：监视控制多套信标天线、功放及各站调制解调器工作状态。可对设备故障进行报警、可对设备遥测门限进行编辑、可对设备手动发送指令、可自动联动卫星及地面标校站完成自动校准指令。并且，可接收卫星遥测数据，监视卫星天线校准系统相关遥测状态，判断校准单元连接状态。

在卫星具备控制模式时，可向卫星发送切换校准单元连接开关切换指令。可调度三个站发送上行信号及遥控发送指令，具备时间周期性设置功能、固定时间设置功能，以及单独加载校准任一天线模块的功能。可手动和自动完成卫星天线指向校准功能。可对遥控指令功能进行大环对比，确保卫星在收到正确指令后再进行指令执行。可判断遥测指令合法性，当遥测数据符合判据则继续执行，否则软件停止执行、发出警告声、弹出警告标示。可发送与标校相关指令及空指令。

针对本发明提出的一种Ku用户多波束天线的校准方法，本发明还提供了一实施例，当卫星入轨并且天线展开到位后，由于导致在轨多波束天线的误差来源主要来自于常值误差和日变误差，因此校准系统主要在如下几种情况下工作。当卫星天线展开成功后在轨测试前，将对天线的常值误差进行校准，由于校准次数为一次，因此可采用地面站人员手动发起校准流程，按照图1所述的校准流程完成此次校准。卫星发射上天IOT之前可由位于标校站控制中心的测控人员，通过网络远程登陆到各个地面标校站30，手动发射信标信号，调节发射功率。测控人员可通过连接到modem，获取并调整标校参数，来完成标校任务。通过各标校站站点可获取发射功率以及固定的天线俯仰角、方位角、跟踪精度以及发射功率等常规参数等遥测信息，该参数可通过位于控制中心的射频监控服务器获取，若需自动获取，需要对网络作相应配置。

在后续在轨运行期间，多波束天线主要的误差来自于日变误差，因此以每天需要校准的时间点为基准，通过地面标校站30，按时发起校准，按照校准流程自动完成天线分系统的校准。地面标校站30定时标校任务的发射时间及发送间隔已设置为可配置模式，届时可根据IOT时的误差灵活配置调整。地面标校站30定时标校任务通过标校软件中的新建计划组来实现，通过请求的方式可创建一个计划组，该计划组会从开始时间起按照间隔时间自动转化为任务组，通过启动任务组自动完成标校任务。

与现有技术相比，本发明通过对现有系统资源的充分利用，整合了功带平衡闭环反馈系统、多波束高通量卫星系统、地面多关口站系统，加入了地面标校站30，通过接口软件收取卫星遥测数据并判断卫星指向校准系统的连接状态，实现测试人员在标校站总控中心远程使用手动或自动对其他标校站进行控制，分时发送正确信标信号，配合卫星完成用户天线指向校准的功能。改变了传统标校系统标校时需在各个站点手动操作的情形，由于系统还具有监控模式，提高了校准时的可靠性与安全性。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种Ku用户多波束天线的校准方法，其特征在于，包括天线控制器、信号发生器、地面标校站以及标校总控中心；

所述的天线控制器包括卫星天线，多个天线控制器的卫星天线分别同卫星实现信号的传递，天线控制器用于接收经地面标校站发出由卫星天线接收的标校信号；所述的信号发生器分别连接至地面标校站，多个地面标校站通过信号发生器连接至标校总控中心，地面标校站根据信标站发送信标信号，配合卫星完成用户天线指向校准功能，以保证卫星上多波束天线的精确指向；

该方法包括以下的步骤：

S10、天线控制器开机，选择需要校准的天线，逐个进行天线校准工作；

S20、打开已选定校准天线对应的信标站，并关闭另外的信标站；标校人员在标校控制中心通过地面标校站，设置标校参数并发射校准信号；

步骤S20中，当卫星天线接收到Ku频段信号时，卫星天线馈源激励出主模TE11模，输出射频和信号；并通过天线控制器内部的差模耦合器激励出高次模TE21模，输出射频差信号；射频和信号与射频差信号分别经低噪声放大器放大后，通过波导开关输出至捕跟接收机；

所述捕跟接收机完成射频和信号与射频差信号的调制、变频以及误差信号解调，形成AGC信号，并实时将AGC信号、方位信息和俯仰信息输出至天线控制器；

S30、使用整星遥控系统，通过矩阵指令将系统开关输出切换为指定天线的和、差信号输出开关状态；

S40、天线控制器接收捕跟接收机串行遥控指令，对捕跟接收机进行设置；天线控制器接收指定需校准天线跟踪开启指令，使卫星天线进入跟踪状态；

S50、判断能否接收到标校信号,如能接收到标校信号，则进入步骤S60，如不能接收到标校信号，则进入步骤S70；

S60、判断信号AGC是否达到捕捉门限，如达到捕捉门限，则进入步骤S90，如未达到捕捉门限，则进入步骤S80；

S70、按照设定的离散位置，驱动卫星天线进行离散点扫描，此后再次判断能够接收到标校信号，如能接收到标校信号，则返回至步骤S60，如不能接收到标校信号，则进入步骤S80；

S80、判断卫星天线是否扫描所有位置，若是则记为本次校准失败，并返回至步骤S10，若否则返回至步骤S50；

S90、自动跟踪，天线控制器内部形成天线电机驱动信号，驱动卫星天线向误差减小的方向转动，实现自动跟踪；

S100、判断误差信号是否达到对准门限，若是则表示当前天线校准完成，天线控制器接收跟踪关闭指令，完成选定天线校准，天线停止运动；并返回至步骤S20，若否则返回至步骤S90。

2.根据权利要求1所述的一种Ku用户多波束天线的校准方法，其特征在于，步骤S20中，标校总控中心通过响应程序，设置标校参数并发射校准信号。

3.根据权利要求1所述的一种Ku用户多波束天线的校准方法，其特征在于，还包括有卫星监测系统，该卫星监测系统分别同标校总控中心和卫星连接，用于实现卫星与标校总控中心之间信号的传递。

4.根据权利要求1所述的一种Ku用户多波束天线的校准方法，其特征在于，所述的地面标校站与标校总控中心之间通过专线实现连接，在标校总控中心完成各个地面标校站的互联。

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