CN116885429A - 一种车载式散射通信天线系统及天线对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载式散射通信天线系统及天线对准方法，涉及散射通信领域。本发明以同步轨道卫星为参照，计算本端车载式散射通信天线通信时的俯仰角、方位角与极化角误差，在本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时进行误差修正；具体包括参考时钟模块、调制解调器、上变频器、大功率放大器、散射双工器、极化可调抛物面天线及伺服机构、散射LNA、下变频器、北斗主机模块、卫星接收滤波器、卫星接收LNB、电平检测模块、集中控制模块。本发明可减少站型使用和对准操作的复杂度，可以扩展使用场景、加快开通速度、适应更多的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于散射通信领域，具体是指一种车载式散射通信天线系统及天线对准方法。
背景技术
散射通信是利用大气层中传播媒介的不均匀性对电波产生前向散射作用而实现的一种超视距通信方式。散射通信信号的路径传输损耗非常巨大，一般需要使用较大口面天线才能保证通信的可靠性。由于散射通信距离较远，信道存在瑞利衰落，接收信号微弱，且天线主波束角窄，因而车载式散射通信站天线对准是优先需要解决的问题。为了实现天线精确对准，车载式散射通信站对车载平台要求苛刻，一是需要定期对天线机械角度误差进行校准，二是天线架设前需要进行严格的车载平台调平，这些要求很大程度限制了车载式散射通信站的使用场景和开通速度，影响了这种站型的应用领域。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种车载式散射通信天线系统及天线对准方法。只需要一副天线，利用同步轨道卫星作为基准，校准通信两端天线角度误差，可以简化车载式散射天线自动对准流程，具有准确高效，使用方便的优点，可以扩展使用场景、加快开通速度、适应更多的应用领域。
基于上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于车载式散射通信的天线对准方法，通信两端的车载式散射通信天线均采用以下步骤，具体如下：
步骤1，对本端车载式散射通信天线进行定位定向；
步骤2，根据定位定向信息以及预先存储的同步轨道卫星信息，得到本端车载式散射通信天线与同步轨道卫星通信时的理论极化角γ0、计算理论俯仰角α0与方位角β0；
步骤3，将本端车载式散射通信天线调整至俯仰角α0、方位角β0与极化角γ0的状态；
步骤4，本端车载式散射通信天线接收同步轨道卫星发送的信标信号；
步骤5，根据信标信号的电平大小，以小角度步进的方式调整本端车载式散射通信天线的俯仰角、方位角和极化角，得到信标信号达到最大电平值时对应的俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1；
步骤6，分别计算俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1与理论俯仰角α0、理论方位角β0及理论极化角γ0的对应偏差值：
俯仰角偏差：Δα＝α1-α0；
方位角偏差：Δβ＝β1-β0；
极化角偏差：Δγ＝γ1-γ0；
步骤7，本端车载式散射通信天线向对端车载式散射通信天线发送本端位置信息，并接收对端车载式散射通信天线的位置信息，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的理论极化角γ2，计算理论俯仰角α2与方位角β2，并结合步骤6中得到的偏差值Δα、Δβ、Δγ，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的实际角度为：
实际俯仰角：α3＝α2+Δα；
实际方位角：β3＝β2+Δβ；
实际极化角：γ3＝γ2+Δγ；
步骤8，将车载天线调整至俯仰角α3、方位角β3与极化角γ3的状态；
步骤9，本端车载式散射通信天线将业务信息发送出去，并接收对端车载式散射通信天线发送回来的反馈业务信息，若反馈业务信息正常，则完成了车载式散射通信的天线对准；若反馈业务信息不正常，则重新执行步骤1-9。
一种车载式散射通信天线系统，包括参考时钟模块1、调制解调器2、上变频器3、大功率放大器4、散射双工器5、极化可调抛物面天线及伺服机构6、散射LNA7、下变频器8、北斗主机模块9、卫星接收滤波器10、卫星接收LNB11、电平检测模块12、集中控制模块13；
其中，参考时钟模块1为本端车载式各个模块提供统一的基准时钟参考；
北斗主机模块9对本端车载式散射通信天线进行定位定向；
集中控制模块13接收北斗主机模块9传递的定位定向信息，结合预先存储的同步轨道卫星信息，得到本端车载式散射通信天线与同步轨道卫星通信时的理论极化角γ0，计算理论俯仰角α0与方位角β0，并控制极化可调抛物面天线及伺服机构6将本端车载式散射通信天线调整至俯仰角α0、方位角β0与极化角γ0的状态；
本端车载式散射通信天线接收同步轨道卫星发送的信标信号，经卫星接收滤波器10滤除带外噪声，滤波后的信标信号进入卫星接收LNB11进行固定放大与下变频，处理后的信标信号送至电平检测模块12；
集中控制模块13根据同步轨道卫星信息设置下变频频率值，传递给电平检测模块12进行信标信号的适配，并根据电平检测模块12检测到的信标信号的电平大小，控制极化可调抛物面天线及伺服机构6以小角度步进的方式调整天线的俯仰角、方位角和极化角，得到信标信号达到最大电平值时对应的俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1，并计算俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1与理论俯仰角α0、理论方位角β0及理论极化角γ0的对应偏差值Δα、Δβ、Δγ，；
集中控制模块13通过北斗主机模块9向对端车载式散射通信天线发送本端车载式散射通信天线的位置信息，并接收对端车载式散射通信天线的位置信息，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的理论极化角γ2，计算理论俯仰角α2与方位角β2，结合偏差值Δα、Δβ与Δγ，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的实际角度α3、β3与γ3；
集中控制模块13控制极化可调抛物面天线及伺服机构6将车载天线调整至俯仰角α3、方位角β3与极化角γ3的状态；
集中控制模块13控制调制解调器2将业务信息经业务复接、信道编码、调制、成型、DA变换后发送至上变频器3，经上变频器3上变频后，送入大功率放大器4进行功率放大，再由散射双工器5送入极化可调抛物面天线及伺服机构6的天线口辐射出去，实现信号发射过程；
极化可调抛物面天线及伺服机构6的天线口接收对端车载式散射通信天线发送的反馈信号，通过散射双工器5滤除通道外噪声和干扰，再由散射LNA7进行小信号放大，送入下变频器8，经过下变频和放大后，送入调制解调器2，经由中频放大后，进入AD变换得到数字信号，经解调、信道译码、业务分接，恢复为反馈业务信息，实现信号接收过程。
由于采用了上述技术方案，本发明相对于背景技术的有益效果在于：
1、本发明只需要一副天线，降低了站型的复杂度。
2、本发明采用极化可调抛物面天线及伺服机构，可以适配更多的同步轨道卫星极化角度，野外使用灵活性高。
3、本发明以同步轨道卫星为参照，采用集中控制模块自动校准车载平台和天线机械误差造成的极化角、方位角和俯仰角误差，减少站型使用和对准操作的复杂度。
附图说明
图1是本发明中一种车载式散射通信天线系统的电原理图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步地说明。
一种适用于车载式散射通信的天线对准方法，通信两端的车载式散射通信天线均采用以下步骤，具体如下：
步骤1，对本端车载式散射通信天线进行定位定向；
步骤2，根据定位定向信息以及预先存储的同步轨道卫星信息，得到本端车载式散射通信天线与同步轨道卫星通信时的理论极化角γ0、计算理论俯仰角α0与方位角β0；
步骤3，将本端车载式散射通信天线调整至俯仰角α0、方位角β0与极化角γ0的状态；
步骤4，本端车载式散射通信天线接收同步轨道卫星发送的信标信号；
步骤5，根据信标信号的电平大小，以小角度步进的方式调整本端车载式散射通信天线的俯仰角、方位角和极化角，得到接收到的信标信号达到最大电平值时对应的俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1；
步骤6，分别计算俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1与理论俯仰角α0、理论方位角β0及理论极化角γ0的对应偏差值：
俯仰角偏差：Δα＝α1-α0；
方位角偏差：Δβ＝β1-β0；
极化角偏差：Δγ＝γ1-γ0；
步骤7，本端车载式散射通信天线向对端车载式散射通信天线发送本端位置信息，并接收对端车载式散射通信天线的位置信息，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的理论极化角γ2，计算理论俯仰角α2与方位角β2，并结合步骤6中得到的偏差值Δα、Δβ、Δγ，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的实际角度为：
实际俯仰角：α3＝α2+Δα；
实际方位角：β3＝β2+Δβ；
实际极化角：γ3＝γ2+Δγ；
步骤8，将车载天线调整至俯仰角α3、方位角β3与极化角γ3的状态；
步骤9，本端车载式散射通信天线将业务信息发送出去，并接收对端车载式散射通信天线发送回来的反馈业务信息，若反馈业务信息正常，则完成了车载式散射通信的天线对准；若反馈业务信息不正常，则重新执行步骤1-9。
具体的，所述步骤5中俯仰角、方位角和极化角小角度步进调整的先后顺序可调换，但不可同时调整。
如图1所示，一种车载式散射通信天线系统，包括参考时钟模块1、调制解调器2、上变频器3、大功率放大器4、散射双工器5、极化可调抛物面天线及伺服机构6、散射LNA7、下变频器8、北斗主机模块9、卫星接收滤波器10、卫星接收LNB11、电平检测模块12、集中控制模块13；
其中，参考时钟模块1为本端车载式各个模块提供统一的基准时钟参考；
北斗主机模块9对本端车载式散射通信天线进行定位定向；
具体的，北斗主机模块9包含RDSS和RNSS功能，RNSS将自动得到本端车载式散射通信天线的经度和纬度信息，即实现车载天线定位定向功能；RDSS接收到的对端车载式散射通信天线的位置信息；
集中控制模块13接收北斗主机模块9传递的定位定向信息，结合预先存储的同步轨道卫星信息，得到本端车载式散射通信天线与同步轨道卫星通信时的理论极化角γ0，计算理论俯仰角α0与方位角β0，并控制极化可调抛物面天线及伺服机构6将本端车载式散射通信天线调整至俯仰角α0、方位角β0与极化角γ0的状态；
本端车载式散射通信天线接收同步轨道卫星发送的信标信号，经卫星接收滤波器10滤除带外噪声，滤波后的信标信号进入卫星接收LNB11进行固定放大与下变频，处理后的信标信号送至电平检测模块12；
集中控制模块13根据同步轨道卫星信息设置下变频频率值，传递给电平检测模块12进行信标信号的适配，并根据电平检测模块12检测到的信标信号的电平大小，控制极化可调抛物面天线及伺服机构6以小角度步进的方式调整天线的俯仰角、方位角和极化角，得到信标信号达到最大电平值时对应的俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1，并计算俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1与理论俯仰角α0、理论方位角β0及理论极化角γ0的对应偏差值Δα、Δβ、Δγ，；
集中控制模块13通过北斗主机模块9向对端车载式散射通信天线发送本端车载式散射通信天线的位置信息，并接收对端车载式散射通信天线的位置信息，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的理论极化角γ2，计算理论俯仰角α2与方位角β2，结合偏差值Δα、Δβ与Δγ，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的实际角度α3、β3与γ3；
集中控制模块13控制极化可调抛物面天线及伺服机构6将车载天线调整至俯仰角α3、方位角β3与极化角γ3的状态；
集中控制模块13控制调制解调器2将业务信息经业务复接、信道编码、调制、成型、DA变换后发送至上变频器3，经上变频器3上变频后，送入大功率放大器4进行功率放大，再由散射双工器5送入极化可调抛物面天线及伺服机构6的天线口辐射出去，实现信号发射过程；
极化可调抛物面天线及伺服机构6的天线口接收对端车载式散射通信天线发送的反馈信号，通过散射双工器5滤除通道外噪声和干扰，再由散射LNA7进行小信号放大，送入下变频器8，经过下变频和放大后，送入调制解调器2，经由中频放大后，进入AD变换得到数字信号，经解调、信道译码、业务分接，恢复为反馈业务信息，实现信号接收过程。
总之，本发明利用同步轨道卫星作为基准，校准通信两端天线角度误差，可以简化车载式散射天线自动对准流程，具有准确高效，使用方便的优点，可以扩展使用场景、加快开通速度、适应更多的应用领域。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种适用于车载式散射通信的天线对准方法，其特征在于，通信两端的车载式散射通信天线均采用以下步骤，具体如下：
步骤1，对本端车载式散射通信天线进行定位定向；
步骤2，根据定位定向信息以及预先存储的同步轨道卫星信息，得到本端车载式散射通信天线与同步轨道卫星通信时的理论极化角γ0、计算理论俯仰角α0与方位角β0；
步骤3，将本端车载式散射通信天线调整至俯仰角α0、方位角β0与极化角γ0的状态；
步骤4，本端车载式散射通信天线接收同步轨道卫星发送的信标信号；
步骤5，根据信标信号的电平大小，以小角度步进的方式调整本端车载式散射通信天线的俯仰角、方位角和极化角，得到信标信号达到最大电平值时对应的俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1；
步骤6，分别计算俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1与理论俯仰角α0、理论方位角β0及理论极化角γ0的对应偏差值：
俯仰角偏差：Δα＝α1-α0；
方位角偏差：Δβ＝β1-β0；
极化角偏差：Δγ＝γ1-γ0；
步骤7，本端车载式散射通信天线向对端车载式散射通信天线发送本端位置信息，并接收对端车载式散射通信天线的位置信息，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的理论极化角γ2，计算理论俯仰角α2与方位角β2，并结合步骤6中得到的偏差值Δα、Δβ、Δγ，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的实际角度为：
实际俯仰角：α3＝α2+Δα；
实际方位角：β3＝β2+Δβ；
实际极化角：γ3＝γ2+Δγ；
步骤8，将车载天线调整至俯仰角α3、方位角β3与极化角γ3的状态；
步骤9，本端车载式散射通信天线将业务信息发送出去，并接收对端车载式散射通信天线发送回来的反馈业务信息，若反馈业务信息正常，则完成了车载式散射通信的天线对准；若反馈业务信息不正常，则重新执行步骤1-9。
2.一种车载式散射通信天线系统，其特征在于，包括参考时钟模块(1)、调制解调器(2)、上变频器(3)、大功率放大器(4)、散射双工器(5)、极化可调抛物面天线及伺服机构(6)、散射LNA(7)、下变频器(8)、北斗主机模块(9)、卫星接收滤波器(10)、卫星接收LNB(11)、电平检测模块(12)、集中控制模块(13)；
其中，参考时钟模块(1)为本端车载式各个模块提供统一的基准时钟参考；
北斗主机模块(9)对本端车载式散射通信天线进行定位定向；
集中控制模块(13)接收北斗主机模块(9)传递的定位定向信息，结合预先存储的同步轨道卫星信息，得到本端车载式散射通信天线与同步轨道卫星通信时的理论极化角γ0，计算理论俯仰角α0与方位角β0，并控制极化可调抛物面天线及伺服机构(6)将本端车载式散射通信天线调整至俯仰角α0、方位角β0与极化角γ0的状态；
本端车载式散射通信天线接收同步轨道卫星发送的信标信号，经卫星接收滤波器(10)滤除带外噪声，滤波后的信标信号进入卫星接收LNB(11)进行固定放大与下变频，处理后的信标信号送至电平检测模块(12)；
集中控制模块(13)根据同步轨道卫星信息设置下变频频率值，传递给电平检测模块(12)进行信标信号的适配，并根据电平检测模块(12)检测到的信标信号的电平大小，控制极化可调抛物面天线及伺服机构(6)以小角度步进的方式调整天线的俯仰角、方位角和极化角，得到信标信号达到最大电平值时对应的俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1，并计算俯仰角α1、方位角β1及极化角γ1与理论俯仰角α0、理论方位角β0及理论极化角γ0的对应偏差值Δα、Δβ、Δγ；
集中控制模块(13)通过北斗主机模块(9)向对端车载式散射通信天线发送本端车载式散射通信天线的位置信息，并接收对端车载式散射通信天线的位置信息，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的理论极化角γ2，计算理论俯仰角α2与方位角β2，结合偏差值Δα、Δβ与Δγ，得到本端车载式散射通信天线与对端车载式散射通信天线通信时的实际角度α3、β3与γ3；
集中控制模块(13)控制极化可调抛物面天线及伺服机构(6)将车载天线调整至俯仰角α3、方位角β3与极化角γ3的状态；
集中控制模块(13)控制调制解调器(2)将业务信息经业务复接、信道编码、调制、成型、DA变换后发送至上变频器(3)，经上变频器(3)上变频后，送入大功率放大器(4)进行功率放大，再由散射双工器(5)送入极化可调抛物面天线及伺服机构(6)的天线口辐射出去，实现信号发射过程；
极化可调抛物面天线及伺服机构(6)的天线口接收对端车载式散射通信天线发送回来的反馈业务信息，通过散射双工器(5)滤除通道外噪声和干扰，再由散射LNA(7)进行小信号放大，送入下变频器(8)，经过下变频和放大后，送入调制解调器(2)，经由中频放大后，进入AD变换得到数字信号，经解调、信道译码、业务分接，恢复为反馈业务信息，实现信号接收过程。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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