CN204391277U - 一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置，结构包括主控板、显示单元、GPS、机械罗盘、倾角传感器、信标机和PC监控端，主控板分别与显示单元、GPS、倾角传感器、机械罗盘、信标机及PC监控端相连接；信标机一端连接有天线RX，天线RX与信标机之间设置有依次相接的双工器、LNB和功分器；功分器输出的信号一路直接传输至调制解调器，功分器输出的信号另一路传输至主控板；功分器传输至主控板的信号，依次通过隔直器、第二滤波器和信标机后进入主控板；功分器与主控板之间增加有第一滤波器。本实用新型提供一种低成本、低要求、高效率的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，解决了小口径天线移站寻星时的高成本、高要求、低效率等问题。

Description

一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置

技术领域

本实用新型涉及卫星天线技术领域，特别涉及一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置。

背景技术

卫星地球站主要分为固定站、静中通、动中通、便携式四大类。其中，固定站和便携式天线常采用手动对星方式，静中通和动中通常采用自动对星方式。地球同步卫星与地面相聚35786 km，小口径天线3db波束宽度通常小于1°。在距离远、波束宽度窄等条件限制下，想通过手动方式对准天上的卫星并建立优质的通信链路，难度非常高，必须有专业工程师、专业频谱仪和丰富的经验。而带自动对星设备的天线，结构复杂，不适合经常拆装搬移，而且需要有专用控制设备及较多的检测传感器。

目前，市面上还没有一家公司有产品能长期在高温、高寒、高湿的环境下满足手动快速寻星，既不使用频谱仪又不需要操作人员具备较高的专业技术水平，又能快速对准卫星。以中石油川庆钻探公司为例，其主要从事地质勘探、钻井工程等业务，其下属的几十支勘探队和钻井队分布在全国各个地方，平均每15天就需要移动工作站点，其小口径应急通信天线也需要随之移动。像这种需要频繁移动的天线，我们称之为移动型小口径天线，这种天线每移动一次都需要从新完成一次对星操作。

现有用于移动型小口径卫星天线寻星装置主要存在以下技术问题：

移站成本高，若由川庆技术工人完成对星操作，就需要一台精度较高的频谱仪，该仪器通常为几十万且维修费用高；若每次移站都让卫星公司派专人实施，由于路途遥远，维护成本也将非常高；若使用带自动对星的天线，频繁移动易导致部件损坏并引起系统不工作。

操作人员专业技术水准要求高，按照常规手动对星方式来看，完成对星需要操作者具备通信专业知识，对频谱原理和按键功能相当熟悉才行，这一点普通技术工人很难达到要求。

对星时间长，小口径天线3db波束宽度通常小于1°，不通晓对星原理的人很难在这么窄的范围内成功找到卫星信号场强最大值，通常情况下川庆技术工人成功对星时间在3小时以上，有的甚至不成功。

基于以上分析，设计一种结构简单、成本低廉、对星效率高的小口径卫星天线手动对星指示装置，解决现有小口径卫星天线对星装置存在的技术问题，显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有用于移动型小口径卫星天线寻星装置，移站成本高、操作人员专业技术水准要求高、对星时间长等技术问题，提供一种结构简单、成本低廉、对星效率高的移动型小口径卫星天线寻星装置，解决现有小口径卫星天线对星装置存在的技术问题，提高对星效率。

本实用新型涉及一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于， 结构包括主控板、显示单元、GPS、机械罗盘、倾角传感器、信标机和PC监控端，所述主控板分别与显示单元、GPS、倾角传感器、机械罗盘、信标机及PC监控端相连接；

所述信标机一端连接有天线RX，天线RX与信标机之间设置有依次相接的双工器、LNB和功分器；

所述功分器输出的信号一路直接传输至调制解调器，功分器输出的信号另一路传输至主控板；

所述功分器传输至主控板的信号，依次通过隔直器、第二滤波器和信标机后进入主控板。

进一步，所述PC监控端集成有数码管显示装置、条状LED显示装置和蜂鸣器提示装置中任意一种或多种。

进一步，所述功分器与主控板之间增加有第一滤波器。

进一步，所述调制解调器上连接有可馈电的同轴电缆，同轴电缆通过功分器一端连通至LNB，一端经由滤波器直接连通至主板。

进一步，所述主控板上设置有外部电源接口。

进一步，所述显示单元集成有LED和PC机显示装置。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供一种低成本、低要求、高效率的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，解决了小口径天线移站寻星时的高成本、高要求、低效率等问题。

本实用新型在整套设备从对星功能上可完全替代价格昂贵的频谱仪；从成本上看它比自动寻星设备少使用了3个驱动电机、3维电子罗盘、绝对值编码器等高精度传感器件；从操作上看用户只需要将天线调节到理论位置，并在理论位置附近微调即可找到最优对星位置，寻星时间更短、操作更简单、专业要求更低。

本实用新型调制解调器上连接有可馈电的同轴电缆，同轴电缆通过功分器一端连通至LNB，一端经由滤波器直接连通至主板，此种设计结构，可从连接调制解调器的同轴电缆上馈电DC24V，供设备使用，调制解调器输出10M-DC24V提供给本设备，由内部功分器分成两路，一路提供10M-DC24V给LNB使其能正常工作，一路经过第一滤波器输出DC24V给主控板供电，同时本实用新型还预留外部电源输入接口，保证调制解调器发生故障后本装置仍然能正常工作。

附图说明

图1为本实用新型移动型小口径卫星天线快速寻星装置结构示意图。

图2为本实用新型移动型小口径卫星天线快速寻星装置粗对星流程图。

图3为本实用新型移动型小口径卫星天线快速寻星装置精对星流程图。

图4为本实用新型的安装结构示意图。

具体实施方式

参阅附图1、附图2、附图3、及附图4对本实用新型做进一步描述。

一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于， 结构包括主控板、显示单元、GPS、机械罗盘、倾角传感器、信标机和PC监控端，所述主控板分别与显示单元、GPS、倾角传感器、机械罗盘、信标机及PC监控端相连接；

所述信标机一端连接有天线RX，天线RX与信标机之间设置有依次相接的双工器、LNB和功分器；

所述功分器输出的信号一路直接传输至调制解调器，功分器输出的信号另一路传输至主控板；

所述功分器传输至主控板的信号，依次通过隔直器、第二滤波器和信标机后进入主控板。

优选地，作为改进，所述PC监控端集成有数码管显示装置、条状LED显示装置和蜂鸣器提示装置中任意一种或多种。

优选地，作为改进，所述功分器与主控板之间增加有第一滤波器。

优选地，作为改进，所述调制解调器上连接有可馈电的同轴电缆，同轴电缆通过功分器一端连通至LNB，一端经由滤波器直接连通至主板。

优选地，作为改进，所述主控板上设置有外部电源接口。

优选地，所述显示单元集成有LED和PC机显示装置。

与现有技术相比，本实用新型提供一种低成本、低要求、高效率的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，解决了小口径天线移站寻星时的高成本、高要求、低效率等问题。

本实用新型在整套设备从对星功能上可完全替代价格昂贵的频谱仪；从成本上看它比自动寻星设备少使用了三个驱动电机、三维电子罗盘、绝对值编码器等高精度传感器件；从操作上看用户只需要将天线调节到理论位置，并在理论位置附近微调即可找到最优对星位置，寻星时间更短、操作更简单、专业要求更低。

本实用新型调制解调器上连接有可馈电的同轴电缆，同轴电缆通过功分器一端连通至LNB，一端经由滤波器直接连通至主板，此种设计结构，可从连接调制解调器的同轴电缆上馈电DC24V，供设备使用，调制解调器输出10M-DC24V提供给本设备，由内部功分器分成两路，一路提供10M-DC24V给LNB使其能正常工作，一路经过第一滤波器输出DC24V给主控板供电，同时本实用新型还预留外部电源输入接口，保证调制解调器发生故障后本装置仍然能正常工作。

本实用新型的原理说明：

信标信号检测：天线RX接收的信号经过双工器传送给LNB，LNB将其转换为后端设备能处理的L波段（950～2150Mhz）信号。该信号在设备内部被功分器分为两路，一路供外部调制解调器使用，另一路经隔直器和滤波器处理后供内部信标机使用，信标机对该输入信号进行信标解算，输出对应的信号功率值和AGC电压值，该数据通过串口发送给主控板。

天线姿态测量：

在天线立柱上方旋转装置上安装机械罗盘，该机械罗盘采用检测地球磁力线的原理，来指示该点延长线与地球北极的夹角，本装置中用于检测抛物面天线中心线与地球北极的夹角（简称“方位角”）。在天线馈源支撑杆上安装倾角传感器，这样天线旋转时就能带动倾角传感器旋转，该倾角传感器测量值就是天线当前俯仰角。考虑系统抗干扰性，该数据采用RS485总线方式传送给主控板。

经纬度测量采用以下方法：天线对星前需要计算出当前位置对星的理论角度，包括方位角、俯仰角和极化角。根据对星理论公式（如下）：

可知，计算理论角度必须要知道天线所在位置的经纬度参数，该参数通过GPS测量，测量数据直接发送给主控板，由主控板根据对星理论公式计算出当前天线对星所需的方位角、俯仰角和极化角。

状态监控：状态监控主要为PC监控，包括数码管显示、条状LED显示和蜂鸣器提示，根据不同的使用场景选择不同的监控手段，可单独使用也可组合使用。

主控板：主控板先接收PC监控的卫星参数并存储于本地，根据配置信息、GPS参数计算对星理论角度，再通过不断地采集倾角传感器和信标机数据来确定当前姿态信息和信号功率强度，这些实时数据通过LED和PC机显示，用户通过观看反馈的数据来判断对星是否成功。

从节省电缆资源角度出发，从连接调制解调器的同轴电缆上馈电DC24V，供设备使用，装置一端连接调制解调器一端连接LNB， 调制解调器输出10M-DC24V提供给本设备，由内部功分器分成两路，一路提供10M-DC24V给LNB使其能正常工作，一路经过滤波器输出DC24V给主控板供电。同时本装置还预留外部电源输入接口，保证调制解调器发生故障后本装置仍然能正常工作。

本实用新型的应用，用户使用本实用新型对星主要有两个流程：

粗对星，如图2所示，装置上电后GPS需要从新下载星历并获取经纬度数据，用户需等待1min左右时间。然后根据装置显示的计划角度，手动调节天线极化传动装置至刻度盘显示值与装置显示理论值相同时停止；再根据装置显示的方位角度，手动调节天线方位传动装置至机械罗盘显示值与装置显示理论值相同时停止；再调节俯仰传动装置，至装置条状LED的0刻度时停止俯仰调节，完成这两步粗对星结束，此时卫星处于天线主瓣范围内，但并非主瓣波峰。

精对星，如图3所示，首先，向左微调方位传动装置，观察装置显示的信标信号功率变化，若信标信号强度逐渐增大，则继续向左微调直到信号强度由大变小时停止，然后再向右微调回到信号最大值位置；若信标信号强度逐渐减小，则向右微调微调方位传动装置，直到信号强度由大变小时停止，然后再向左微调回到信号最大值位置。

 其次，向上微调俯仰传动装置，观察装置显示的信标信号功率变化。若信标信号强度逐渐增大，则继续向上微调直到信号强度由大变小时停止，然后再向下微调回到信号最大值位置；若信标信号强度逐渐减小，则向下微调方位传动装置，直到信号强度由大变小时停止，然后再向上微调回到信号最大值位置。

完成上述操作后系统精对星结束，此时卫星处于天线主瓣波峰，最佳的通信位置。

装置安装：本装置与天线采用一体化安装设计，便于频繁运输，防震、防冲击性能好。如图4所示，为本实用新型涉及的移动型小口径卫星天线快速寻星装置安装与基座上的结构示意图，组装完成后，本实用新型装置本体、GPS天线、机械罗盘、LNB形成如图4所示的布局，具体为： 本装置主体安装于天线立柱中上部位、保证其显示单元与人眼齐平，便于数据观察，其外置器件机械罗盘、倾角传感器、GPS天线需安装于天线指定位置；为保证检测的准确性机械罗盘指示方向必须和馈源喇叭口在同一个垂直平面内，且支撑件要求采用铝件、并远离铁质材料30cm以上，保证铁质材料对罗盘测量值无影响，故将罗盘安装于天线立柱旋转位置；检测天线俯仰变化，倾角传感器只能安装于与天线俯仰随动的结构部件上，为了提高测量准确性，结构上还需保证传感器测量轴与该结构所在平面平行，这样测量值才准确、真实。故传感器只能安装于天线馈源支撑杆上；考虑到卫星信号频率与GPS信号频率比较接近，当GPS天线处于抛物面卫星天线前方时易被其汇集的信号干扰，降低GPS信号信噪比从干扰其工作，而在卫星天线背面又会接受不到信号，故将GPS天线安装在天线正上后方。

按照上述描述，即可完成对本实用新型的应用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于， 结构包括主控板、显示单元、GPS、机械罗盘、倾角传感器、信标机和PC监控端，所述主控板分别与显示单元、GPS、倾角传感器、机械罗盘、信标机及PC监控端相连接；

所述信标机一端连接有天线RX，天线RX与信标机之间设置有依次相接的双工器、LNB和功分器；

所述功分器输出的信号一路直接传输至调制解调器，功分器输出的信号另一路传输至主控板；

所述功分器传输至主控板的信号，依次通过隔直器、第二滤波器和信标机后进入主控板。

2.根据权利要求1所述的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于，所述PC监控端集成有数码管显示装置、条状LED显示装置和蜂鸣器提示装置中任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于，所述功分器与主控板之间增加有第一滤波器。

4.根据权利要求1所述的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于，所述调制解调器上连接有可馈电的同轴电缆，同轴电缆通过功分器一端连通至LNB，一端经由滤波器直接连通至主板。

5.根据权利要求1所述的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于，所述主控板上设置有外部电源接口。

6.根据权利要求1所述的移动型小口径卫星天线快速寻星装置，其特征在于，所述显示单元集成有LED和PC机显示装置。