DE112017006702B4

DE112017006702B4 - Verfahren und system zum verwenden einer planaren, phasengesteuerten empfangsgruppenantenne auf einer kommunikationsplattform zum schätzen eines ausrichtungsfehlers der antenne und zum orientieren ihrer hauptstrahlrichtung in richtung des senders

Info

Publication number: DE112017006702B4
Application number: DE112017006702.2T
Authority: DE
Inventors: Anthony Noerpel; Uday R. Bhaskar; Neal David Becker; Stanley E. Kay
Original assignee: Hughes Network Systems LLC
Current assignee: Hughes Network Systems LLC
Priority date: 2016-12-31
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: DE112017006702T5; WO2018125700A1; US20180359647A1; GB2572511A; US20180192298A1; GB2572511B; US10051487B2; US10555185B2; GB201909307D0

Abstract

Verfahren zum Orientieren einer Kommunikationsantenne, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:Segmentieren einer phasengesteuerten Empfangsgruppenantenne in N Untergruppen mit M Antennenelementen in jeder Untergruppe;Empfangen eines bekannten Signals durch jedes der M Antennenelemente von mindestens vier (4) der N Untergruppen,Abtasten in einer Richtung des bekannten Signals durch Anlegen eines Strahlengewichts, das jedem der M Elemente in jeder der mindestens 4 Untergruppen zugeordnet ist, um M gewichtete Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu erhalten;Kombinieren der M gewichteten Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu den Signalen A, B, C beziehungsweise D;Erzeugen eines Azimutdifferenzsignals pro einer gewichteten Summe von (A+B) und (C+D) und eines Höhendifferenzsignals pro einer gewichteten Summe von (A+C) und (B+D);Berechnen der Gewichte des Azimutdifferenzsignals, so dass das Azimutdifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird; undBerechnen der Gewichte des Höhendifferenzsignals, so dass das Höhendifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird, wobei N größer als oder gleich vier (4) ist und M größer als oder gleich eins (1) ist.

Description

GEBIET
Die vorliegenden Lehren offenbaren ein Verfahren und ein System zum Verwenden einer planaren, phasengesteuerten Empfangsgruppenantenne auf einer Kommunikationsplattform, um einen Ausrichtungsfehler der Antenne zu schätzen und die Hauptstrahlrichtung der Antenne in Richtung des Senders zu orientieren. Der Ausrichtungsfehler wird korrigiert, um eine optimale Abdeckung für Benutzerterminals und - gateways bereitzustellen.
HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung lehrt ein System und ein Verfahren zum Verwenden einer planaren, phasengesteuerten Empfangsgruppenantenne, beispielsweise auf einem Satelliten oder einer Höhenplattform, zum Orientieren einer Antenne durch Bestimmen eines Ausrichtungsfehlers der Antenne oder eines Lagefehlers der Antennenplattform. Der herkömmliche Ansatz zum Schätzen eines Ausrichtungsfehlers beinhaltet die Verwendung einer dedizierten Monopulsantenne mit vier Homstrahlern. Üblicherweise wird die Monopulsantenne mit vier Hornstrahlern lediglich zum Schätzen eines Ausrichtungsfehlers verwendet. Wenn ein Antennenausrichtungsfehler auf andere Weise bestimmt werden kann, kann die Monopulsantenne beseitigt werden, und die Größe und das Gewicht des Satelliten oder der Höhenplattform können verringert werden. Darüber hinaus ist für eine Plattform, die sich relativ zur Erdoberfläche bewegt, die feste Monopulsantenne unpraktisch, weil sich der Satellit oder die Plattform, auf der sich die feste Monopulsantenne befindet, relativ zu einem Sender bewegt, der das bekannte Signal sendet.
Der Stand der Technik funktioniert für geostationäre Satelliten gut, er funktioniert aber nicht, wenn der Satellit oder die Höhenplattform relativ zur Erde in Bewegung ist. Aus dem Stand der Technik ist nichts bekannt, um Strahlen so zu halten, dass sie am Boden feste Zellen beleuchten, wenn die Plattform in Bewegung ist, beispielsweise für einen Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO), ein Höhenplattform-System (High Altitude Platform System - HAPS) oder eine Flugzeugantenne.
Aus der EP 2 264 834 A1 ist eine Radarantenne in Form eines elektronisch scanbaren Antennenarrays bekannt. Für die Radarantenne werden auch Antennenanordnungen mit dazugehörigen Summierelementen und Zeitverzögerungsgliedern offenbart. Eine Gewichtung von Signalen wird nicht beschrieben. Des Weiteren offenbart die EP 2 264 834 A1 , dass Differenzazimut- oder höhensignale durch eine entsprechende gleichflächige Aufteilung der Antennenapertur und spätere Differenzbildung gemessen werden können. Zur Bestimmung der Differenzsignale werden dieselben „subarrays“ einmal für die Differenzazimutsignale und einmal für die Differenzhöhensignale verwendet. Eine Steuerung oder Berechnung der Gewichte von Differenzsignalen, insbesondere um diese auf ein Nullsignal zu steuern erfolgt nicht. Zudem ist die technische Lehre der EP 2 264 834 A1 nicht ohne Weiteres auf eine Optimierung einer Ausrichtung einer Kommunikationsantenne übertragbar. Die Radarantenne der EP 2 264 834 A1 emittiert ein Signal und empfängt Reflektionen dieses Signals an einem Objekt. Eine von beiden Seiten gewollten Informationsübertragung mit einer dritten Stelle mit beeinflussbarem Inhalt, wie für eine Kommunikationsantenne zum Empfang von Benutzerdaten, ist nicht vorgesehen.
KURZDARSTELLUNG
Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die weiter unten in der detaillierten Beschreibung beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands ermitteln, noch soll sie verwendet werden, um den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands einzuschränken.
In beispielhaften Ausführungsformen ist eine planare, phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne in Segmente unterteilt, beispielsweise in vier oder mehr symmetrische Segmente. Die Untergruppensignale aus den vier Quadranten werden kombiniert, um Azimut- und Höhendifferenzsignale abzuleiten. Wenn die Gruppe nominal auf einen bekannten Ort gerichtet ist, der ein bekanntes Signal sendet, können die Azimut-und Höhendifferenzsignalpegel verwendet werden, um einen Gruppenausrichtungs- oder Plattformlagefehler in den Azimut- und Höhenrichtungen zu schätzen. In beispielhaften Ausführungsformen stört dieser Ausrichtungsfehlerschätzungsprozess den Hauptzweck der Gruppe nicht, zum Beispiel Benutzerverkehr über Strahlen zu empfangen, die auf Zellen in einem Zellabdeckungsgebiet gerichtet sind.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Ausrichtungsfehlerschätzung gleichzeitig mit dem Empfang von Benutzerdaten durchgeführt werden. Die vorliegenden Lehren sind auf Satellitensysteme in verschiedenen Höhen von der niedrigen Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO) bis zur geosynchronen Erdumlaufbahn (Geosynchronous Earth Orbit - GEO); auf mobile, tragbare und luftfahrttechnische Satellitenterminals; auf Höhenplattformen oder unbemannte Flugzeuge mit einer Kommunikationsnutzlast; auf automatisierte/motorisierte Antennenpositionierer (für Satelliten und/oder Höhenplattformen) anwendbar.
Es werden ein System und Verfahren zum Orientieren einer Kommunikationsantenne offenbart. Das Verfahren umfasst: Segmentieren einer phasengesteuerten Empfangsgruppenantenne in N Untergruppen mit M Antennenelementen in jeder Untergruppe; Empfangen eines bekannten Signals durch jedes der M Antennenelemente von mindestens vier (4) der N Untergruppen; Abtasten in einer Richtung des bekannten Signals durch das Anwenden eines Strahlengewichts, das jedem der M Elemente in jeder der mindestens 4 Untergruppen zugeordnet ist, um M gewichtete Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu erhalten; Kombinieren der M gewichteten Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen in die Signale A, B, C beziehungsweise D; Erzeugen eines Azimutdifferenzsignals pro eine gewichtete Summe von (A+B) und (C+D) und eines Höhendifferenzsignals pro eine gewichtete Summe von (A+C) und (B+D); Berechnen der Gewichte des Azimutdifferenzsignals, so dass das Azimutdifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird; und Berechnen der Gewichte des Höhendifferenzsignals, so dass das Höhendifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird. Bei dem Verfahren ist N größer als oder gleich vier (4), und M ist größer als oder gleich eins (1).
Es wird ein System zum Orientieren einer Kommunikationsantenne auf einen Sender offenbart. Das System umfasst: eine phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne, die Antennenelemente umfasst, die in N Untergruppen mit M Antennenelementen in jeder Untergruppe segmentiert sind, wobei ein bekanntes Signal von jedem der M Antennenelemente von mindestens vier (4) der N Untergruppen empfangen wird; ein Antennenuntersystem zum Abtasten in einer Richtung des bekannten Signals durch Anlegen eines Strahlengewichts, das jedem der M Elemente in jeder der mindestens 4 Untergruppen zugeordnet ist, um M gewichtete Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu erhalten; ein Hybridkombinatornetzwerk zum Kombinieren der M gewichteten Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu den Signalen A, B, C beziehungsweise D und zum Erzeugen eines Azimutdifferenzsignals pro eine gewichtete Summe von (A+B) und (C+D) und eines Höhendifferenzsignals pro gewichtete Summe von (A+C) und (B+D); und ein Ausrichtungssystem zum Berechnen der Gewichte des Azimutdifferenzsignals, so dass das Azimutdifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird, und zum Berechnen der Gewichte des Höhendifferenzsignals, so dass das Höhendifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird. In dem System ist N größer als oder gleich vier (4), und M ist größer als oder gleich eins (1).
Zusätzliche Merkmale werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch Anwenden des Beschriebenen erlernt werden.
Figurenliste
Um die Art und Weise zu beschreiben, in der die oben genannten und andere Vorteile und Merkmale erhalten werden können, wird im Folgenden eine genauere Beschreibung bereitgestellt, die unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsformen derselben erfolgt, die in den angefügten Zeichnungen dargestellt sind. In dem Verständnis, dass diese Zeichnungen lediglich typische Ausführungsformen darstellen und daher nicht als den Schutzumfang einschränkend angesehen werden sollen, werden Implementierungen unter Verwendung der angefügten Zeichnungen mit zusätzlicher Spezifität und zusätzlichen Details beschrieben und erläutert.
Die vorliegenden Lehren offenbaren ein Verfahren und ein System zum Verwenden einer planaren, phasengesteuerten Empfangsantenne auf einer Kommunikationsplattform zum Schätzen eines Ausrichtungsfehlers der Antenne und zum Orientieren der Antenne. Der Ausrichtungsfehler wird bei der Bereitstellung einer optimalen Abdeckung für Benutzerterminals und -gateways durch in die beabsichtigten Richtungen gerichtete Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Punktstrahlen berücksichtigt.

1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Satellitenantennen-Orientierungssystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
2 stellt ein schematisches Blockdiagramm für ein Antennenausrichtungssteuersystem dar, das in einem Satelliten in niedriger Umlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO), einem Höhenplattform-System (High Altitude Platform System - HAPS) oder einem Flugzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendbar ist.
3 stellt eine planare, phasengesteuerte Gruppenantenne gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
4 stellt einen Strahlformer für Signale, die von Antennenelementen einer phasengesteuerten Gruppenantenne empfangen werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
5A stellt eine analoge Implementierung eines Hybridkombinatornetzwerks zum Erzeugen einer Summe, eines Azimutdifferenz- und eines Höhendifferenzsignals auf Grundlage von Signalen von Untergruppen gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
5B stellt eine digitale Implementierung eines Hybridkombinatornetzwerks zum Erzeugen einer Summe, eines Azimutdifferenz- und eines Höhendifferenzsignals basierend auf Signalen von Untergruppen gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
6 stellt einen Empfänger dar, der zur Verwendung mit einem Antennenorientierungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert ist.
7A stellt ein Diagramm eines Summen-Fernfeld-Antennenmusters in dBi für die Antennengruppe 300 aus 3, wenn die Antennengruppe 300 auf 60 Grad abgetastet wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7B stellt ein Diagramm eines Höhendifferenz-Fernfeld-Musters in dBi für die Antennengruppe 300 aus 3, wenn die Antennengruppe 300 auf 60 Grad abgetastet wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7C stellt ein Diagramm eines Azimutdifferenz-Fernfeld-Musters in dBi für die Antennengruppe 300 aus 3, wenn die Antennengruppe 300 auf 60 Grad abgetastet wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7D stellt einen beispielhaften Prozess zum Bilden eines Strahls für eine Azimutnulllenkung gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7E stellt einen beispielhaften Prozess zum Bilden eines Strahls für eine Höhennulllenkung gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7F stellt ein Konturendiagramm eines Azimutnullstrahls dar, einschließlich einer Null, die in eine Empfangsrichtung des Ausrichtungsbezugssignals („x“) verschoben ist, während der Hauptgruppenstrahl auf das „+“ gerichtet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7G stellt ein Konturendiagramm eines Höhennullstrahls dar, einschließlich einer Null, die in die Empfangsrichtung des Ausrichtungsbezugssignals („x“) verschoben ist, während der Hauptgruppenstrahl auf das „+“ gerichtet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7H stellt eine Empfangsrichtung des Ausrichtungsbezugssignals („x“) dar, während der Hauptgruppenstrahl auf das „+“ gerichtet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
8 stellt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Orientieren einer Antenne gemäß einigen Ausführungsformen dar.
9 stellt eine Lage eines Flugzeugs und einer darauf angeordneten phasengesteuerten Gruppenantenne gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
10 stellt beispielhafte Deltalängen dar, die von einer Antenne beobachtet werden, die in einem Abtastwinkel von 60 Grad an einem Flugzeug angeordnet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
11A und 11B sind 3D-Abbildungen von Azimut- beziehungsweise Höhendifferenzfehlerspannungen, die bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von Null Grad beobachtet werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
12A und 12B sind 3D-Abbildungen von Azimut- beziehungsweise Höhendifferenzfehlerspannungen, die bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von 18,6 Grad beobachtet werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
13A und 13B sind 3D-Abbildungen von Azimut- beziehungsweise Höhendifferenzfehlerspannungen, die bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von 37,3 Grad beobachtet werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
14 stellt das für 11A, 11B, 12A, 12B, 13A und 13B verwendete Koordinatensystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.

In den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung beziehen sich, sofern nicht anders beschrieben, dieselben Zeichnungsbezugszeichen auf dieselben Elemente, Merkmale und Strukturen. Die relative Größe und Darstellung dieser Elemente kann zur Verdeutlichung, Veranschaulichung und Bequemlichkeit übertrieben sein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen ausführlich erörtert. Während spezifische Implementierungen erörtert werden, versteht es sich, dass dies nur zu Veranschaulichungszwecken erfolgt. Ein Fachmann auf dem relevanten Gebiet erkennt, dass andere Komponenten und Konfigurationen verwendet werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang des Gegenstands dieser Offenbarung abzuweichen.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Im hier verwendeten Sinn sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Darüber hinaus bedeutet die Verwendung der Begriffe ein, eine usw. keine Mengenbeschränkung, sondern das Vorhandensein von mindestens einem/einer/eines des genannten Gegenstandes. Die Verwendung der Begriffe „erster/erste/erstes“, „zweiter/zweite/zweites“ und dergleichen impliziert keine bestimmte Reihenfolge, sie sind jedoch aufgenommen, um entweder einzelne Elemente zu identifizieren oder ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ oder „beinhaltet“ und/oder „beinhaltend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Regionen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon angeben, sie schließen jedoch das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines/r oder mehrerer anderer Merkmale, Regionen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Obwohl einige Merkmale in Bezug auf einzelne beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden können, müssen Aspekte nicht darauf beschränkt sein, so dass Merkmale von einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen mit anderen Merkmalen von einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kombinierbar sind.
In beispielhaften Ausführungsformen ist eine planare, phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne in Segmente unterteilt, beispielsweise in vier symmetrische Quadranten. Die Untergruppensignale aus den vier Quadranten werden kombiniert, um Azimut- und Höhendifferenzsignale abzuleiten. Wenn die Gruppe nominal auf einen bekannten Ort gerichtet ist, der ein bekanntes Signal sendet, können die Azimut- und Höhendifferenzsignalpegel verwendet werden, um einen Gruppenausrichtungs- oder Plattformlagefehler in Azimut- und Höhenrichtung zu schätzen. In beispielhaften Ausführungsformen stört dieser Ausrichtungsfehlerschätzungsprozess den Hauptzweck der Gruppe nicht, zum Beispiel Benutzerverkehr über Strahlen zu empfangen, die auf Zellen in einem Zellabdeckungsgebiet gerichtet sind.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Ausrichtungsfehlerschätzung gleichzeitig mit dem Empfang von Benutzerdaten durchgeführt werden. Die vorliegenden Lehren sind auf Satellitensysteme in verschiedenen Höhen von der niedrigen Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO) bis zur geosynchronen Erdumlaufbahn (Geosynchronous Earth Orbit - GEO); auf mobile, tragbare und luftfahrttechnische Satellitenterminals; auf Höhenplattformen oder unbemannte Flugzeuge mit einer Kommunikationsnutzlast; auf automatisierte/motorisierte Antennenpositionierer (für Satelliten und/oder Höhenplattformen) anwendbar.
In beispielhaften Ausführungsformen offenbaren die vorliegenden Lehren ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der Lage einer Kommunikationsantenne in Bezug auf den Boden, um Strahlenkoeffizienten für eine phasengesteuerte Gruppenantenne zu berechnen, zum Beispiel für den Strahl zum Beleuchten einer festen Zelle auf dem Boden, wenn eine Plattform mit der Kommunikationsantenne in Bewegung ist. In einigen Ausführungsformen wird ein bekanntes Signal, das von einer Gatewaystation gesendet wird, verwendet, um die Lage zu bestimmen. Die Gatewaystation kann von einem Satellitendienstanbieter mit einem oder mehreren bekannten Orten am Boden bereitgestellt werden, wenn der Satellit die Gatewaystation passiert.
In beispielhaften Ausführungsformen offenbaren die vorliegenden Lehren ein Verfahren und ein System zur Verwendung auf einer sich bewegenden Benutzerterminalplattform, wie beispielsweise einem Flugzeug, um restliche Ausrichtungsfehler zu korrigieren. In einigen Ausführungsformen kann die sich bewegende Plattform, beispielsweise die Rumpfbiegung eines Flugzeugs oder Satelliten, zu Fehlern in der Orientierung der phasengesteuerten Gruppenantenne relativ zu Plattformlagebestimmungen, die von der Plattform durchgeführt werden, führen. Die Lagebestimmungen durch die Plattform können ein Rollen, Nicken, Gieren und einen Steuerkurs der Plattform beinhalten, die durch die Plattform (Satellit, Flugzeug) von einem Trägheitsnavigationssystem (Inertial Navigation System - INS), einem globalen Positionierungssystem (Global Positioning System - GPS) oder dergleichen abgeleitet werden. Diese restlichen Ausrichtungsfehler können eine falsche Ausrichtung der phasengesteuerten Anordnung verursachen.
Die vorliegenden Lehren können in einem Benutzerterminal eingesetzt werden, das auf einer sich bewegenden Plattform wie einem Flugzeug, Zug oder Fahrzeug angebracht ist, wobei das Benutzerterminal ein Signal von einer festen oder sich bewegenden Plattform empfangen soll. Die vorliegenden Lehren können in einem Benutzerterminal verwendet werden, das auf einer stationären Plattform angebracht ist, wobei der Zweck darin besteht, ein Signal von einer sich bewegenden Plattform zu empfangen, wie beispielsweise einem Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (Low-Earth Orbiting - LEO) oder einer Höhenplattform-Station (High Attitude Platform Station - HAPS). Die vorliegenden Lehren können in einem mobilen, tragbaren oder luftfahrttechnischen Benutzerterminal, in einem HAPS, einem LEO-Satelliten, einem GEO-Satelliten, einer Gatewaystation zur gegenseitigen Kommunikation zwischen Satelliten oder dergleichen eingesetzt werden.
In beispielhaften Ausführungsformen können die vorliegenden Lehren ein Digital-Video-Broadcasting-(DVB-)Trägeridentifikations-(CID-)Signal, wie beispielsweise in ETSI TS 103 129 spezifiziert, als ein bekanntes Signal verwenden, wenn ein Antennen- oder Plattformausrichtungsfehler bestimmt wird. In einigen Ausführungsformen können die vorliegenden Lehren unter Verwendung bestehender Signale und Signalstandards implementiert werden.
In beispielhaften Ausführungsformen führen vier Untergruppen oder Segmente die Orientierung einer phasengesteuerten Gruppenantenne durch. In beispielhaften Ausführungsformen muss, wenn eine phasengesteuerte Gruppenantenne in nur vier Segmente segmentiert oder unterteilt ist, ein bekanntes Signal, das zum Orientieren verwendet wird, von der gleichen Gatewaystation gesendet werden, die das Kommunikationssignal sendet. Dies kann ohne Einschränkung sein, weil die Antenne nur eine Summe bilden kann, d. h. (A+B) + (C+D), Signal oder Strahl.
In beispielhaften Ausführungsformen kann jedes Gruppenelement der phasengesteuerten Gruppenantenne als ein diskretes Segment oder eine diskrete Untergruppe behandelt werden. In einer solchen Konfiguration können viele unabhängige Strahlen gebildet werden. Einer der unabhängig gebildeten Strahlen kann das bekannte Signal empfangen, während die verbleibenden gebildeten Strahlen Kommunikationssignale von Gatewaystationen oder -zellen an einem Ort sein können, der gleich oder verschieden von dem Ort ist, von dem das bekannte Signal gesendet wird. In diesem Fall kann die durch den bekannten Signalstrahl bestimmte Korrektur auf die verbleibenden gebildeten Strahlen angewendet werden.
In beispielhaften Ausführungsformen können Untergruppen der phasengesteuerten Gruppenantenne als eine analoge Vorrichtung unter Verwendung von mindestens vier Hybridkombinatoren implementiert werden. In anderen Ausführungsformen können Untergruppen der phasengesteuerten Gruppenantenne unter Verwendung von mindestens vier A/D-Wandlern digital implementiert werden. Bei mehr als vier Untergruppen benötigen die Ausführungsformen mehrere A/D-Wandler oder mehrere Leistungsteiler. In beispielhaften Ausführungsformen kann die digitale Implementierung mit zunehmender Anzahl der Untergruppen wünschenswerter sein.
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Satellitenantennen-Orientierungssystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
Ein Satellitenlagekontrollsystem 100 zum Orientieren einer Satellitenlage kann Lagesensoren 102 wie etwa Sternverfolger, Sonnensensoren und Erdsensoren zum Orientieren der Plattform beinhalten. Das System 100 kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne 101 beinhalten, um ein Signal einem bekannten Signalempfänger 104 zuzuführen, um eine Antennenorientierung fein abzustimmen. In einem geostationären Satelliten kann das Signal der phasengesteuerten Gruppenantenne 101 dem Empfänger 104 zugeführt werden, um die phasengesteuerte Gruppenantenne 101 mit einem Antennenausrichtungssystem 120 zu orientieren. Im Allgemeinen geht diese Antennenorientierung von einem stationären Satelliten relativ zum Boden aus, d. h. der Satellit wurde unabhängig orientiert. In einigen Ausführungsformen wird die unabhängige Orientierung beispielsweise unter Verwendung eines Reaktionsrads 108, einer Plattformdynamik 110 und einer Steuervorrichtung 112 durchgeführt. Die Plattformdynamik 110 kann eine Störung 106 der Plattform berücksichtigen, wenn die unabhängige Orientierung durchgeführt wird. Die Plattform dynamik 110 kann dem Antennenuntersystem 101 und den Lagesensoren eine Ist-Lage 128 der Plattform bereitstellen. Die unabhängige Orientierung durch die Plattform dynamik 110 berücksichtigt eine Störung 107, die die Plattform unabhängig von der Störung 106 beeinflusst, möglicherweise nicht, beispielsweise eine Wärmeverformung der Antennenoberfläche durch die Sonne, wobei diese Störung 107 unabhängig vom Satellitenkörper zu korrigieren ist. In einigen Ausführungsformen verwendet das Antennenausrichtungssystem 120 eine Bezugslage 122 und eine gewünschte Ausrichtungsrichtung 124, um das Ausrichten der phasengesteuerten Gruppenantenne 101 auf eine feste Hauptstrahlrichtung am Boden aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen kann das Antennenausrichtungssystem 120, anstatt eine Lage des Satelliten oder der Plattform zu ändern, der phasengesteuerten Gruppenantenne 101 Strahlenkoeffizienten 126 bereitstellen, um ein empfangenes Kommunikationssignal zu verbessern.
2 stellt ein schematisches Blockdiagramm für ein Antennenausrichtungssteuersystem dar, das in einem Satelliten in niedriger Umlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO), einem Höhenplattform-System (High Altitude Platform System-HAPS) oder einem Flugzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendbar ist.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Antennenausrichtungssteuersystem 200 eines Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO) oder eines Höhenplattform-Systems (High Altitude Platform System - HAPS) oder eines Flugzeugs ein Antennenuntersystem 201, einen Empfänger 204 eines bekannten Signals und ein Antennenausrichtungssystem 220. Ein Satellit in niedriger Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO), ein Höhenplattform-System (High Altitude Platform System - HAPS) oder ein Flugzeug bewegen sich relativ zu einem beliebigen Leuchtfeuer oder einer bekannten Signalstation, und daher zieht eine Hauptstrahlrichtung einer Antenne in diesen sich bewegenden Plattformen über den Boden, während sich die Plattform bewegt. Daher bewegt sich jeder Bezugspunkt auf dem Boden relativ zur Plattform. Typischerweise sind LEO- und HAPS-Antennen nicht unabhängig von der Plattform orientiert. Für Luftfahrtanwendungen werden die Lage und der Steuerkurs des Flugzeugs durch Sensorsysteme und Pilotenbefehle bestimmt. Daher können für LEO, HAPS und Flugzeuge eine Lage und ein Steuerkurs der Plattform unabhängig von den Anforderungen eines Kommunikationssystems sein. Lagesensoren 202 informieren das Antennenausrichtungssystem 220 über eine gemessene oder Bezugslage 222 des Flugzeugs. Die Plattformdynamik 210 kann eine Störung 206 in der Plattform berücksichtigen und dem Antennensubsystem 201 und den Lagesensoren 202 eine Ist-Lage 228 der Plattform bereitstellen. Aus der Bezugslage 222 und der Ist-Lage 228 der Plattform können Strahlenkoeffizienten 226 für das Antennenuntersystem 201 berechnet werden. Die Lagesensoren 202 können ein Trägheitsnavigationssystem, ein globales Positionierungssystem oder dergleichen beinhalten. In einigen Ausführungsformen verwendet das Antennenausrichtungssystem 220 die Bezugslage 222 und eine gewünschte Ausrichtungsrichtung 224, um die phasengesteuerte Gruppenantenne 201 weiterhin auf eine feste Hauptstrahlrichtung auf dem Boden auszurichten.
Gruppengeometrie
Eine planare, phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne auf einem Satelliten bildet einen Satz von Empfangsstrahlen, die jeweils in Richtung der gewünschten Versorgungszellen zeigen. Die Gruppe enthält einen Satz von Patchantennenelementen, die in einer Ebene angeordnet sind, wobei der Elementabstand zwischen den Antennenelementen auf der Frequenz eines Empfangs- oder Aufwärtsstreckenbands basiert.
3 stellt eine planare, phasengesteuerte Gruppenantenne gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
Eine planare, phasengesteuerte Gruppenantenne 300 kann eine Vielzahl von Antennenelementen 302, beispielsweise 2160 Elemente, beinhalten. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Vielzahl von Antennenelementen 302 in einem gleichseitigen Dreiecksgitter angeordnet sein. Ein Elementabstand 304 kann beispielsweise 0,8662 cm zwischen Antennenelementen für ein 20-GHz-Signal konfiguriert sein. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Gruppenantenne auf eine gewünschte Form, beispielsweise einen Kreis, getrimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Kreis einen Durchmesser von 0,42 Metern haben. Eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit 2160 Elementen, die in einem Kreis von 0,42 Metern angeordnet sind, ist eine Ausführungsform für eine Ka-Band (20 Gigahertz (GHz)) empfangende Flugzeugantenne. Die planare, phasengesteuerte Gruppenantenne 300 kann in vier gleiche Quadranten A, B, C und D unterteilt sein, so dass in dem Beispiel jeder Quadrant 540 Elemente enthält.
4 stellt einen Strahlformer auf Grundlage von Antennenelementen einer phasengesteuerten Gruppenantenne gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
Ein Strahlformer 400 kann einen Gewichtsapplikator 402 und einen Signalkombinator 404 enthalten, die im analogen oder digitalen Bereich implementiert sein können. Eine Richtung und Form eines Strahls, der durch die Gruppe gebildet wird, kann durch einen Satz von Strahlengewichten gesteuert werden, die an die von jedem Element empfangenen Signale angelegt werden. Beispielsweise wird für jedes empfangene Elementsignal b_i(t), wobei i = 1, ...,M, von einem der M Antennenelemente (Antennenelement 300 aus 3) empfangen. Das Signal b_i(t) kann durch den Gewichtsapplikator 402 für jedes empfangene Elementsignal b_i(t) mit einem komplexen Strahlengewicht Wi, i = 1, ...,M, kombiniert werden, um ein zwischenfrequentes bi(t)-Signal zu bilden. Die zwischenfrequenten Signale b_i(t) werden kombiniert 404, um das Signal der phasengesteuerten Untergruppe f_A(t) zu erzeugen, das für die gewünschte Hauptstrahlrichtung optimiert ist.
In beispielhaften Ausführungsformen kann dadurch, dass die phasengesteuerte Gruppe als viele phasengesteuerte Untergruppen enthaltend behandelt wird, das Signal der phasengesteuerten Untergruppe f_A(t) für jede der Untergruppen erzeugt werden. Wenn die Gruppe beispielsweise in vier Untergruppen A, B, C und D unterteilt ist, können vier Strahlformer 400 verwendet werden, um vier Untergruppen-Signale f_A(t), f_B(t), f_C(t) beziehungsweise f_D(t) zu erzeugen. Die vier Untergruppen-Signale f_A(t), f_B(t), fc(t) und f_D(t) werden im Folgenden zum leichteren Verständnis allgemein als Signale A, B, C, D bezeichnet, beispielsweise in 1. 5A oder 5B.
Wiederverwenden der phasengesteuerten Gruppe
5A stellt eine analoge Implementierung eines Hybridkombinatornetzwerks zum Erzeugen einer Summe, eines Azimutdifferenz- und eines Höhendifferenzsignals auf Grundlage von Signalen von Untergruppen gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
Ein Hybridkombinatornetzwerk 500 kann verwendet werden, um ein Summensignal, ein Azimutdifferenzsignal und ein Höhendifferenzsignal auf Grundlage von Summen von Signalen zu erzeugen, die beispielsweise von jeder der Untergruppen A, B, C, D empfangen werden, wie in 4 dargestellt. Die Untergruppen A, B, C, D bezeichnen die Untergruppensignale aus den entsprechenden Quadranten.
Das Hybridkombinatornetzwerk 500 kann einen Hybridkombinator (viermal in der Ausführungsform aus 5A repliziert bzw. wiederholt) zur Erzeugung sowohl einer Summe und als auch eines Differenzsignals beinhalten. Beispielsweise kann der Hybridkombinator 510 ein Summensignal pro (A+B) und ein Differenz-(Delta-)signal pro (A-B) erzeugen. Der Hybridkombinator 512 kann ein Summensignal pro (C+D) und ein Differenz-(Delta-)signal pro (C-D) erzeugen. Der Hybridkombinator 514 kann ein Summensignal pro (A+B)+(C+D), d. h. (A+B+C+D), d. h. ein Summensignal 520 erzeugen. In Ausführungsbeispielen erzeugt der Hybridkombinator 514 ein Differenz-(Delta-)signal pro (A+B)-(C+D), d. h. ein Azimutdifferenzsignal 522. Der Hybridkombinator 516 erzeugt ein Differenz-(Delta-)signal pro (A-B)+(C-D), d. h. (A+C)-(B+D), d. h. ein Höhendifferenzsignal 524. In Ausführungsbeispielen wird die Summe der Schenkel des Hybridkombinators 516 nicht verwendet und kann entsprechend abgeschlossen sein 526. Das Kombinieren der Untergruppensignale unter Verwendung des Hybridkombinatornetzwerks gemäß 5A ermöglicht den Empfang des Benutzerinformationssignals am Summeanschluss gleichzeitig mit den Höhen- und Azimutsignalen, so dass der Empfang von Benutzerinformationen nicht unterbrochen wird. Durch die Erzeugung von Azimut- und Höhendifferenzsignalen können die Ausrichtungsfehler in den Azimut- und Höhenrichtungen geschätzt werden.
5B stellt eine digitale Implementierung eines Hybridkombinatornetzwerks zum Erzeugen einer Summe, eines Azimutdifferenz- und eines Höhendifferenzsignals basierend auf Signalen von Untergruppen gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
5B stellt eine digitale Implementierung eines Hybridkombinatornetzwerks 550 dar. Die digitale Implementierung 550 hat den Vorteil, dass sie die Summen- und Differenzstrahlen in verschiedene Richtungen lenken kann. In einigen Ausführungsformen kann die digitale Implementierung vier Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 560, 562, 564 und 566 verwenden, um A-, B-, C-, D-Signale in ein digitales Format umzuwandeln, das von einem digitalen Strahlprozessor bearbeitet werden soll, um ein Summensignal 570, ein Azimutsignal 572 und ein Höhensignal 574 zu erzeugen. Der digitale Strahlprozessor 580 kann das Summensignal 570, Azimutsignal 572 und Höhensignal 574 erzeugen, indem er im Allgemeinen, ohne Einschränkung, komplexwertige Gewichte auf die Signale A, B, C und D anwendet und sie unterschiedlich addiert/kombiniert.
In einigen Ausführungsformen könnte die Gruppenantenne in mehr als vier Elemente segmentiert sein, was mehr als vier A/D-Wandler erfordert. Wenn mehr als vier A/D-Wandler zum Implementieren des Hybridnetzwerks verwendet werden, können mehrere Kommunikationsstrahlen gleichzeitig mit dem Strahl gebildet werden, der zum Empfangen des bekannten Signals gebildet wird. Die mehreren Kommunikationsstrahlen können von Stationen gesendet werden, die sich von der Station unterscheiden, die das bekannte Signal sendet. In einigen Ausführungsformen kann ein Kommunikationsstrahl von der gleichen Station gesendet werden, die das bekannte Signal sendet. In einigen Ausführungsformen kann es eine Vielzahl von Stationen geben, die alle in unterschiedliche Richtungen voneinander Kommunikationssignale senden. Die Ausrichtungskorrektur kann aus dem bekannten Strahl abgeleitet und kann dann von dem digitalen Strahlprozessor 580 auf alle Strahlen angewendet werden. Diese mehreren Strahlen können gebildet werden, indem die Gruppe in 4 oder mehr Segmente unterteilt wird und im Allgemeinen, ohne Einschränkung, komplexwertige Gewichte auf diese Segmente angewendet und summiert werden. Die Gewichte zum Bilden der mehreren Strahlen können auf Grundlage der aus dem bekannten Signalstrahl abgeleiteten Ausrichtungskorrektur abgeleitet werden.
Der Empfänger
Der Empfänger misst ohne Einschränkung, wie viel von einem bekannten Signal, das auf dem Summenkanal empfangen wird, in den Differenzkanälen gefunden wird. Idealerweise sollte die Menge des bekannten Signals in den Differenzkanälen Null (0) sein. Zum Ausführen dieser Funktion sind mehrere Ansätze möglich. Selbst wenn beispielsweise das zu messende Signal bekannt ist (z. B. ein DVB-S2-CID-Signal), kann das Signal unbekannte Parameter wie Frequenz, Zeit und Phase aufweisen. In diesem Fall können verschiedene bekannte Frequenz-, Zeit- und Phasensynchronisationsverfahren verwendet werden, um diese Parameter zu korrigieren. Nachdem das auf dem Summenkanal empfangene Signal hinsichtlich Frequenz-, Zeit- und Phasensynchronisation korrigiert wurde, kann die Menge des in den Differenzkanälen vorhandenen bekannten Signals gemessen werden. In beispielhaften Ausführungsformen kann ein Korrelator verwendet werden, um die Korrelation zwischen dem bekannten Signal (mit korrigierten Zufallsparametern von Frequenz, Phase und Zeit) und jedem der empfangenen Differenzsignale zu messen.
In einigen Ausführungsformen können empfangene Summensignale (Rohsummensignale) ohne weitere Verarbeitung verwendet werden, um mit jedem der Differenzsignale zu korrelieren. Dieser Ansatz hat den Vorteil der Einfachheit. Wenn andererseits die empfangenen Signale beispielsweise durch Rauschen verfälscht sind, sind die Ergebnisse in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Messgeschwindigkeit und - genauigkeit möglicherweise bei einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis nicht akzeptabel.
In einigen Ausführungsformen kann ein Empfänger ein sauber empfangenes Bezugssignal neu erzeugen und das Signal auf dem Summenkanal replizieren, jedoch ohne Rauschen. Wenn das Bezugssignal beispielsweise eine bekannte modulierte Wellenform wie etwa DVB S2 wäre, könnte dieses Signal demoduliert und dann remoduliert werden, um ein sauber empfangenes Bezugssignal zu erzeugen. Wenn das Summenkanalsignal ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist, um eine niedrige Fehlerrate zu erzeugen, liefert die Demodulation gefolgt von einer Remodulation eine saubere Kopie (ohne Rauschen). Diese saubere Kopie kann als Bezug für die Differenzkanalkorrelatoren bereitgestellt werden.
Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Ansätze beispielhaft sind und dass jedes andere Verfahren zum Erzeugen eines lokalen Bezugssignals, das einer Kopie des auf dem Summenkanal empfangenen Bezugs angenähert ist, zum Bestimmen eines Ausrichtungsfehlers verwendet werden kann. Die vorliegenden Lehren sind darauf ausgerichtet zu messen, wie viel eines Bezugs-/bekannten Signals auf den Differenzkanälen gefunden wird.
6 stellt einen Empfänger dar, der zur Verwendung mit einem Antennenorientierungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert ist.
Ein Empfänger 600 kann einen Demodulator 602, einen Remodulator 604, einen Korrelator 610 und einen Korrelator 620 enthalten. Zur anfänglichen Signalerfassung wird ein Frequenz-/Phasenunsicherheitsbereich sequenziell durchsucht. Das empfangene Signal wird durch den Korrelator 610 und den Korrelator 620 mit lokal erzeugten Pseudorauschsequenzen (pseudo-noise sequences - PN-Sequenzen) mit unterschiedlichen Chipraten und Phasen korreliert.
In beispielhaften Ausführungsformen wird ein Azimutdifferenz-Rohsignal 612 (erzeugt zum Beispiel durch den Hybridkombinator 514 aus 5A) durch den Korrelator 610 bearbeitet, um ein Azimutdifferenzsignal 614 (S_AZ) zu erzeugen. In beispielhaften Ausführungsformen verwendet der Korrelator 610 ein Summensignal 606 (zum Beispiel das von dem Hybridkombinator 512 aus 5A erzeugte Summensignal), um das Azimutdifferenzsignal 614 (S_AZ) zu erzeugen.
In beispielhaften Ausführungsformen wird ein Höhendifferenz-Rohsignal 622 (erzeugt zum Beispiel durch den Hybridkombinator 516 aus 5) durch den Korrelator 620 bearbeitet, um ein Azimutdifferenzsignal 624 (S_EL) zu erzeugen. In beispielhaften Ausführungsformen verwendet der Korrelator 620 das Summensignal 606 (zum Beispiel das durch den Hybridkombinator 512 aus 5 erzeugte Summensignal), um das Höhendifferenzsignal 624 (S_EL) zu erzeugen.
Empfangssignale der Antenne
7A stellt ein Diagramm eines Summen-Fernfeld-Antennenmusters in dBi für die Antennengruppe 300 aus 3, wenn die Antennengruppe 300 auf 60 Grad abgetastet wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7B stellt ein Diagramm eines Höhendifferenz-Fernfeld-Musters in dBi für die Antennengruppe 300 aus 3, wenn die Antennengruppe 300 auf 60 Grad abgetastet wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7C stellt ein Diagramm eines Azimutdifferenz-Fernfeld-Musters in dBi für die Antennengruppe 300 aus 3, wenn die Antennengruppe 300 auf 60 Grad abgetastet wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
In 7A, 7B und 7C ist das Fernfeldantennenmuster für die Gruppe in Dezibel über einer isotropen Antenne (dBi) entlang der Z-Achse dargestellt, ein Höhendelta in Grad relativ zur Abtastrichtung ist entlang der Y-Achse dargestellt, und ein Azimutdelta in Grad relativ zur Abtastrichtung ist entlang der X-Achse dargestellt.
Ein Null- oder 0-Signal (siehe 7B) für das Höhendelta zeigt keinen Höhenausrichtungsfehler oder eine korrekte Orientierung der Hauptstrahlrichtung der Empfängerantenne in Bezug auf die Sendeantenne an. Ein Null- oder 0-Signal (siehe 7C) für das Azimutdelta zeigt keinen Azimutausrichtungsfehler oder eine korrekte Orientierung der Hauptstrahlrichtung der Empfängerantenne in Bezug auf die Sendeantenne an.
Die korrekte Orientierung wird durch 7A bestätigt, weil ein Spitzenwert für das Summensignal erhalten wird, wenn sowohl das Höhendelta als auch das Azimutdelta Null sind. Darüber hinaus ist die Höhendeltaspannung orthogonal zur Azimutdeltaspannung, d. h. eine Änderung des Höhendeltas beeinflusst das Azimutdelta nicht.
Durch Aufteilen der phasengesteuerten Gruppe in Untergruppen und Bilden gewichteter Summen der Untergruppensignale ist es möglich, Hilfsstrahlen in andere Blickrichtungen zu bilden, während die Blickrichtung des Hauptstrahls im Abdeckungsbereich beibehalten wird. Beispielsweise kann ein derartiger Hilfsstrahl auf eine Leuchtfeuerstation gerichtet sein, die ein Ausrichtleuchtfeuersignal sendet, während der Hauptstrahl auf eine Zelle im Abdeckungsbereich zeigt.
7D stellt einen beispielhaften Prozess zum Bilden eines Strahls für eine Azimutnulllenkung gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7E stellt einen beispielhaften Prozess zum Bilden eines Strahls für eine Höhennulllenkung gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
7F stellt ein Konturendiagramm eines Azimutnullstrahls dar, einschließlich einer Null, die in eine Empfangsrichtung des Ausrichtungsbezugssignals („x“) verschoben ist, während der Hauptgruppenstrahl auf das „+“ gerichtet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7G stellt ein Konturendiagramm eines Höhennullstrahls dar, einschließlich einer Null, die in die Empfangsrichtung des Ausrichtungsbezugssignals („x“) verschoben ist, während der Hauptgruppenstrahl auf das „+“ gerichtet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7H stellt ein Konturendiagramm eines Einheitsdifferenzstrahls dar, der eine Null enthält, die in die Empfangsrichtung des Ausrichtungsbezugssignals („x“) verschoben ist, während der Hauptgruppenstrahl gemäß verschiedenen Ausführungsformen auf das „+“ zeigt.
7D und 7E stellen einen beispielhaften Empfänger dar, der einen Prozess zum Bilden von zwei solchen Hilfsstrahlen durch Kombinieren der Signale von mindestens 4 Untergruppen, die den 4 Segmenten der in 3 gezeigten phasengesteuerten Gruppenantenne entsprechen, implementiert.
7D zeigt die Bildung eines Azimutnullstrahls mit einer scharfen Null entlang der Azimutachse. Ein Beispiel für eine solche azimutale Strahlenantwort ist in dem Konturendiagramm in 7F gezeigt, wobei die Richtung des Leuchtfeuersignals mit einem „x“ und die Richtung des Hauptstrahls mit einem „+“ angezeigt wird. Der Schnittpunkt dieser beiden Strahlenantworten gibt die Empfangsrichtung des Leuchtfeuersignals an. Um eine Null entlang der Azimutachse zu erzeugen, wird das Azimutnullsignal wie folgt berechnet: $S_{A Z} = (A + B) W 1_{A Z} + (C + D) W 2_{A Z}$
7E zeigt die Bildung eines Höhennullstrahls mit einer scharfen Null entlang der Höhenachse. Ein Beispiel für eine solche Strahlenantwort ist in dem Konturendiagramm in 7G gezeigt, wobei die Richtung des Leuchtfeuersignals mit einem „x“ und die Richtung des Hauptstrahls mit einem „+“ angezeigt wird. Der Schnittpunkt dieser beiden Strahlenantworten gibt die Empfangsrichtung des Leuchtfeuersignals an. Um eine Null entlang der Höhenachse zu erzeugen, wird das Höhennullsignal wie folgt berechnet: S_EL = (A + D)W1_EL + (B + C)W2_EL
Die Azimut- und Höhennullstrahlsignale werden verarbeitet, um das Ausrichtungsbezugssignal (beispielsweise ein Leuchtfeuersignal oder ein DVB-CID-Signal) durch Signalverarbeitung zu extrahieren. Die Gewichte {W1_AZ, W2_AZ} und {W1_EL, W2_EL} werden berechnet, um die Leistung des Ausrichtungsbezugssignals zu minimieren. Eine Anzahl bekannter Techniken (wie die Technik des kleinesten mittleren quadratischen Fehlers - Minimum Mean Squared Error - MMSE) kann verwendet werden, um die Gewichte zu berechnen. Durch die Minimierung der Leistung werden die Nullen der Azimut- und Höhennullstrahlen in Richtung des Ausrichtungsbezugssignals gelenkt. Die Richtung kann dann eindeutig als der Schnittpunkt der Nullen in diesen beiden Strahlen bestimmt werden.
Die Gewichte {W1_AZ, W2_AZ} und {W1_EL, W2_EL} können verwendet werden, um die Korrektur zu berechnen, die auf die Gewichtskoeffizienten des Hauptstrahls angewendet werden muss, um alle Ausrichtungsfehler zu korrigieren.
Werden die Signale aus den vier Quadranten nach 5B digitalisiert, können sie mit Einheitsgewichten kombiniert werden, um einen Summenstrahl in Richtung von „+“ gleichzeitig mit den in 7H gezeigten Differenzsignalen zu bilden. Auf diese Weise können die Differenzsignale auf Null gesetzt und die Ausrichtungsfehlerkorrektur bestimmt werden, ohne den Hauptstrahl zu bewegen. Der Ausrichtungsfehler kann in einem Schritt oder über mehrere inkrementelle Schritte korrigiert werden.
Allgemeiner gesagt können durch Erhöhen der Anzahl von Untergruppen mehr gleichzeitige Strahlen zu mehreren Kommunikationsstationen, beispielsweise Gateways, Zellen in einem Zellenabdeckungsbereich oder dergleichen, in anderen Richtungen als der Leuchtfeuerstation gebildet werden. Die Ausrichtungskorrektur kann auf alle Strahlengewichte angewendet werden.
Alternative Ausführungsform des bekannten Signals oder des Leuchtfeuers
Die in vielen Satellitenkommunikationen verwendete Standard-Übertragungswellenform ist die Digital-Video-Broadcasting-Satelliten-Zweite-Generation (Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation - DVB-S2)-Wellenform. Dieser Standard beschreibt ein zur Trägeridentifikation verwendetes Spreizspektrumsignal mit der Bezeichnung DVB Carrier Identification (CID) (aus der Spezifikation) gemäß ETSI TS 103 129. Die DVB-CID enthält 162 bekannte Bits der Träger-ID + 16 Bits der CRC, die unter Verwendung einer Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction - FEC) mit einer Rate von 178/222 korrigiert wurde, + ein zusätzliches 22-Bit-Einzelwort (Unique Word - UW). Diese Sequenz wird viermal wiederholt, um die DVB-CID zu bilden. Jedes Bit wird mit 4096 Chips/Bit gespreizt. Das Signal wird mit 17,6 dB unterhalb des Trägers übertragen. Die Chiprate der CID beträgt 224 kHz, und die BPSK-Modulation wird verwendet. Somit

• ist ein Es(Signal)/(No+I) × 4096 × 4 × 244 wie alle 244 Bits bekannt = Es(CID)/(No+I) -> 66 dB Bearbeitungsverstärkung,
• liegt die Leistungsspektraldichte 17,5 dB unter der spektralen Trägerleistungsspektraldichte (gemäß Spezifikation). Gesamtverstärkung von 66-17,5 = 48,5 dB, und
• der Summenkanal der DVB-CID kann verwendet werden, um das Kommunikationssignal zu erfassen, um die Differenzkanäle zu synchronisieren.

In einigen Ausführungsformen kann es zwei Effekte des CID-Signals geben, die eine Verschlechterung des Kommunikationssignals verursachen. Für eine feste Sendeleistung muss die Signalträgerleistung um die CID-Leistung verringert werden; diese Abnahme kann ignoriert werden. Die CID-Signalleistung wirkt als Störer für das gewünschte Signal, aber der relative Leistungspegel des CID-Signals kann so eingestellt werden, dass er die Verschlechterung auf einen geforderten Grenzwert verringert.
Ausrichtungsfehler
8 stellt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Orientieren einer Antenne gemäß einigen Ausführungsformen dar.
Die vorliegenden Lehren stellen ein Verfahren 800 zum Verwenden einer phasengesteuerten Gruppenantenne zum Orientieren oder Schätzen eines Ausrichtungsfehlers für eine Kommunikationsantenne bereit. Das Verfahren 800 sieht eine Ausrichtungsfehlerschätzung in verschiedenen geosynchronen oder nicht geosynchronen Plattformen vor.
In beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren 800 das Segmentieren einer phasengesteuerten Gruppenantenne in N Untergruppen von M Elementen pro Operation 802. In einigen Ausführungsformen kann eine phasengesteuerte Gruppe einer phasengesteuerten Gruppenantenne in vier Quadranten segmentiert werden, die beispielsweise mit A, B, C und D in 3 bezeichnet sind. Die vier Quadranten definieren wirksam vier Untergruppen. In einigen Ausführungsformen kann die phasengesteuerte Gruppenantenne in mehr als 4 Untergruppen segmentiert sein. Das Verfahren 800 beinhaltet das Empfangen von M Signalen eines bekannten Signals durch jedes der M Antennenelemente pro Operation 803.
Das Verfahren 800 beinhaltet das Abtasten in Richtung des bekannten Signals und das Anwenden des Gewichts jedes Elements auf die M Signale für jede Untergruppe pro Operation 804. In Operation 804 werden Gewichte pro Antennenelementgruppe auf die empfangenen Untergruppensignale angewendet, beispielsweise mit Gewichtsapplikatoren 402 aus 4.
Das Verfahren 800 beinhaltet das Kombinieren von gewichteten Signalen für jede Untergruppe zu Signal A, B, C bzw. D für jede Untergruppe pro Operation 806. Beispielsweise werden die gewichteten Signale aus den Untergruppen summiert und zum Erzeugen eines Summensignals für jede Untergruppe unter Verwendung des Signaladdierers 404 aus 4 verwendet.
Das Verfahren 800 beinhaltet das Erzeugen von Zwischensignalen pro Operation 810. In einigen Ausführungsformen können die Zwischensignale Folgendes beinhalten: Erzeugen einer Summe von Signalen A und B pro Operation 812, Erzeugen einer Differenz von Signalen A und B pro Operation 814, Erzeugen einer Summe von Signalen C und D pro Operation 816 und Erzeugen einer Differenz von Signalen C und D pro Operation 818. Die Zwischensignale können gemäß 5 erzeugt werden.
In beispielhaften Ausführungsformen werden die summierten Signale für jede Untergruppe bearbeitet, um Folgendes bereitzustellen: eine Summe von Signalen, die von allen Untergruppen empfangen werden, eine Azimutdifferenz auf Grundlage der summierten Signale von jeder Untergruppe und eine Höhendifferenz auf Grundlage der summierten Signale von jeder Untergruppe. Das Verfahren 800 umfasst das Erzeugen von Ausrichtungssignalen pro Operation 820. Die Ausrichtungssignale beinhalten Folgendes: Erzeugen einer Summe von Signalen A, B, C und D pro Operation 822, Erzeugen eines Azimutdifferenzsignals pro Operation 824 und Erzeugen eines Höhendifferenzsignals pro Operation 826. Die Ausrichtungsfehlersignale können gemäß 5 erzeugt werden.
Das Verfahren 800 kann das Orientieren einer Antenne pro Operation 830 beinhalten. Zum Orientieren einer Antenne kann das Verfahren 800 in einigen Ausführungsformen die Operation 832 zum Berechnen von Gewichten basierend auf dem Steuern von Azimutdifferenzen auf ein Nullsignal beinhalten, siehe zum Beispiel 7D. Zum Orientieren einer Antenne kann das Verfahren 800 in einigen Ausführungsformen die Operation 834 zum Berechnen von Gewichten auf der Grundlage des Steuerns von Höhendifferenzen auf ein Nullsignal beinhalten, siehe zum Beispiel 7D. Wenn eine Antenne in mehr als 4 Segmente segmentiert ist und Strahlen in einer anderen Richtung als dem bekannten Signal gebildet werden, kann das Verfahren 800 die Operation 836 zum Berechnen der Gewichte für verbleibende Strahlen pro Azimut- und Höhendifferenzen beinhalten. Zum Orientieren einer Antenne kann das Verfahren 800 in einigen Ausführungsformen die Operation 834 zum Bearbeiten der Antennenlage basierend auf den Azimut- und Höhendifferenzen beinhalten.
Für die Operationen 832 und 834 (und sowohl für Sende- als auch für Empfangsstrahlen) können die Gewichtskoeffizienten unter der Annahme einer bestimmten nominalen Orientierung der Antenne relativ zum Abdeckungsgebiet berechnet werden. In der Praxis ist jedoch die Antennenausrichtung aufgrund der Bewegung des Satelliten nicht perfekt, und es ist ein Ausrichtungsfehler ungleich Null vorhanden. Der Ausrichtungsfehler bewirkt, dass der Strahl falsch ausgerichtet wird, was zu Verschlechterungen der Systemleistung führt. Zum Beispiel kann die Richtfähigkeit der Antenne in die Richtung der Zelle reduziert sein, was zu einer Reduzierung des Verhältnisses von Sende- oder Empfangssignal zum Rauschen (Es/No) des Systems führt. In einem weiteren Beispiel führt der falsch ausgerichtete Strahl zu einer höheren Richtfähigkeit in die Richtung von Co-Kanal-Zellen, wodurch ein höherer Interferenzpegel besteht. Die höhere Interferenz wiederum kann zu einem Absinken des Verhältnisses von Sende- oder Empfangssignal zur Interferenz (C/I) des Systems führen. Diese Verschlechterungen nehmen mit einem zunehmenden Ausrichtungsfehler stark zu, so dass es wichtig ist, den Ausrichtungsfehler zu korrigieren.
Das Antennenorientierungssystem am Empfänger kann eine Summe und zwei Differenzstrahlen (als ein Azimutdelta und ein Höhendelta bekannt) in der bekannten Richtung eines bekannten Signals, beispielsweise eines DVB-CID-Signals von einer Gatewaystation, innerhalb dessen Abdeckungsbereichs bilden. Bei perfekter Ausrichtung stimmen die Nullen der beiden Differenzstrahlen mit der Richtung der Gatewaystation überein, was zu einem Null-Empfangsfehlersignal führt. Nicht-Null-Empfangsdifferenz- oder -fehlersignale und ihre Pegel relativ zu den Summensignalen bieten eine Möglichkeit zum Schätzen des Ausrichtungsfehlers in Azimut und Höhe für das Antennenorientierungssystem, wie es beispielsweise in 7A, 7B, 7C, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A und 13C zu sehen ist.
In beispielhaften Ausführungsformen kann, wenn zum Beispiel eine Kommunikationsantenne eine phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne ist, die Ausrichtungsfehlerschätzung berücksichtigt werden, wenn die gewünschten Richtungen der gewichteten Signale von den phasengesteuerten Gruppenantennenelementen bestimmt werden, wodurch eine falsche Orientierung oder Ausrichtung der Antenne relativ zur Plattform der Antenne korrigiert wird.
In beispielhaften Ausführungsformen kann, wenn zum Beispiel eine Kommunikationsantenne eine Nicht-Empfangsgruppenantenne ist, die Ausrichtungsfehlerschätzung durch Bearbeiten der Kommunikationsantennenlage basierend auf Azimut- und Höhendifferenzen pro Operation 838 berücksichtigt werden. Das Manipulieren kann durch Lenken der Plattformdynamik durchgeführt werden, um entweder die Plattform der Nicht-Empfangsgruppenantenne neu zu orientieren (wodurch die falsche Orientierung der Antenne korrigiert wird) oder die Ausrichtung der Antenne relativ zur Plattform der Antenne anzupassen.
Das System
Das System kann einen Satelliten oder eine nichtstationäre Höhenplattform, eine Bodenstation, die ein Leuchtfeuer oder ein bekanntes Signal sendet, und das globale Positionierungssystem beinhalten. Im Falle eines Satellitensystems mit einer niedrigen Erdumlaufbahn oder einer mittleren Erdumlaufbahn umkreisen Satelliten die Erde innerhalb weniger Stunden. Viele solcher Satelliten müssen sich orientieren, um ihre Sonnenkollektoren zur Sonne zu positionieren oder eine Intersatellitenverbindung zu einem anderen Satelliten in der Konstellation aufrechtzuerhalten. Solche Manöver positionieren die Kommunikationsgruppe neu. Die Orientierung des Satelliten relativ zur Erdoberfläche kann auch aus anderen Gründen abweichen. Bei Kenntnis der GPS-Position eines Satelliten, seiner geschätzten Orientierung und der GPS-Position der Bodenstation kann die gewünschte Richtung berechnet werden. Es können Summen- und Differenzstrahlen in diese Richtung unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens gebildet werden, und es kann ein Orientierungsfehler gemessen werden.
Ergebnisse
9 stellt eine Lage eines Flugzeugs und einer darauf angeordneten phasengesteuerten Gruppenantenne gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
Unter idealen Bedingungen bestimmt die Lage eines Flugzeugs 900 die Lage einer darauf angeordneten phasengesteuerten Gruppenantenne 902. Die Gruppenantenne 902 kann die Unterquadranten oder -gruppen A, B, C und D beinhalten. In beispielhaften Ausführungsformen, beispielsweise in 9, fluchtet die Lage des Flugzeugs 900 mit der Linie, die die Quadranten A und D teilt. Wenn sich das Flugzeug 900 beispielsweise in Richtung Süden bewegt, verläuft demnach die Linie, die die Quadranten A und D teilt, von Süden nach Norden.
10 stellt beispielhafte Deltalängen dar, die von einer Antenne beobachtet werden, die in einem Abtastwinkel von 60 Grad an einem Flugzeug angeordnet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
10 stellt drei Standorte von Flugzeugen relativ zu einem Satellitenstandort dar. In allen drei Fällen wird davon ausgegangen, dass sich das Flugzeug in Richtung Süden bewegt und der Höhenblickwinkel zum Satelliten 60 Grad vom Zenit des Flugzeugs beträgt.
14 stellt das für 11A, 11B, 12A, 12B, 13A und 13B verwendete Koordinatensystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
11A und 11B sind 3D-Abbildungen von Azimut- beziehungsweise Höhendifferenzfehlerspannungen, die bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von Null Grad beobachtet werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In 11A und 11B ist eine Signalstärke in Dezibel (dB) entlang der Z-Achse dargestellt, ein Höhendelta (in Volt (V)) einer Antenne, die auf einen bekannten Signalsender gerichtet ist, ist entlang der Y-Achse dargestellt, und ein Azimutdelta (in V) einer auf einen bekannten Signalsender gerichteten Antenne ist entlang der X-Achse dargestellt. 11A stellt das Azimutdeltasignal dar, und 11B stellt das Höhendeltasignal, das bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von Null Grad beobachtet wird, dar.
12A und 12B sind 3D-Abbildungen von Azimut- beziehungsweise Höhendifferenzfehlerspannungen, die bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von 18,6 Grad beobachtet werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In 12A und 12B ist eine Signalstärke in Dezibel (dB) entlang der Z-Achse dargestellt, ein Höhendelta (in Volt (V)) einer Antenne, die auf einen bekannten Signalsender gerichtet ist, ist entlang der Y-Achse dargestellt, und ein Azimutdelta (in V) einer auf einen bekannten Signalsender gerichteten Antenne ist entlang der X-Achse dargestellt. 12A stellt das Azimutdeltasignal dar, und 12B stellt das Höhendeltasignal, das bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von 18,6 Grad beobachtet wird, dar.
13A und 13B sind 3D-Abbildungen von Azimut- beziehungsweise Höhendifferenzfehlerspannungen, die bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von 37,3 Grad beobachtet werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In 13A und 13B ist eine Signalstärke in Dezibel (dB) entlang der Z-Achse dargestellt, eine Höhenfehlerspannung einer Antenne, die auf einen bekannten Signalsender gerichtet ist, ist entlang der Y-Achse dargestellt, und eine Azimutfehlerspannung einer Antenne, die auf einen bekannten Signalsender gerichtet ist, ist entlang der X-Achse dargestellt. 12A stellt das Azimutdeltasignal dar, und 12B stellt das Höhendeltasignal, das bei einem Abtastwinkel von 60 Grad für eine Deltalänge von 37,3 Grad beobachtet wird, dar.
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifisch ist, versteht es sich, dass der Gegenstand in den angefügten Ansprüchen nicht notwendigerweise auf die oben beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr sind die oben beschriebenen spezifischen Merkmale und Handlungen als beispielhafte Formen der Implementierung der Ansprüche offenbart. Andere Konfigurationen der beschriebenen Ausführungsformen sind Teil des Schutzumfangs dieser Offenbarung. Ferner können Implementierungen, die mit dem Gegenstand dieser Offenbarung übereinstimmen, mehr oder weniger Handlungen als beschrieben aufweisen oder Handlungen in einer anderen Reihenfolge als gezeigt implementieren. Dementsprechend sollen die angefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente nur die Erfindung und keine beschriebenen spezifischen Beispiele definieren.

Claims

Verfahren zum Orientieren einer Kommunikationsantenne, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Segmentieren einer phasengesteuerten Empfangsgruppenantenne in N Untergruppen mit M Antennenelementen in jeder Untergruppe; Empfangen eines bekannten Signals durch jedes der M Antennenelemente von mindestens vier (4) der N Untergruppen, Abtasten in einer Richtung des bekannten Signals durch Anlegen eines Strahlengewichts, das jedem der M Elemente in jeder der mindestens 4 Untergruppen zugeordnet ist, um M gewichtete Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu erhalten; Kombinieren der M gewichteten Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu den Signalen A, B, C beziehungsweise D; Erzeugen eines Azimutdifferenzsignals pro einer gewichteten Summe von (A+B) und (C+D) und eines Höhendifferenzsignals pro einer gewichteten Summe von (A+C) und (B+D); Berechnen der Gewichte des Azimutdifferenzsignals, so dass das Azimutdifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird; und Berechnen der Gewichte des Höhendifferenzsignals, so dass das Höhendifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird, wobei N größer als oder gleich vier (4) ist und M größer als oder gleich eins (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bekannte Signal ein Digital-Video-Broadcasting-Trägeridentifikationssignal (Digital Video Broadcasting-Carrier Identification Signal - DVB-CID) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne auf einem Satelliten in geosynchroner Erdumlaufbahn (Geosynchronous Earth Orbit - GEO) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne auf einem Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO), einem Höhenplattform-System (High Altitude Platform System - HAPS) oder einem Flugzeug angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne von einem Gateway, einem stationären Terminal, einem mobilen Terminal, einem bodengestützten Terminal oder einem in einem Flugzeug angeordneten Terminal verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne die Kommunikationsantenne ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das gleichzeitige Erzeugen eines Kommunikationssignals auf Grundlage von A+B+C+D.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Berechnen der Strahlengewichte jedes der M Antennenelemente der N Untergruppen auf Grundlage der Azimut- und Höhendifferenzsignale für das bekannte Signal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei N größer als vier (4) ist und das Kombinieren ferner das Kombinieren der M gewichteten Signale für jede der N Untergruppen zu N kombinierten Signalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das gleichzeitige Erzeugen eines Kommunikationssignals, das aus der Richtung des bekannten Signals gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner Folgendes umfassend: jeweiliges Anwenden von N kombinierten Signalgewichten auf jedes der N kombinierten Signale; und gleichzeitiges Erzeugen eines Kommunikationssignals, das aus einer anderen Richtung als der Richtung des bekannten Signals gesendet wird, wobei die kombinierten Signalgewichte auf der Richtung des Kommunikationssignals relativ zur Richtung des bekannten Signals basieren.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Berechnen des kombinierten Signalgewichts für die N kombinierten Signale basierend auf den Azimut- und Höhendifferenzsignalen für das bekannte Signal.
System zum Orientieren einer Kommunikationsantenne, wobei das System Folgendes umfasst: eine phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne, die Antennenelemente umfasst, die in N Untergruppen mit M Antennenelementen in jeder Untergruppe segmentiert sind, wobei durch jedes der M Antennenelemente von mindestens vier (4) der N Untergruppen ein bekanntes Signal empfangen wird; ein Antennenuntersystem zum Abtasten in einer Richtung des bekannten Signals durch Anlegen eines Strahlengewichts, das jedem der M Elemente in jeder der mindestens 4 Untergruppen zugeordnet ist, um M gewichtete Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu erhalten; ein Hybridkombinatornetzwerk zum Kombinieren der M gewichteten Signale für jede der mindestens 4 Untergruppen zu den Signalen A, B, C beziehungsweise D und zum Erzeugen eines Azimutdifferenzsignals pro einer gewichteten Summe von (A+B) und (C+D) und eines Höhendifferenzsignals pro gewichteter Summe von (A+C) und (B+D); und ein Ausrichtungssystem zum Berechnen der Gewichte des Azimutdifferenzsignals, so dass das Azimutdifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird, und zum Berechnen der Gewichte des Höhendifferenzsignals, so dass das Höhendifferenzsignal auf ein Nullsignal gesteuert wird, wobei N größer als oder gleich vier (4) ist und M größer als oder gleich eins (1) ist.
System nach Anspruch 13, wobei das bekannte Signal ein Digital-Video-Broadcasting-Trägeridentifikationssignal (Digital Video Broadcasting-Carrier Identification Signal - DVB-CID) umfasst.
System nach Anspruch 13, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne auf einem Satelliten in geosynchroner Erdumlaufbahn (Geosynchronous Earth Orbit - GEO) angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne auf einem Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit - LEO), einem Höhenplattform-System (High Altitude Platform System - HAPS) oder einem Flugzeug angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne von einem Gateway, einem stationären Terminal, einem mobilen Terminal, einem bodengestützten Terminal oder einem in einem Flugzeug angeordneten Terminal verwendet wird.
System nach Anspruch 13, wobei die phasengesteuerte Empfangsgruppenantenne die Kommunikationsantenne ist.
System nach Anspruch 13, wobei das Hybridkombinatornetzwerk ferner konfiguriert ist, um gleichzeitig ein Kommunikationssignal auf Grundlage von A+B+C+D zu erzeugen.
System nach Anspruch 13, wobei das Ausrichtungssystem ferner konfiguriert ist, um Strahlengewichte von jedem der M Antennenelemente der N Untergruppen auf Grundlage der Azimut- und Höhendifferenzsignale für das bekannte Signal zu berechnen.
System nach Anspruch 13, wobei N größer als vier (4) ist und das Hybridkombinatornetzwerk ferner konfiguriert ist, um die M gewichteten Signale für jede der N Untergruppen in N kombinierte Signale zu kombinieren.
System nach Anspruch 21, wobei das Hybridkombinatornetzwerk ferner konfiguriert ist, um gleichzeitig ein Kommunikationssignal zu erzeugen, das aus der Richtung des bekannten Signals gesendet wird.
System nach Anspruch 21, wobei das Hybridkombinatornetzwerk ferner dazu konfiguriert ist, jeweils N kombinierte Signalgewichte auf jedes der N kombinierten Signale anzuwenden, gleichzeitig ein Kommunikationssignal zu erzeugen, das aus einer anderen Richtung als der Richtung des bekannten Signals gesendet wird, und die kombinierten Signalgewichte basieren auf der Richtung des Kommunikationssignals relativ zur Richtung des bekannten Signals.
System nach Anspruch 23, wobei das Ausrichtungssystem ferner konfiguriert ist, um das kombinierte Signalgewicht für die N kombinierten Signale basierend auf den Azimut- und Höhendifferenzsignalen für das bekannte Signal zu berechnen.