ES2291337T3 - Sistema de orientacion de antena de comunicaciones por satelite. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para alinear una antena de comunicaciones por satélite con un satélite de comunicaciones para permitir la recepción por la antena de una primera señal, que presenta una primera frecuencia de señal y es transmitida por el satélite, y para permitir la recepción de una segunda señal por el satélite, presentando la segunda señal una segunda frecuencia y siendo transmitida por la antena, que comprende: (a) orientar la antena hacia el satélite para que la antena reciba una primera señal que presenta una primera frecuencia; (b) obtener una primera pluralidad de primeros puntos de datos de intensidad de la primera señal a través de una región azimutal predeterminada; (c) determinar una primera situación real del satélite obtenida mediante la aplicación de una técnica de ajuste de curvas a la primera pluralidad de puntos de datos de intensidad de la primera señal; (d) alinear la antena en la región azimutal con la primera situación real del satélite determinada; (e) obtener una segundapluralidad de puntos de datos de intensidad de la primera señal a través de una región de elevación predeterminada; y (f) determinar una segunda situación real del satélite aplicando una técnica de ajuste de curvas a la segunda pluralidad de puntos de datos de intensidad de la primera señal; (g) alinear la antena en la región de elevación con la segunda situación real del satélite determinada; (h) repetir los puntos (b) a (g) en la forma requerida para que la antena se alinee con una situación real del satélite obtenida a partir de los puntos de intensidad de la primera señal para la transmisión de una segunda señal que presenta una segunda frecuencia superior a la frecuencia de la primera señal.
Description
Sistema de orientación de antena de
comunicaciones por satélite.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de comunicación y, más específicamente, a sistemas de
antena de comunicaciones por satélite.
La patente US nº 5.296.862 describe un
procedimiento para posicionar automáticamente una antena parabólica
para satélite hacia satélites de un cinturón geosincrónico para
recibir señales de los satélites.
El artículo "Development of an Electronic Beam
Squint Tracking Controller" de G. J. Hawkins, C. T. Railton y M.
T. Collins, publicado en Conference Proceedings of de 20th European
Microwave Conference, volumen 2, describe un procedimiento de
seguimiento de satélites que utiliza una técnica de seguimiento por
ángulo de haz electrónico. El artículo
"Self-learning Step Track System to Point an
Antenna at a Geostationary Satellite Using a P.C." de K. G.
Holleboom, I.E.E.E. Transactions on Consumer Electronics
CE-33 (1987) Agosto, nº 3, New York, NY, USA
describe una técnica de seguimiento por etapas alternativa.
Un sistema de comunicaciones por satélite
generalmente comprende una antena que debe alinearse con un satélite
geosincrónico. Uno de dichos sistemas, conocido como sistema de
banda Ku/Ka, transmite generalmente por la banda Ka y recibe por la
banda Ku. Normalmente, la antena se orienta de forma aproximada al
satélite seleccionado, después de lo cual un técnico de instalación
ajusta manualmente la posición de la antena determinando la señal
de banda Ku pico desplazando la antena en dirección azimutal y
elevación. No obstante, cuando la antena se alinea con el satélite
utilizando la señal de banda Ku, la antena puede no estar alineada
con suficiente exactitud para alcanzar la calidad óptima de
transmisión por la banda Ka. Esta desalineación con el satélite
puede producirse porque el ancho de banda Ku es muy superior al
ancho de banda Ka. Además, el cambio en las condiciones atmosféricas
puede perjudicar aún más el alineamiento marginal.
Normalmente, después de la alineación de la
antena utilizando la señal de banda Ku, el técnico debe ponerse en
contacto con una estación remota para pedir una evaluación de las
características de transmisión de la banda Ka de la antena. Este
proceso de alineación sigue de este modo hasta que la transmisión
por la banda Ka está optimizada en la mayor medida posible
utilizando este proceso manual. Se apreciará que el proceso
anterior es un proceso caro y que consume mucho tiempo.
Por lo tanto, sería deseable disponer un sistema
de comunicaciones por satélite en banda Ku/Ka que alinee
automáticamente una antena con un satélite geosincrónico con la
suficiente exactitud para obtener una calidad de banda Ku y banda
Ka óptimas.
La invención se define en las reivindicaciones
principales, a las cuales se hará referencia. Las reivindicaciones
subordinadas describen características ventajosas.
La presente invención proporciona un
procedimiento y un equipo de alineación automática de antenas que
posiciona una antena basándose en una primera señal con exactitud
suficiente para optimizar la transmisión de una segunda señal que
presenta una frecuencia superior a la de la primera señal. Esta
disposición elimina la necesidad de un técnico que efectúe el
posicionamiento manual de la antena durante el proceso de
instalación. Aunque la invención principalmente se muestra y se
describe en relación con una antena de comunicaciones por satélite
en banda Ku/Ka de doble reflector, se entiende que el sistema de
orientación de antenas es aplicable a diversos tipos de antena con
una gama de tamaños y frecuencias de transmisión/recepción.
En una forma de realización, el sistema de
comunicaciones por satélite en banda Ku/Ka comprende un sistema de
alineación automática que alinea automáticamente la antena con un
satélite geosincrónico. El sistema de comunicaciones comprende una
bocina alimentadora, tal como se entiende este término en la
técnica, alineada con la antena, que puede comprender un reflector
secundario y un reflector principal. La parte posterior de la
antena principal lleva acoplada una carcasa para alojar los
conjuntos de accionamiento para la orientación azimutal y la
elevación. Una unidad de control fijada a la antena se ocupa de
controlar los conjuntos de accionamiento que posicionan
mecánicamente el sistema de antena en dirección azimutal y
elevación, y suministra las posiciones azimutal y de elevación al
controlador. La unidad de control puede comprender, además, un
medidor de potencia que mide la intensidad de la señal desde la
bocina alimentadora y proporciona la información de la intensidad
de señal a un controlador, en el cual se correlaciona la intensidad
de señal con las posiciones azimutal y de elevación de la
antena.
En funcionamiento, la antena se sitúa
inicialmente de modo que el sistema de antena recibe una primera
señal que presenta una primera frecuencia. A continuación el
sistema efectúa una fuerza sobre la antena para que se desplace a
través de una región azimutal predeterminada mientras el medidor de
potencia recoge los datos de intensidad de señal y los guarda en el
controlador con las diversas posiciones de la antena. Basándose en
los datos recogidos, se selecciona una posición de pico de la señal
y a continuación la antena se resitúa en la posición en la cual se
ha producido el pico de la señal. Seguidamente se recogen datos de
intensidad de señal a través de una zona de elevación
predeterminada y se busca un nuevo pico de señal basándose en los
datos de elevación. Este proceso se repite el número de veces
deseado para alcanzar el nivel de exactitud seleccionado.
La situación del pico de señal puede
determinarse utilizando un algoritmo, como por ejemplo la parábola
de mínimos cuadrados, sobre los datos azimutales y de elevación
recogidos. Así, la antena se posiciona con la exactitud suficiente
a partir de la primera señal para proporcionar una transmisión de
señal óptima de una segunda señal que presenta un ancho de banda
que puede ser significativamente más estrecho que el de la primera
señal. El posicionamiento automático y exacto de la antena evita la
necesidad del procedimiento manual y el posicionamiento erróneo de
la antena por un técnico.
Éstos y otros objetivos, aspectos,
características y ventajas de la presente invención se pondrán de
manifiesto a partir de los dibujos, la descripción detallada y las
reivindicaciones siguientes.
La invención se pondrá más claramente de
manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada
considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los
cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
sistema de orientación de antenas para alinear automáticamente una
antena de comunicaciones por satélite según la presente
invención;
la figura 2 es un gráfico de la magnitud
relativa de las bandas Ku y Ka respecto a la posición azimutal;
la figura 3 es un diagrama de bloques del
sistema de orientación de antenas de la figura 1;
la figura 4 es una representación esquemática de
un mecanismo de elevación que puede formar una parte del sistema de
orientación de antenas de la figura 1;
la figura 5 es una representación esquemática
que muestra otros detalles del mecanismo de elevación de la figura
4;
la figura 6 es una representación esquemática
que muestra aún más detalles del mecanismo de elevación de la
figura 5;
la figura 7 es una representación esquemática de
un mecanismo azimutal que puede formar una parte del sistema de
orientación de antenas de la figura 1, que se muestra en la primera
y segunda posiciones;
la figura 8 es una representación esquemática
que muestra otros detalles del mecanismo azimutal de la figura
7;
la figura 9 es una representación gráfica de la
primera y segunda señales del satélite con los puntos de intensidad
de señal correspondientes a la primera y segunda señales del
satélite mediante un sistema de orientación de antenas según la
presente invención;
la figura 10 es una representación gráfica de
los puntos de intensidad de señal correspondientes a la primera
señal del satélite;
la figura 11 es una representación gráfica que
muestra una señal de banda Ku transmitida por la antena
alineada;
la figura 12 es un diagrama de flujo que muestra
un ejemplo de secuencia de las etapas de alineación de una antena
con una señal de satélite según la presente invención; y
la figura 13 es un diagrama de flujo que
presenta un ejemplo de la secuencia de las etapas para determinar
la situación de un pico de señal de la señal de satélite.
La figura 1 muestra un sistema de antena 100 que
dispone de sistema de orientación automatizado según la presente
invención. El sistema comprende una antena 102 que puede preverse en
forma de una antena de doble reflector con un reflector secundario
104 que refleja energía desde una bocina de alimentación 106, tal
como se entiende este término en la técnica, al reflector principal
108. En la forma de realización mostrada, el reflector secundario
104 se encuentra descentrado respecto al reflector principal 108. El
reflector principal 108 puede presentar una forma parabólica y el
reflector secundario 104 puede tener forma elíptica, no obstante, se
apreciará que sistemas de antena diferentes pueden presentar
reflectores de distintas formas y configuraciones. El conjunto
reflector secundario/bocina de alimentación puede añadirse mediante
un soporte extensible 110.
El sistema de antena 100 comprende una carcasa
112 fijada a la parte posterior de la antena principal 108 y una
unidad de control 114 fijada al soporte extensible. Como se describe
con mayor detalle más adelante, la carcasa 112 puede comprender
conjuntos de accionamiento azimutal y de elevación (ver figuras 5 a
8) controlados por la unidad de control 114. El sistema 100 puede
pivotar alrededor de un eje azimutal 116 y un eje de elevación 118
dirigidos por los respectivos conjuntos de accionamiento azimutal y
de elevación (ver figuras 5 a 8). En la presente forma de
realización, un cable de datos 120 conecta la bocina de alimentación
106 a la unidad de control 114, que está acoplada a la carcasa 112
a través de los cables respectivos azimutal y de elevación 122,
124. Debe apreciarse que en otra forma de realización, el cable de
datos 120 puede sustituirse por medios de transmisión remotos (no
mostrados), y un receptor puede posicionarse en la unidad de control
(no mostrada), Como se describe con detalle más adelante, el
sistema de antena se posiciona automáticamente en la orientación
azimutal y la elevación adecuadas para alcanzar una calidad óptima
de recepción y transmisión.
En una forma de realización, el sistema de
antena 100 se comunica con un satélite geosincrónico transmitiendo
en la banda Ka y recibiendo en la banda Ku. La figura 2 muestra
gráficamente une ejemplo del ancho de banda de señal Ku 10 y el
ancho de banda de señal Ka 12. Como puede apreciarse en el gráfico,
en un desplazamiento de un grado del pico de la señal, representado
a 0 grados, no interferirá con la recepción de la señal Ku 10. No
obstante, el mismo desplazamiento de un grado impide la transmisión
de la señal en banda Ka al satélite. Por lo tanto, las dificultades
asociadas con la alineación del sistema de antena con la señal
recibida en banda Ku con la exactitud suficiente para la
transmisión en banda Ka resultan evidentes.
Como se describe más adelante, el sistema de
antena 100 posiciona automáticamente la antena 102 utilizando la
señal del ancho de banda Ku relativamente ancha con la exactitud
suficiente para alcanzar una capacidad de transmisión en banda Ka
óptima. No obstante, se entiende que la invención es aplicable a una
diversidad de anchos de banda y sistemas de comunicaciones en los
cuales la antena 102 se alinea con un satélite utilizando una
primera señal que difiere de una segunda señal que es transmitida
por la antena 102.
La figura 3 muestra un ejemplo de forma de
realización de la unidad de control 114 y conjuntos de accionamiento
azimutal y de elevación comprendidos en la carcasa 112. La unidad
de control 114 comprende un microcontrolador 150 que proporciona un
control global del sistema para posicionar la antena 102. El
microcontrolador 150 se encuentra acoplado a un medidor de potencia
de RF 152, que puede estar dispuesto como un Detector Logarítmico
de Dispositivos Analógicos con el número de modelo AD8313, El
medidor de potencia 152 recibe una señal de la bocina de
alimentación 106 de la antena y envía una indicación de intensidad
de señal al controlador 150, que correlaciona la información de
señal con la posición de la antena.
La unidad de control 114 además comprende un
amplificador azimutal 154 para recibir una señal de la posición
azimutal de una antena y enviar una señal del movimiento azimutal al
motor azimutal de la antena 158 ubicado en la carcasa 112. De forma
similar, la unidad de control 114 comprende un amplificador de
elevación 156 para recibir una señal de la posición de elevación de
la antena y enviar una señal del movimiento de elevación al motor
de elevación 160. Un módulo 162 comprendido en la unidad de control
puede suministrar energía a los amplificadores azimutal y de
elevación 154, 156. En una forma de realización, el módulo de
suministro de energía 162 comprende una batería para alimentar
energéticamente los motores de orientación azimutal y de elevación
156, 160. El conjunto de accionamiento de la orientación azimutal
puede comprender, además, un codificador azimutal 164 para
proporcionar información de la posición azimutal de la antena a
controlador 150. De forma similar, el conjunto de accionamiento de
la elevación puede comprender un codificador de la elevación 166
para suministrar información de la elevación. El controlador 150
guarda la información de la posición azimutal y la información de
la elevación en una tabla de datos con la intensidad de señal
obtenida en cada ubicación de la antena.
Las figuras 4 a 6, en combinación con la figura
3, muestran un ejemplo de forma de realización de un mecanismo de
posicionamiento en elevación de la antena 200 controlado por el
controlador 150. La figura 4 muestra la antena 102 en una primera y
una segunda posiciones. El mecanismo de elevación 200 controla la
posición de la antena 108 en elevación. El conjunto de
accionamiento de elevación, por ejemplo, el motor/accionador de
elevación 160 manipula la antena 108 alrededor de un eje de
elevación 202. En una forma de realización, el mecanismo de
elevación 200 comprende un perno 204 que presenta una primera y una
segunda tuercas 206, 208 en un espaciamiento fijo. Una parte
superior 210 de la carcasa 112 permanece en la parte superior de la
segunda tuerca 208 gracias a la gravedad. El perno de elevación 204
está unido por rosca con una barra 212 fijada de modo que pueda
girar a una parte inferior 214 de la carcasa de posición fija. En
una parte lateral de la parte superior de la carcasa 210 se forma
una ranura curvada 216.
Para efectuar el posicionamiento en elevación de
la antena, el controlador 150 envía una señal al amplificador de
elevación 156 que acciona el motor de elevación 160 para girar el
perno de elevación 204. El perno 204 está acoplado al motor 160 de
forma conocida por los expertos en la materia, por ejemplo a la
segunda tuerca 208, para permitir la rotación manual de la primera
tuerca 206. La primera y segunda tuercas 206, 208 pueden fijarse al
perno 204. La rotación del perno 160 provoca un desplazamiento
respecto a la barra 212, a la cual se encuentra roscado. Cuando el
perno 204 se desplaza hacia abajo, la gravedad provoca el movimiento
hacia abajo de la carcasa 210, que se mantiene sobre la segunda
tuerca 208. El movimiento ascendente del perno 204 impulsa la
segunda tuerca 208 hacia arriba sobre la carcasa incrementando la
posición de elevación de la antena 108. Debe apreciarse que puede
utilizarse un mecanismo de elevación sustitutivo que utiliza brazos
en voladizo o hidráulicos para efectuar el movimiento de elevación
de la antena 108.
Las figuras 7 y 8 en combinación con la figura 3
muestran un ejemplo de mecanismo de posicionamiento azimutal 250
controlado por el controlador 150. En general, el sistema de antena
100 giran en dirección azimutal alrededor de un eje azimutal 252.
En una forma de realización, el mecanismo de posicionamiento
azimutal 250 comprende una parte superior 254 que puede girar
respecto a una parte inferior 256 que está fijada en una posición
respecto al eje azimutal 252 con el cual se encuentra dispuesto
concéntricamente un perno de giro central 258. La parte inferior de
la carcasa 256 comprende ranuras 257a, b dentro de las cuales pueden
insertarse un primer y un segundo pernos 259a, b a través de
agujeros en a parte superior de la carcasa 254. Un perno azimutal
260 comprende una primera y una segunda tuercas 262, 264 que
presentan una primera pieza 266 entre ellas. En un extremo del
perno 260 se encuentra roscada una segunda pieza 268. La primera y
segunda piezas 266, 268 comprenden cada una patas 270, 272
insertables dentro de sus respectivos agujeros 274, 276 en asas 278,
280 de las partes superior e inferior 254, 256. La rotación del
perno azimutal aumenta o reduce la distancia entre las asas 278,
280 dependiendo de la dirección de rotación del perno para desplazar
los pernos 259a, b dentro de las ranuras 257a, b en las partes
superior e inferior de la carcasa 254, 256. Debe apreciarse que
pueden utilizarse mecanismos de rotación alternativos para efectuar
el posicionamiento azimutal.
En una forma de realización, el sistema de
orientación de antenas es portátil para poder separarlo de la antena
102 de un sistema de comunicaciones una vez la antena 102 se
encuentra alineada con un satélite. En general, los motores de
orientación azimutal y de elevación 158, 160, así como otros
componentes que facilitan el posicionamiento automático de la
antena 102, forman una parte del sistema portátil de orientación de
antenas. Por ejemplo, en el conjunto de orientación azimutal,
además del motor de orientación azimutal, el perno de orientación
azimutal 260. La primera y segunda tuercas 262, 264, la primera y
segunda piezas 266, 268 y las patas 270, 272 pueden ser parte de un
sistema de orientación de antenas portátil. Las asas 278, 280 de las
partes superior e inferior 254, 256 del conjunto azimutal pueden
formar una parte del conjunto de antena. Un sistema portátil de
orientación de antenas puede comprender una batería 162 para
suministrar energía a la circuitería de la unidad de control, así
como a los conjuntos de accionamiento de la orientación azimutal y
la elevación. Limitando el movimiento de la antena 102 a un eje
cada vez, se reduce la energía instantánea requerida por la
batería.
Como muestra gráficamente la figura 9, la
posición inicial de la antena 102 debe permitir la recepción de una
señal 300 en la banda Ku desde el satélite deseado. En general, la
posición inicial de la antena 302 respecto a la primera señal 300
generalmente no corresponderá al pico de señal 304 debido a las
condiciones atmosféricas, errores de medición aleatorios y/u otras
interferencias de la señal. El controlador 150 manipulará entonces
la antena 102 a través de una región de elevación (o azimut)
predeterminada 306, por ejemplo más/menos dos grados alrededor de
la situación del pico.
La región azimutal predeterminada debe
corresponder a la distancia entre satélites próximos a la región de
interés. Por ejemplo, en determinadas regiones del mundo, por
ejemplo en toda Europa, los satélites pueden desplazarse unos pocos
grados solamente. Como muestra el gráfico de la figura 9, debido a
este desplazamiento, una antena 102 puede recibir en un intervalo
de varios grados dos o más señales en banda Ku procedentes de
diferentes satélites así desplazados. Desde una posición inicial en
la cual la antena 102 recibe una primera señal 300 desde un primer
satélite, el movimiento de uno o más grados en azimut y/o elevación
puede dar como resultado la recepción de una segunda señal 350
desde un segundo satélite adyacente al primer satélite. Si la
intensidad de señal de la segunda señal 350 es superior a la
intensidad de señal de la primera señal 300, pueden resultar
inexactitudes en la determinación de la señal pico 304. Por
consiguiente, para evitar que el medidor de potencia 152 reciba una
intensidad de señal adicional 350 de un satélite vecino durante un
barrido, la región de azimut predeterminada 306 está dimensionada
adecuadamente desde aproximadamente uno a tres grados desde una
ubicación inicial determinada.
Durante el primer paso a través de la región de
elevación predeterminada 306, el sistema 100 recoge una pluralidad
de puntos de datos de intensidad de señal, por ejemplo, entre 500 y
5.000 puntos de datos. No obstante, se entiende que un experto en
la materia podrá seleccionar fácilmente un número superior de puntos
de datos para alcanzar el nivel de exactitud deseado. A partir de
los datos recogidos, el controlador 150 selecciona una nueva
ubicación para el pico de señal 302', como muestra la figura 10.
Pueden utilizarse una amplia variedad de algoritmos en los puntos
de datos almacenados por el controlador 150 para determinar la
ubicación de la señal pico real. Los ejemplos de algoritmos pueden
comprender la parábola de mínimos cuadrados y la denominada media
del algoritmo de nivel de potencia a 3 dB. Además se entiende que
otros algoritmos adecuados resultarán evidentes para los expertos
en la
materia.
materia.
Después de seleccionar la nueva ubicación del
pico de señal, el sistema recoge datos de intensidad de señal,
tales como, por ejemplo, entre 500 y 5.000 puntos de datos a través
de una determinada región azimutal, por ejemplo una región de entre
uno y tres grados más o menos alrededor de la ubicación del pico. El
controlador 150 vuelve a seleccionar una nueva ubicación de pico de
señal basándose en los puntos de datos recogidos, utilizando un
algoritmo como se ha mencionado anteriormente.
A través de un número seleccionado de
iteraciones, el microcontrolador 150 puede alternativamente recoger
datos en barridos azimutales y de elevación para afinar más la
ubicación del pico. En una forma de realización, se recogen los
datos y se define la ubicación del pico de señal tres veces tanto en
azimut como en elevación. En otra forma de realización, las
ubicaciones del pico obtenidas a partir de las iteraciones se
comparan para determinar si se corresponden. Si los valores de
ubicación del pico no se corresponden entre si dentro de una
fracción específica de un grado, se realizan iteraciones
adicionales, se encuentran nuevas ubicaciones del pico y se efectúa
otra comparación utilizando las nuevas ubicaciones del pico. No
obstante, se entiende que el número de iteraciones puede variar
para alcanzar el nivel deseado de exactitud. Además, el número de
puntos de datos recogidos a través de un nivel azimutal y/o de
elevación, y el tamaño de la región de azimut y/o elevación puede
influir en el número de iteraciones.
Como ilustra gráficamente la figura 11, la
ubicación real del pico 400 para la primera señal puede
seleccionarse utilizando, por ejemplo, un algoritmo de parábola de
mínimos cuadrados. Si se utiliza el nivel de señal máximo 402 solo
para determinar la situación del satélite, es probable que este
punto de datos esté desviado en cierta medida de la situación real
del satélite debido a las condiciones atmosféricas, a errores de
medición aleatorios y/o a otras interferencias de señal. Y aunque
esta desviación pueda no afectar a la recepción de la señal 300 en
la banda Ku, puede degradar seriamente la transmisión de la señal
320 en la banda Ka por el sistema de antena al satélite. Como puede
apreciarse por el punto de datos 322, que corresponde a la posición
de la antena 102 en la ubicación de pico incorrecta, es decir en el
nivel máximo 402 de señal en la banda Ku, la señal en la banda Ka
presenta una intensidad aproximadamente 0,5 voltios inferior a la
intensidad en la ubicación real del pico 400.
En otra forma de realización, la antena 102
puede desplazarse adecuadamente para minimizar el contragolpe
vibratorio o mecánico, es decir, las irregularidades mecánicas que
reducen la exactitud de la información de la posición de la antena.
Si se realiza una exploración utilizando una antena comercial de
bajo coste, el contragolpe mecánico puede provocar errores
importante de posición en la banda Ka. Una fuente de contragolpe se
encuentra en las zonas muertas de los tornillos utilizados para
desplazar la antena 102 en azimut/elevación. Como se ha mencionado
anteriormente, una vez el sistema de posicionamiento de la antena ha
realizado una exploración, hace que la antena 102 se desplace a una
nueva ubicación de pico. El contragolpe mecánico puede eliminarse
efectuando dicho movimiento en la misma dirección que la exploración
previa. Como se describe en el ejemplo siguiente, el movimiento de
la antena 102 en la misma dirección que la exploración previa puede
realizarse de forma efectiva extendiendo la exploración más allá de
la región de azimut o de elevación predeterminada y volviendo a una
zona límite de la región a través de la cual deben recogerse
datos,
Por ejemplo, para efectuar una exploración
azimutal de 2 grados de izquierda a derecha alrededor de una
ubicación de pico recientemente obtenida, el sistema debería
desplazarse primero a menos 3 grados desde la ubicación del pico, a
continuación desplazarse a menos 2 grados y seguidamente iniciar la
exploración para finalizar a más 2 grados. Una vez determinada una
nueva ubicación pico, por ejemplo menos 0,12 grados, para desplazar
esta ubicación el sistema debería desplazarse desde la posición
actual de más 2 grados a menos 3 grados y a continuación de menos 3
grados a menos 0,12 grados. Si el sistema se desplaza directamente
desde más 2 grados a menos 0,12 grados, es posible que se
introduzca un error de contragolpe importante.
La figura 12, en combinación con las figuras 1 y
3, muestra un ejemplo de secuencia de etapas según la presente
invención para posicionar el sistema de antena. En la etapa 500, una
antena de comunicaciones por satélite 102 se alinea con un satélite
deseado para recibir una señal en la banda Ku. La antena 102 puede
manipularse manualmente hasta recibir la señal adecuada. A
continuación se instala el sistema de orientación de antenas 100 en
la interna 102 con el cable de datos 120 desde la bocina de
alimentación 106 acoplada a la unidad de control del sistema 114.
En la etapa 504 se inicia la captación del satélite.
En la etapa 506, se determina una región de
exploración tal como más menos dos grados, y en la etapa 508 se
desplaza la antena 102 a un límite de la región de exploración en
elevación. A continuación, la antena 102 gira a través de la región
de exploración, por ejemplo cuatro grados, recogiendo muestras de
datos de intensidad de señal en la etapa 510. En una forma de
realización, la antena 102 gira a un grado por segundo y recoge
quinientas muestras (x, p_{x}) por segundo (por ejemplo 2.000
muestras en total) utilizando el medidor de potencia de RF 152.
Basándose en las muestras de datos recogidas, se determina una nueva
ubicación de pico de intensidad de señal a partir de la forma
generalmente parabólica de los datos recogidos en la etapa 512. En
la etapa 514, la antena 102 se desplaza a la nueva ubicación del
pico. Opcionalmente, antes de desplazarse a la nueva ubicación del
pico, la antena 102 puede volver a desplazarse hacia atrás a través
de la región de elevación explorada hasta el punto de partida
inicial para minimizar el contragolpe.
En la etapa 516, el sistema determina una región
de exploración azimutal, por ejemplo más/menos dos grados, y en la
etapa 518 la antena 102 se desplaza a la región límite de la
exploración. A continuación, la antena 102 gira a través de la
región de exploración azimutal para recoger datos de intensidad de
señal en la etapa 520. En la etapa 522, se determina una nueva
ubicación de señal pico a partir de los datos azimutales recogidos.
En la etapa 524, la antena 102 se desplaza a la nueva ubicación
pico. Se entiende que la antena 102 puede desplazarse al límite de
exploración azimutal para minimizar los efectos del contragolpe y
desplazar la antena 102 en una dirección consecuente a través de
múltiples iteraciones.
En la etapa 526, se determina si se ha
completado la cantidad deseada de exploraciones para la obtención de
datos azimutales y de elevación. Ello se realiza, por ejemplo,
determinando si se han realizado un número predefinido de
exploraciones X, o comparando las ubicaciones de señales pico
obtenidas mediante las exploraciones para determinar sin diversas
ubicaciones de señales pico coinciden. Si son necesarias
exploraciones adicionales, por ejemplo si no se ha alcanzado el
número predeterminado X, o si no se encuentran coincidencias entre
las ubicaciones de señales pico recibidas, en la etapa 506 se
determina otra región de exploración de elevación. Además, la
región de elevación y la velocidad de giro pueden reducirse en
iteraciones adicionales. En una forma de realización, un segundo
barrido azimutal o de elevación corresponde a más/menos un grado con
la antena 102 girando a 0,5 grados por segundo a quinientas
muestras por segundo. También puede realizarse otro barrido
azimutal en la etapa 520, hasta completar el número deseado de
iteraciones de barridos, o hasta obtener la coincidencia de
ubicaciones de señales pico. A continuación, en la etapa 528, el
sistema de orientación de antenas se retira de la antena 102.
La figura 13 muestra un ejemplo de
implementación que puede ser ejecutado por el controlador 150 para
determinar la ubicación del pico de señal basándose en por lo menos
un algoritmo de parábola de mínimos cuadrados, que puede
corresponder a la etapa 512 de la figura 12. El controlador 150
puede programarse en cualquier número de lenguajes, como por
ejemplo GALIL, FORTRAN, o lenguaje máquina. A partir de los puntos
de intensidad de señal recogidos (x, p_{x}), siendo x la
situación (ángulo) y p_{x} el nivel de potencia, el controlador
150 determina el valor de potencia máximo en la etapa 550. Tomando
el valor máximo, se evita la alineación de la antena 102 con un
satélite adyacente, como se ha mencionado anteriormente en la figura
9. En la etapa 552 se determina un subconjunto de datos centrado
alrededor del valor de potencia máximo. En una forma de
realización, el subconjunto comprende los doscientos cincuenta
puntos anteriores y posteriores al valor máximo
(x_{max-250}, p_{xmax-250} a
x_{max+250}, p_{xmax+250}) del total de los dos mil puntos de
intensidad de señal.
En la etapa 554, se realizan sumas para la
parábola de mínimos cuadrados dispuesta para el subconjunto de
puntos de datos 501. En una forma de realización, se calculan las
sumas siguientes:
A partir de las sumas calculadas, en la etapa
556 se establecen tres ecuaciones:
En la etapa 558 se determina el pico a partir de
la primera parábola adaptada. Más particularmente, las ecuaciones
anteriores se resuelven para a_{1}, a_{2} y a_{3}. Por
ejemplo:
La parábola que más se ajusta está definida por
p(x) = a_{1} + a_{2}x + a_{3}x^{2} para que el pico
se produzca en x = -a_{2}/2a_{3}.
Así, cada paso afina más la situación del pico
de señal. Para cada paso puede incrementarse el número de puntos de
datos utilizados en el cálculo y/o el número de muestras por grado.
Los expertos en la materia apreciarán que la técnica de la parábola
de mínimos cuadrados, que es relativamente eficaz, puede ser
sustituida fácilmente por otros algoritmos adecuados.
El sistema de posicionamiento de la antena de la
presente invención posiciona automáticamente la antena 102
utilizando una primera señal, por ejemplo una señal en la banda Ku,
con suficiente exactitud para la transmisión de una segunda señal,
por ejemplo una señal en a banda Ka, que presenta una frecuencia
superior a la de la primera señal. El sistema posiciona la antena
102 utilizando la señal de la banda Ku que presenta un ancho de
banda relativamente amplio y optimiza la transmisión en la banda Ka,
que presenta un ancho de banda relativamente estrecho. Esta
disposición permite el posicionamiento rápido y exacto de la antena
102 para un funcionamiento óptimo de recepción y transmisión.
Se entiende que las dimensiones globales de la
antena 102 pueden variar según los requisitos de una aplicación
particular. Un ejemplo para una antena 102 que puede orientarse
según la presente invención es de aproximadamente setenta y cinco a
aproximadamente ciento cinco centímetros de diámetro. En una forma
de realización, un sistema de comunicaciones Ku/Ka tal como el
descrito en el presente documento puede comprender una antena
Gregorian que presenta un reflector principal o plato con un
diámetro de aproximadamente noventa y cinco centímetros.
Claims (13)
1. Procedimiento para alinear una antena de
comunicaciones por satélite con un satélite de comunicaciones para
permitir la recepción por la antena de una primera señal, que
presenta una primera frecuencia de señal y es transmitida por el
satélite, y para permitir la recepción de una segunda señal por el
satélite, presentando la segunda señal una segunda frecuencia y
siendo transmitida por la antena, que comprende:
- (a)
- orientar la antena hacia el satélite para que la antena reciba una primera señal que presenta una primera frecuencia;
- (b)
- obtener una primera pluralidad de primeros puntos de datos de intensidad de la primera señal a través de una región azimutal predeterminada;
- (c)
- determinar una primera situación real del satélite obtenida mediante la aplicación de una técnica de ajuste de curvas a la primera pluralidad de puntos de datos de intensidad de la primera señal;
- (d)
- alinear la antena en la región azimutal con la primera situación real del satélite determinada;
- (e)
- obtener una segunda pluralidad de puntos de datos de intensidad de la primera señal a través de una región de elevación predeterminada; y
- (f)
- determinar una segunda situación real del satélite aplicando una técnica de ajuste de curvas a la segunda pluralidad de puntos de datos de intensidad de la primera señal;
- (g)
- alinear la antena en la región de elevación con la segunda situación real del satélite determinada;
- (h)
- repetir los puntos (b) a (g) en la forma requerida para que la antena se alinee con una situación real del satélite obtenida a partir de los puntos de intensidad de la primera señal para la transmisión de una segunda señal que presenta una segunda frecuencia superior a la frecuencia de la primera señal.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la determinación de la situación real del satélite comprende
la utilización de mínimos cuadrados para adaptar una parábola a los
datos de intensidad de señal y la selección de la posición
correspondiente al centro de la parábola.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la determinación de la situación real del satélite
comprende la aplicación de la media del algoritmo de nivel de
potencia a 3 dB a los datos de intensidad de señal.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el controlador
utiliza una primera señal correspondiente a una señal en banda
Ku.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la segunda señal
corresponde a una señal en banda Ka.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la región
azimutal predeterminada es de aproximadamente más/menos dos
grados.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pluralidad de
puntos de datos primeros y segundos comprende de diez a cien mil
mediciones de intensidad de señal respectivamente.
8. Sistema de orientación de antenas de
comunicaciones por satélite para alinear una antena con un satélite
geosincrónico para permitir la recepción por la antena de una
primera señal, presentando la primera señal una primera frecuencia
y siendo transmitida por el satélite, y para permitir la recepción
por el satélite de una segunda señal, presentando la segunda señal
una segunda frecuencia y siendo transmitida por la antena, que
comprende:
una unidad de control (114) adaptable a la
antena (102), comprendiendo la unidad de control (114) un
controlador (150) y un medidor de potencia (152), siendo conectable
el medidor de potencia (152) a una bocina de alimentación (106)
para obtener datos de intensidad de señal para una primera señal que
presenta una primera frecuencia transmitida por un satélite;
una carcasa (112) adaptable a la antena (102),
comprendiendo la carcasa:
- un conjunto de accionamiento azimutal (158) acoplado a la unidad de control (114) para el posicionamiento azimutal de la antena (102); y
- un conjunto de accionamiento de la elevación (160) acoplado a la unidad de control (114) para el posicionamiento en elevación de la antena (102), en el controlador (150) está adaptado para efectuar las etapas del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Sistema según la reivindicación 8,
caracterizado porque la antena comprende un reflector
secundario (104) y un reflector principal (108).
10. Sistema según la reivindicación 9,
caracterizado porque el reflector principal (108) presenta un
diámetro de aproximadamente 95 centímetros.
11. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 8, 9 ó 10, caracterizado porque comprende
una batería para suministrar energía al sistema de orientación de
antenas.
12. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque la el sistema
de orientación de antenas es separable de la antena (102).
13. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la unidad de
control (114) comprende un elemento de almacenado para almacenar
datos de intensidad de señal.
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