NO153414B - System for styring av driftsposisjonen for en bakkestasjonsantenne for telekommunikasjon via satelitter. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for å styre driftsposisjonen for en bakkestasjonsantenne for telekommunikasjon via satelitter, hvilken antenne er forsynt med detektormidler som reagerer på signaler mottatt av antennen for å frembringe data som representerer mottatt signalstyrke under et bestemt intervall, lagermidler for lagring av de således frembrakte data, og drivmidler for å omdirigere antennen trinnvis under styring fra disse data.

Forskjellige kjente systemer gjør bruk av den såkalte fjell-klatringsfremgangsmåte, hvilken er således benevnt fordi det i denne fremgangsmåte er en kontinuerlig søking etter en posisjon for antennen i hvilken det mottatte signal er sterkere enn det var i den forutgående posisjon. Med andre ord,

i det fjellignende landskap av signalstyrker forsøker man alltid å klatre. En av måtene å realisere denne fremgangs-

måte er den såkalte "trinn-følge" fremgangsmåten. Denne "trinn-følge" fremgangsmåten er en enkel og relativt billig løsning for å holde en antenne pekende mot en satelitt. Posisjonen av antennen endres trinn for trinn med like trinn

av f.eks, 0,01 grad både i elevasjon og i asimut, idet det alltid forsøkes å finne en posisjon i hvilken det mottatte signal er så sterkt som mulig. Et slikt følgesystem er f.eks. kjent fra artikkelen "Autotracking of Communication Satellites by the step-track technique" av N.N. Tom i The

Earth Station Technology, IEE Conference Publication No. 72, side 121-126, London 1970.

Følgesystemet som anvender "trinn-følge" fremgangsmåten bevirker i en tilfeldig retning en trinn-for-trinn endring i f.eks. elevasjonsretningen. Hvis det på grunn av denne posisjonsendring blir en styrkeøkning i det målte mottatte signal, vil det bli foretatt et neste trinn i den samme retning, osv. Når det etter et antall trinn observeres en sig-nalminskning bevirket av det siste trinn, foretas det så et trinn tilbake, etter hvilket en tilsvarende trinn-for-trinn endring i posisjon startes i asimut retningen. Ettersom det mottatte signal kan utsettes for sterke variasjoner på grunn av atmosfæriske påvirkninger, må målingen av signalstyrken finne sted over en lengre tid, f.eks. noen minutter, etter hvilken gjennomsnittsverdien bestemmes. Hver posisjonsendring for antennen er tidkrevende på grunn av at antennen beveger seg meget sakte. En ulempe ved det kjente systemet er således at det benyttes mange trinn. En ytterligere ulempe er at hvert første trinn er tilfeldig, med risiko for en minskning av signalet.

Formålet ved den foreliggende oppfinnelse er å overvinne ulempene med "trinn-følge" systemet.

Et annet formål ved den foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe et system i hvilket korrigerin<g>en av posisjon for antennen utføres på en slik måte at antennen foretar det minst mulige antall trinn, fordi det foretas trinn som er beregnet på forhånd hva angår deres retning og størrelse. Dette formål oppnås fordi retningen og størrelsen av hver posisjonsendring som skal foretas ved hjelp av antennen ut-ledes fra endringen i signalstyrken og den ledsagende posisjonsendring som følge av de ukontrollerte posisjonsendring-er som foretas av antennen med hensyn til posisjon som velges. De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk vil fremgå av de etterfølgende patentkrav samt av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av en antenne med hensyn til en satelitt. Fig. 2 representerer et plan perpendikulært på den optimale akseposisjon som indikerer et mulig antall punkter som er gjennomgått av antenneaksen ifølge den kjente "trinn-følge" fremgangsmåten. Fig. 3 viser et diagram som representerer amplituden, plottet som funksjon av tiden, av de ukontrollerte bevegelser i asimut (a) og i elevasjon (e). Fig. 4 viser et plan perpendikulært på den optimale aksepos-isjonen som indikerer hvilepunktene som følge av de ukontrollerte antennebevegelser angitt i fig. 3. Fig. 1 viser en plattform 1 forsynt med en understøttelse 2,

hvilken er istand til å dreie seg rundt den vertikale spindel,

og hvilken understøttelse har en horisontal spindel 4 på hvilken en antenne 3 er montert. Den vinkelmessig posisjon av under-støttelsen 2 med hensyn til plattformen 1 kan bestemmes ved hjelp av en vinkelposisjonsindikator, hvilken ikke er tegnet.. Likeledes kan en vinkelmessig posisjon av antennen 3 med hensyn til understøttelsen 2 bestemmes av en andre vinkelposisjons-indiaktor, hvilken heller ikke er tegnet. En satelitt, f.eks.

en geostasjonær, er representert ved et punkt 5, hvor linjene 6 angir den optimale posisjon for senter-linjen for antennen. Den faktiske senterlinjen for antennen er angitt med en linje 7, hvilken generelt danner en vinkel med linjen 6. På grunn av alle slag av påvirkninger blir posisjonen av satelitten 5 selv ved en geostasjonær satelitt, ikke alltid den samme med hensyn til jorden og følgelig heller ikke med hensyn til antennen heller. For å opprettholde et maksimalt mottagningsnivå for antennen,

må imidlertid antennen holdes pekende mot satelitten 5 på den best mulige måten. I fig. 1 betyr dette at man alltid må

forsøke å la linjene 6 og 7 sammenfalle.

En av måtene ved hvilken det ovenfor nevnte kan oppnås er den såkalte "trinn-følge" fremgangsmåten. Denne fremgangsmåte be-står i at styrken av det mottatte signal bestemmes ved et hvilket som helst tidspunkt u der en viss periode, etter hvilken, når de ikke når en viss minimumsverdi, posisjonen f or antennen endres trinn for trinn. Ettersom retningen i hvilken det første trinnet skal foretas er ukjent, velges dette tilfeldig. Alt dette er forklart ved hjelp av fig. 2, i hvilken asimut er plottet langs den horisontale akse og elevasjonen langs den vertikale akse. Midtlinjen 7 for antennen kutter et plan 8 (fig. 1, 2), hvilket er vinkelrett på linjen 6,ved et punkt A. Dette burde imidlertid være ved punktet E<1> (fig. 1, 2). Hvis under en viss periode, f.eks. noen minutter, signalet forblir under en viss fast verdi, foretar antennen et fast trinn på f.eks. 0,01° i en tilfeldig retning,ifølge fig. 2 oppad langs elevasjonsaksen. Hvis det nå viser seg at det mottatte signal er øket i styrke, foretas et neste trinn i den samme retning. Etter det tredje trinnet overensstemmer senter linjen for antennen med punktet B, men nå er det målte signal svakere enn det for den foregående posisjon, slik at styringssystemetbevirker antennen til å foreta et trinn tilbake til punktet C. Etter dette foretas et trinn i tilfeldig retning langs asimutaksen. I dette tilfellet blir også trinnene gjentatt -i den samme retning inn-

til et signal måles som er svakere enn signalet som blir opp-

nådd etter det foregående trinn (punkt d), etter hvilket et trinn foretas tilbake (punkt e) .

Den prosedyre som er beskrevet ovenfor tar mye tid. På grunn av det faktum at det mottatte signal ikke er konstant som følge av atmosfæriske påvirkninger, må målingen av signalstyrken finne sted under en viss tid, slik at et pålitelig gjennomsnitt av styrken av signalet kan oppnås.

En ytterligere ulempe er at retningen som velges for det første trinnet er tilfeldig og at retningen når den en gang er valgt fortsettes sålenge som ethvert trinn det mottatte signal er sterkere enn signalet som ble målt etter det foregående trinn. Hvis under trinnforskyvningsbevegelsen fra punkt A til punkt E satelitten f.eks. har beveget seg til punkt H', slik at punkt H vil være det mest riktige punkt å la antenneaksen peke mot, ville mer signalforsterkning kunne oppnås ved å stoppe allerede første gang ved punkt E når man kommer fra retningen for punkt C langs elevasjonsaksen. Som vist vil imidlertid styringssystemet bevirke linje 7 til å nå punkt E for tredje gang via punktene D og F til å bevirke linje 7 til å foreta trinn ifølge da bare elevasjonsaksen. Videre viser fig. 2 hvordan punktet H nå er nådd, og hvordan fra punkt H styringssystemet fortsetter å søke både i asimut og i elevasjon (fig. 1) for en retning med et sterkere signal.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir de tidligere nevnte ulemper overvunnet og antallet trinn som må foretas er betydelig redusert. Som følge av dette blir en viss ønsket korrigering utført på en meget hurtig måte, mens det takket være en større presisjon blir oppnådd en høyere gjennomsnittelig signalstyrke.

Under påvirkning av en del omstendigheter, slik som små ustabiliteter i styringssystemet (såkalte grensekurver), vindkraft, tyngdekraft, termisk utvidelse og krympning, vil en antenne for kommunikasjon med satelitter foreta, innenfor visse grenser, ukontrollerete bevegelser med hensyn tilden valgte posisjon. Drivsystemet er kontinuerlig aktivt for tilbakejustering av antennen til den innstilte verdi. Målinger på en prøveantenne har vist at forløpet under tiden for de ukontrollerte bevegelser i asimut er praktisk talt som vist i fig. 3a. Forløpet av disse bevegelser i elevasjon, slik det sees av de digitale vinkel-posis jonsindikatorer , er som vist i fig. 3e. Resultatet i begge tilfeller er 0,016° fra'topp til topp. Det mindre regulære bevegelsesforløp i elevasjon bevirkes av antennens ubalanse.

Det kan fastslåes at for både asimut og elevasjon er antennen

i en av de ytterste posisjonene i størsteparten av tiden (ca. 96%). Dette bevirkes fordi i tilfellet med en stillstand, er friksjons-koedffisienten ved opphengningspunktene for antennen meget større enn når det er bevegelse. Som følge av dette kreves det relativt stor drivkraft for å bevirke antennen, når den er i en av sine to ytterste posisjoner, å bevege seg, men så snart en slik bevegelse har startet vil hastigheten hurtig øke slik at det går lengre enn den ønskede posisjon, hvoretter styringen retarderer., bevegelsen og stopper den. Den hele prosedyre vil så starte igjen. Hvis disse bevegelser betraktes i et plan 9 (del av planet 8)

(fig. 1,4), vil antenneaksen kutte dette plan kun i et av de fire punktene LO, RO, LB, RB og den er kun ca. 4% av tiden et eller annet sted mellom disse punkter.

Slik det allerede er blitt sagt gjør systemet ifølge foreliggende oppfinnelse bruk av den ukontrollerte bevegelse av antennen som beskrevet ovenfor, hvilken bevegelse registreres av vinkelposisjonsindikatorene. Sammen med hver registrering av antenneposisjonen blir den ledsagende signalstyrken likeledes registrert. Når fremgangsmåten er slik at den optimale antenneposisjon beregnes ved hjelp av en regresjonsteknikk fra måle-dataene som oppsamles under en viss tidsperiode, kan det gjøres bruk av antennens retningsdiagram.. Ved den enkleste regres jons-teknikk anses signalstyrken som en funksjon av tiden, tilnærmet på best mulig måte ved hjelp av en konstans som skal bestemmes.

I det tilfellet må måleperioden fremdeles være ganske lang. Tidsgevinsten sammenlignet med trinn-følgeteknikken er i dette tilfellet kun oppnådd fordi bedre og noen ganger større trinn kan foretas mot det optimale. Etter å ha beregnet den optimale antenneposisjonen, hvis nødvendig ved hjelp av et antall separate beregninger, og ved å gjøre bruk av en av regresjonsteknikkene, kan styresystemet la antennen peke mot nevnte punkt.

Selv om det har vært tale om en geostasjonær satelitt i det ovenstående, kan systemet ifølge foreliggende oppfinnelse også anvendes for å følge en ikke-stasjonær satelitt som har en stort sett kjent bane. I sistnevnte tilfelle fører fremgangsmåten til en noe avvikende bane, hvilket sikrer et sterkere mottatt signal. Oppfinnelsen tilveiebringer et system for nøyaktig og hurtig følging av en satelitt, hvilket system ikke er mer kostbart enn de kjente antenne-styringssystemer.

Et mer raffinert og hurtigere system oppnås hvis signalvari-asjonene som følge av atmosfæriske påvirkninger tilnærmes over et heller kort tidsintervall på den best mulige måte ved hjelp av et høyordens polynom (med konstanter som ennu må beregnes) som tidsfunksjon. Nevnte regresjonsteknikk oppnår samtidig muligheten for å eliminere upålitelige resultater som vil inntreffe i tilfellet av meget store variasjoner.

Ved hjelp av simuleringsteknikk er det blitt vist at en antenne i en posisjon ved 20dB fra det optimale har nådd toppen etter to trinn.

Claims (2)

1. System for å styre driftsposisjonen for en bakkestasjonsantenne for telekommunikasjon via satellitter, omfat-tende detektormidler som reagerer på signaler mottatt av nevnte antenne for å frembringe data som representerer mottatt signalstyrke under et bestemt intervall, lagermidler for lagring av de således frembragte data, og drivmidler for å omdirigere antennen trinnvis under styring fra nevnte data, karakterisert ved indikatormidler for antenneposisjon innrettet for under nevnte intervall å frembringe ytterligere data som representerer vinkelposi-sjoner relativt en initialposisjon for nevnte antenne når nevnte antenne gjør ukontrollerte bevegelser, ytterligere lagermidler for å lagre de nevnte ytterligere data under nevnte intervall, og behandlingsmidler som i avhengighet av nevnte data og nevnte ytterligere data lagret under nevnte bestemte intervall, frembringer utgangsdata som indikerer satellittens posisjon, idet nevnte drivmidler som reaksjon på nevnte utgangsdata bevirker nevnte antenne til å utføre et trinn som har sin retning og amplitude bestemt av nevnte utgangsdata.

2. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved signalstyremidler for å bevirke nevnte data til å representere signalstyrke med simulerte fluktuasjoner på grunn av atmosfæriske virkninger (fading), idet nevnte fluktuasjoner approksimeres ved et høyere ordens polynom over tidsintervaller som er korte i forhold til nevnte bestemte intervall.