專利名稱：移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星天線。具體涉及一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制 方法。
背景技術(shù)：
移動載體衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)地球站與衛(wèi)星之間的通信。由于衛(wèi)星信號極其微弱 且有極強(qiáng)的方向性，為使在運(yùn)動載體(如車、船、火車等)上可以接收到穩(wěn)定的信號，必須使 天線系統(tǒng)實(shí)時的對準(zhǔn)衛(wèi)星，在移動的載體上利用天線控制單元實(shí)時檢測天線與衛(wèi)星的偏差 及時對天線的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整以滿足通訊的要求。跟蹤技術(shù)已經(jīng)成為天線控制單元的核心。衛(wèi)星天線控制器所利用的跟蹤技術(shù)主要是雷達(dá)目標(biāo)跟蹤算法，有步進(jìn)跟蹤、圓錐 掃描跟蹤、單脈沖跟蹤，用不同的跟蹤技術(shù)就會有不同的性價比。早期跟蹤衛(wèi)星天線的設(shè)計 中圓錐掃描跟蹤使用最為廣泛，但因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后來在小型的地球站的設(shè)計中逐步 被單脈沖跟蹤和步進(jìn)跟蹤所取代。步進(jìn)跟蹤的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、算法容易理解、精度也較高， 但其對天線的機(jī)械損耗比較大、跟蹤精度受到機(jī)械性能的影響。隨著電子工業(yè)的發(fā)展、跟蹤 要求的提高，現(xiàn)代雷達(dá)的設(shè)計中多采用單脈沖跟蹤方法。此種方法可以在利用一個脈沖時 間得到目標(biāo)的精確位置，但實(shí)現(xiàn)極為昂貴，不適合民用衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)。因此、開發(fā)一種性能 比步進(jìn)跟蹤優(yōu)越而且使天線壽命延長的方法有重要的實(shí)際經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種跟蹤精度高，產(chǎn)品成本低，使用壽命長的移動載體衛(wèi)星 天線接收跟蹤系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明有如下技術(shù)方案本發(fā)明的一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法，有以下步驟1)系統(tǒng)初始化定位拋物面天線方位角和俯仰角的零點(diǎn)位置，天線控制單元接收 GPS的地理經(jīng)緯度信號，然后算出拋物面天線對衛(wèi)星的方位角和俯仰角；2)拋物面天線根據(jù)算出的方位角和俯仰角抬到相應(yīng)的位置，然后開始大范圍搜 索，在搜索過程中，天線控制單元時刻采集衛(wèi)星鎖定電平，當(dāng)衛(wèi)星鎖定電平有變化時， 即天線鎖定衛(wèi)星；3)當(dāng)天線鎖定衛(wèi)星后，拋物面天線即轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，在跟蹤狀態(tài)中，拋物面天線根 據(jù)電子波束掃描的方法來消除誤差信號，使拋物面天線時刻對準(zhǔn)衛(wèi)星。其中，所述電子波束掃描的方法步驟1)微處理器開關(guān)掃描板上的開關(guān)管，從而使饋源側(cè)向偏離焦點(diǎn)，形成一個與瞄準(zhǔn) 軸成一定角度的波束；2)然后，順序開關(guān)開關(guān)管，在空間形成圓錐形波束；3)當(dāng)目標(biāo)在瞄準(zhǔn)軸上時，所有回波脈沖幅度相同，無誤差信號；當(dāng)目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸時，回波脈沖幅度產(chǎn)生起伏變化，形成與饋源旋轉(zhuǎn)頻率相同的交流誤差信號；交流誤差信 號的大小決定于目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸的角度；交流誤差信號的相位則決定于目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸的 方向；4)此交流誤差信號通過衛(wèi)星解調(diào)電路輸出給波形整形電路，波形整形電路把提取 出來的交流誤差信號送到微處理器中，微處理器再把此信號分解為方位角和俯仰角的大小 和相位，分解后的大小和方向通過PID處理后，變換成脈沖和方向控制步進(jìn)電機(jī)來消除拋 物面天線和衛(wèi)星的偏差。其中，所述步進(jìn)電機(jī)包括方位電機(jī)、俯仰電機(jī)。由于采取了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明利用上述技術(shù)方案，以電子波束成形判斷天線幾何中心軸與衛(wèi)星信號的 偏轉(zhuǎn)的方向和大小，因此以最簡單、經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)天線的高精度的快速電子掃描跟蹤。2本發(fā)明既不需要復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，也不需要多信道跟蹤接收機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，價 格便宜，且使用壽命長。


圖1為本發(fā)明移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的工作流程圖；圖2為本發(fā)明電子波束掃描的方法的工作流程圖；圖3為本發(fā)明的方框示意圖；圖4為本發(fā)明GPS天線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5為圖2的左視圖；圖6為本發(fā)明掃描板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、拋物面天線；2、俯仰電機(jī)帶輪；3、方位底盤；4、方位大帶輪；5、方位中心 軸；7、滾花螺母；8、微處理器安裝盒；9、盒蓋；11、天線支架；12、方位電機(jī)支架；13、微處理 器安裝盒支架；16、俯仰傳動大帶輪；17、壓帶板；18、天線支撐彎板；19、俯仰軸螺柱；20、 軸承擋蓋；21、軸承內(nèi)圈擋套；22、軸承擋套；24、高頻頭；25、掃描板；26、高頻頭支架組件； 27、角接觸球軸承；28、深溝球軸承；29、鎖緊螺母；30、方位同步帶；31、俯仰一級同步帶； 32、微處理器；35、衛(wèi)星信號解調(diào)電路；36、波形整形電路；37、串行通訊II ；38、遙控指示器； 39、串行通訊I ；40、GPS天線；41、極化電機(jī)驅(qū)動電路；42、極化器；44、方位電機(jī)驅(qū)動電路； 45、方位電機(jī)；47、俯仰電機(jī)驅(qū)動電路；48、俯仰電機(jī)；50、振子天線；51、開關(guān)管；52、基板。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參見圖1，本發(fā)明的一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法DPS天線40 開始初始化定位天線方位角和俯仰角的零點(diǎn)位置，天線控制單元接收GPS信號的地理經(jīng) 緯度，然后算出天線對衛(wèi)星的方位角和俯仰角；DPS天線尋星天線根據(jù)算出的方位角和俯 仰角抬到相應(yīng)的位置，然后開始大范圍搜索，在搜索過程中，天線控制單元時刻采集衛(wèi)星鎖 定電平，當(dāng)衛(wèi)星鎖定電平有變化時，即天線鎖定衛(wèi)星；DPS天線跟蹤當(dāng)天線鎖定衛(wèi)星后，天 線即轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，在跟蹤狀態(tài)中，天線根據(jù)電子波束掃描的方法來消除誤差信號，使天線 時刻對準(zhǔn)衛(wèi)星。
參見圖2，所述電子波束掃描的方法微處理器開關(guān)掃描板上的開關(guān)管51，從而使 饋源側(cè)向偏離焦點(diǎn)，形成一個與瞄準(zhǔn)軸成一定角度的波束。然后，順序開關(guān)開關(guān)管51，在空 間形成圓錐形波束(類似于圓錐掃描產(chǎn)生的波束)。當(dāng)目標(biāo)在瞄準(zhǔn)軸上時，所有回波脈沖幅 度相同，無誤差信號。當(dāng)目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸時，回波脈沖幅度產(chǎn)生起伏變化，形成與饋源旋轉(zhuǎn) 頻率相同的交流誤差信號。交流誤差信號的大小決定于目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸的角度；交流誤差 信號的相位則決定于目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸的方向。此交流誤差信號通過衛(wèi)星信號解調(diào)電路35輸出給波形整形電路36，波形整形電 路36通過濾波把提取出來的交流誤差信號送到微處理器32中，微處理器32再把此信號分 解為方位和俯仰的大小和相位，分解后的大小和方向通過微處理器內(nèi)的PID處理后，變換 成脈沖和方向控制步進(jìn)電機(jī)來消除天線和衛(wèi)星的偏差。本發(fā)明的一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)，由GPS天線40、高頻頭24、與高頻 頭24連接的衛(wèi)星信號解調(diào)電路35、與衛(wèi)星信號解調(diào)電路35連接的波形整形電路36，還包 括微控器32、掃描板25、與GPS天線40連接的串行通訊I 39、遙控指示器38、與遙控指示 器38連接的串行通訊II 37、方位電機(jī)驅(qū)動電路44、俯仰電機(jī)驅(qū)動電路47、極化電機(jī)驅(qū)動電 路41、方位電機(jī)15、俯仰電機(jī)48、極化器42、天線支架11組成；所述GPS天線40由拋物面 天線1、俯仰電機(jī)帶輪2、方位底盤3、方位大帶輪4、方位中心軸5、天線支架11、方位電機(jī)支 架12、俯仰傳動大帶輪16、天線支撐彎板18、俯仰軸螺柱19、深溝球軸承28、高頻頭支架組 件26、角接觸球軸承27、鎖緊螺母29、方位同步帶30、俯仰一級同步帶31組成；所述掃描板 25由基板52、基板上的振子天線50、開關(guān)管51組成。本發(fā)明主要部件的作用所述微控器32輸入為GPS信號，波形整理后的信號，遙控指示器38發(fā)來的控制信 號；輸出信號用于控制掃描板25、極化驅(qū)動電路41，方位驅(qū)動電路44、俯仰驅(qū)動電路47。所述掃描板25工作原理為電子波束成形也稱為電子波束傾斜，使用電子開關(guān)管 51控制掃描板25上的振子天線50，通過微控器32對其實(shí)現(xiàn)對天線波束四個位置的順序掃 描從而使波束發(fā)生傾斜，通過波束傾斜的位置而有效地實(shí)現(xiàn)信標(biāo)信號同時空間測量，從而 測出天線偏移的相位和幅度，參見圖3。所述衛(wèi)星信號調(diào)解電路35用于提取出衛(wèi)星信號的強(qiáng)度信號和鎖定控制信號。所述波形整形電路36主要對衛(wèi)星信號解調(diào)電路35提取出的衛(wèi)星強(qiáng)度信號進(jìn)行整 形濾波，而提取出天線的相位和幅值信號。所述串行通訊I 39把GPS的地理位置信號送到微處理器32中。所述串行通訊II 37把天線所要錄的衛(wèi)星的參數(shù)通過遙控指示器38的鍵盤發(fā)送 到微處理器32中。所述電機(jī)驅(qū)動微處理器32向電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)送控制信號，電機(jī)驅(qū)動電路通過驅(qū) 動芯片3977控制電機(jī)運(yùn)動。所述掃描板25的基板52采用0. 5mm的環(huán)氧基板；所述開關(guān)管51采用晶體三極 管；所述GPS控制單元采用GM-301gps模塊。下面對本發(fā)明的部件名稱和名詞作進(jìn)一步說明。極化衛(wèi)星電視廣播信號的極化；
衛(wèi)星電視廣播信號的極化方式有兩類一種是線極化，一種是圓極化。其中在線極化方式下又分為水平極化和垂直極化；在圓極化方式下又分左旋圓極 化和右旋圓極化。下面介紹一下常用的垂直極化(V)和水平線極化(H)的接收方式。垂直極化和水平極化的接收，是改變饋源的矩形(長方形)波導(dǎo)口方向來確定接 收的是垂直極化或水平極化。當(dāng)矩形波導(dǎo)口的長邊平行于地面時接收的是垂直極化，垂直 于地面時接收的是水平極化。極化(極化角)又因地而異有所偏差。因?yàn)榈厍蚴莻€球體， 而衛(wèi)星信號的下行波束卻是水平直線傳播，這就造成不同方位角所收的同一極化信號有所 不同，所以地理位置不同，所接收的信號極化方向也有所偏差。饋源、高頻頭饋源和高頻頭是衛(wèi)星接收設(shè)備中的組成部分.一般的衛(wèi)星接上設(shè)備由拋物面天 線、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)組成.饋源是在拋物面天線的焦點(diǎn)處設(shè)置一個收集衛(wèi)星信號的喇叭，稱為饋源，又稱波 紋喇叭。主要功能有倆個一是將天線接收的電磁波信號收集起來，變換成信號電壓，供給 高頻頭。二是對接收的電磁波進(jìn)行極化。高頻頭(LNB亦稱降頻器)是將饋源送來的衛(wèi)星信號進(jìn)行降頻和信號放大然后 傳送至衛(wèi)星接收機(jī)。一般可分為C波段頻率LNB (3. 7GHz-4. 2GHz、18-21V)和Ku波段頻率 LNB (10. 7GHz-12. 75GHz、12-14V)。LNB的工作流程就是先將衛(wèi)星高頻訊號放大至數(shù)十萬倍 后再利用本地振蕩電路將高頻訊號轉(zhuǎn)換至中頻950MHz-2050MHz，以利于同軸電纜的傳輸及 衛(wèi)星接收機(jī)的解調(diào)和工作。在高頻頭部位上都會有頻率范圍標(biāo)識回波即衛(wèi)星信號。瞄準(zhǔn)軸即對準(zhǔn)衛(wèi)星的直線。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā) 明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法，其特征在于有以下步驟1)系統(tǒng)初始化定位拋物面天線方位角和俯仰角的零點(diǎn)位置，天線控制單元接收GPS的地理經(jīng)緯度信號，然后算出拋物面天線對衛(wèi)星的方位角和俯仰角；2)拋物面天線根據(jù)算出的方位角和俯仰角抬到相應(yīng)的位置，然后開始大范圍搜索，在搜索過程中，天線控制單元時刻采集衛(wèi)星鎖定電平，當(dāng)衛(wèi)星鎖定電平有變化時，即天線鎖定衛(wèi)星；3)當(dāng)天線鎖定衛(wèi)星后，拋物面天線即轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，在跟蹤狀態(tài)中，拋物面天線根據(jù)電子波束掃描的方法來消除誤差信號，使拋物面天線時刻對準(zhǔn)衛(wèi)星。
2.如權(quán)利要求1所述的一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 所述電子波束掃描的方法步驟1)微處理器開關(guān)掃描板上的開關(guān)管，從而使饋源側(cè)向偏離焦點(diǎn)，形成一個與瞄準(zhǔn)軸成 一定角度的波束；2)然后，順序開關(guān)開關(guān)管，在空間形成圓錐形波束；3)當(dāng)目標(biāo)在瞄準(zhǔn)軸上時，所有回波脈沖幅度相同，無誤差信號；當(dāng)目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸時， 回波脈沖幅度產(chǎn)生起伏變化，形成與饋源旋轉(zhuǎn)頻率相同的交流誤差信號；4)此交流誤差信號通過衛(wèi)星解調(diào)電路輸出給波形整形電路，波形整形電路把提取出來 的交流誤差信號送到微處理器中，微處理器再把此信號分解為方位角和俯仰角的大小和相 位，分解后的大小和方向通過PID處理后，變換成脈沖和方向控制步進(jìn)電機(jī)來消除拋物面 天線和衛(wèi)星的偏差。
3.如權(quán)利要求1所述的一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于所述步進(jìn)電機(jī)包括方位電機(jī)、俯仰電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星天線。本發(fā)明公開了一種移動載體衛(wèi)星天線接收跟蹤系統(tǒng)的控制方法，定位拋物面天線方位角和俯仰角的零點(diǎn)位置，天線控制單元接收GPS的地理經(jīng)緯度信號，然后算出拋物面天線對衛(wèi)星的方位角和俯仰角；拋物面天線根據(jù)算出的方位角和俯仰角抬到相應(yīng)的位置，然后開始大范圍搜索，在搜索過程中，天線控制單元時刻采集衛(wèi)星鎖定電平，當(dāng)衛(wèi)星鎖定電平有變化時，即天線鎖定衛(wèi)星；當(dāng)天線鎖定衛(wèi)星后，拋物面天線即轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，在跟蹤狀態(tài)中，拋物面天線根據(jù)電子波束掃描的方法來消除誤差信號，使拋物面天線時刻對準(zhǔn)衛(wèi)星。本發(fā)明跟蹤精度高，成本低，使用壽命長。
文檔編號H01Q3/02GK101881972SQ20091008348
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者史躍文, 趙紅利 申請人:北京中星訊達(dá)科技有限公司