一種新型便攜衛(wèi)星通信地面站跟蹤技術研究

摘 要： 論述一種新型便攜衛(wèi)星通信地面站，對靜中通系統(tǒng)的組成、主要功能、基本原理進行詳細地描述和介紹，針對環(huán)境干擾問題，著重設計了一種新型的衛(wèi)星跟蹤模式，通過試驗驗證，該方法能夠解決環(huán)境干擾帶來的問題，在地面各種環(huán)境中實現對衛(wèi)星的跟蹤，提高了設備的環(huán)境適用性。

關鍵詞： 衛(wèi)星通信； 便攜站； 跟蹤技術； 校準法

中圖分類號： TN927?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）09?0070?03

Abstract： A new portable earth station for satellite communication is discussed. The component， the main function and basic principle in statics aiming satellite system are described in detail. A new type of satellite tracking mode is focused on the design considering the environmental interference problem. The experiment result shows that the problem caused by environmental interference is solved by proposed method， and satellite tracking is achieved in various environments on the ground， the environmental applicability of the equipment is improved.

Keywords： satellite communication； portable station； tracking technology； calibration method

便攜衛(wèi)星地面站作為衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，在應急通信指揮系統(tǒng)中的作用逐漸擴大，該設備安裝簡單、機動靈活，不受地理條件的限制，隨時隨地能夠快速展開使用，建立穩(wěn)定可靠的應急通信系統(tǒng)，實現話音、數據、音視頻和廣域網接入功能的多媒體通信業(yè)務。同時該設備重量輕、體積小、便于攜帶，能夠提供快速的通信覆蓋，提高對突發(fā)應急事件的指揮處理能力。

1 組成及工作原理

便攜衛(wèi)星地面站由天饋子系統(tǒng)，射頻子系統(tǒng)和伺服子系統(tǒng)組成，其組成如圖1所示。

天饋子系統(tǒng)主要由反射面、饋源喇叭、正交模耦合器、發(fā)阻濾波器、極化調整裝置、俯仰旋轉關節(jié)、功放旋轉關節(jié)等部分組成。信號接收過程如下：天線把衛(wèi)星來波信號聚焦到饋源波紋喇叭上，通過正交模耦合器，耦合到發(fā)阻濾波器，輸入LNB，供后端數據解調。而發(fā)射過程是：由正交模耦合器發(fā)射端輸入的信號，從正交模耦合器耦合進入圓波導，由波紋喇叭輻射出去。正交模耦合器的收端和發(fā)端的隔離是由極化隔離和發(fā)阻濾波器的隔離共同完成。

射頻子系統(tǒng)由接收和發(fā)射兩路組成，其中接收支路由LNB下變頻低噪放、功分器及信標接收機組成；發(fā)射支路由BUC（功放）組成。當天線指向目標衛(wèi)星時，天饋將衛(wèi)星轉發(fā)的射頻載波傳輸給LNB，LNB將其處理為中頻信號，然后經過功分器后分為兩路信號，一路信號調制處理后給基帶終端，通過地面網絡傳輸給用戶，另一路信號經過信標接收機，信標機根據接收到能量的大小將其轉換為AGC電平送給伺服控制器。發(fā)射支路將通信設備處理的基帶信號轉為射頻載波發(fā)送到衛(wèi)星轉發(fā)器。

伺服子系統(tǒng)由伺服控制器（MCU）、執(zhí)行電機、限位開關、電子羅盤、傾角儀及定位設備組成。伺服控制器根據GPS或北斗定位的經度、緯度和高度信息，電子羅盤和傾角儀的航向角度信息，結合目標衛(wèi)星的在軌經度，計算出理論方位角、俯仰角和極化角，控制器根據理論角驅動電機帶動天線運動到相應的角度，完成天線的初對準，隨后進行步進跟蹤，當信標接收機提供的AGC電平被伺服捕獲后，伺服根據跟蹤算法，驅動天線向信號能量最大值位置移動，最終將天線指向衛(wèi)星位置，完成衛(wèi)星信號的跟蹤。

2 跟蹤算法研究

目前市面上的便攜站由于成本和使用環(huán)境的問題，需要解決兩個問題：一是電子羅盤的干擾問題，二是磁偏角的糾正問題。對于便攜式設備，由于體積小、集成度高，因此，電子羅盤就需要集成在設備箱體里，然而復雜的電磁環(huán)境對磁阻電子羅盤的干擾異常復雜，需將設備內器件對電子羅盤的電磁干擾進行糾正，設備中采用校準法對磁場變化而引起的誤差進行修正，使電子羅盤在設備中處于0誤差狀態(tài)。由于采用磁阻電子羅盤，其方位角傳感器的采集值是以磁北為標準，因此采集值和理論值之間存在一個差值，即磁偏角。計算出的對星參數理論值需要根據磁偏角進行修正。根據IGRF2005地磁場模型，利用NOAA的NGDC提供的磁偏角計算程序，用磁偏角對方位角進行修正。此時，方位角的修正問題已解決，但是當使用環(huán)境附近具有強磁場或有較強的電磁干擾，這時電子羅盤自身無法進行環(huán)境的修正，就無法提供準確的方位角信息，天線就無法進行正確的指向，也無法建立起正常的通信，對于攜行通信設備來講帶來了不便性，因此需要研究一種新的跟蹤算法，解決外部干擾對電子羅盤帶來的影響，確保設備的正常使用。

3 軟件算法

設備使用時，先將設備根據機械式指南針放置于面向正南的方向，隨后開啟一鍵通按鈕，MCU根據設定的閾值對電子羅盤的誤差值進行預判：首先MCU根據電子羅盤提供的方位信息進行判斷，將理論方位值與實際方位值進行比較；如果之間的差值超過了設定的閾值，MCU會自動驅動電機將天線角度引導至理論角度；如果二者之間的差值沒有超過閾值，則MCU會驅動電機將天線按照電子羅盤提供的方位信息進行運動，隨后根據信標機的值進行步進跟蹤。其軟件算法流程圖見圖2。

4 試驗結果

根據改進后的跟蹤算法，在現有設備上進行了試驗驗證，設備如圖3所示。

5 結 語

本文論述了一種新型便攜衛(wèi)星靜中通的系統(tǒng)架構，設計了一種新型跟蹤控制算法，采用新的控制算法后，環(huán)境適應能力大大增強，使得系統(tǒng)的適應性擴大，通過試驗對比，新的跟蹤控制算法能使系統(tǒng)快速準確地對星，彌補了現有市面產品的缺陷，具有廣泛的應用前景。

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