天線控制系統在衛星地球站的應用

拜娟娟

（作者單位：河南省廣播電視發射臺）

天線控制系統在衛星地球站的應用

拜娟娟

（作者單位：河南省廣播電視發射臺）

衛星地球站中關鍵設備之一就是衛星發射天線，河南地球站7.3m和12m衛星天線配備的天線控制器為Vertex R BI 7200。本文主介紹天線控制系統的組成、天線跟蹤原理和ACU的基本功能、基本操作及維護。

天線控制系統；ACU；步進跟蹤

衛星發射天線是保障衛星地球站完成安全優質播出工作的最后一個環節。同步通信衛星相對地球站其位置是幾乎靜止地，河南地球站使用7.3m和12m的大口徑衛星天線，這種天線半功率角較小，當出現衛星飄移或天線指向發生偏離時，上行方向的全向輻射值功率值就降低，這會使衛星鏈路的正常傳輸產生異常。地球站必須有一套天線控制系統來確保天線波束中心始終對準衛星。河南地球站選擇了跟蹤精度穩定可靠、性能良好的Vertex RBI系列的天線控制系統。本文介紹了此系統的組成、主要功能及其維護，重點講述天線跟蹤原理和操作。

1 天線控制系統的組成

天線控制系統（ACS）是由手動控制與自動控制相結合的一種天線控制系統，它由7200ACU、Model 7150驅動單元、RSI Model 253跟蹤接收機和方位（Az）、俯仰（El）、極化位置（Pol position）傳感器組成。該系統能夠進行精確定位，使天線束精確地指向衛星，對衛星進行跟蹤。將天線的電軸對準被觀測的目標，跟隨給定的指令位置，跟蹤精度高。

1.1 7200天線控制單元（ACU）

天線控制系統的核心部分是天線控制單元，采用先進的數字控制算法，可對天線實施各種控制策略，完成多星跟蹤及多種跟蹤方式等功能；存儲所有軟件和各種參數。另外，天預留有RS485/RS-422/RS-232和以太網遠控接口，以便與監控計算機實現雙向數據通信。

1.2 天線驅動單元（ADC）

天線驅動柜由邏輯控制電路、環路控制電路、功率放大器和執行電機驅動單元。天線控制單元對傳感器送來的位置變化信息進行分析和處理，并對控制信號進行功率放大，驅動電機推動天線按天線控制單元的指令速度轉動。跟蹤速度則可以根據需要在變頻器上設置。

1.3 位置傳感器

位置傳感器可反映實時位置變化信息，根據旋轉變壓器軸的位置變化產生變化的正余弦模擬信號，再通過RDC和相應的軟件轉換成可以識別的角度信號。它的電氣誤差是直接決定衛星測控和跟蹤精度的重要因素之一。

2 天線跟蹤衛星的原理

信標跟蹤接收機將收到的衛星信標信號，用A/D變換將模擬量變換成數字量，輸出給控制計算機，控制計算機根據數字信號判斷模擬信號的大小，給出天線旋轉方向信號和步進電機的步數或旋轉速度，以步進的方式逐漸接近跟蹤目標。

控制計算機輸出內含有天線轉向和轉速信息的數字信號，通過D/A交換成模擬信號，去控制電機旋轉。來自軸角編碼器的天線位置信號進入控制計算機，構成一個閉環控制系統。當操作人員把軸角數據輸入到控制計算機后，計算機能自動驅動天線轉動到操作人員指定的位置上，實現計算機的自動程序跟蹤，實現跟蹤功能。

3 7200 ACU的主要功能及基本操作

7200天線控制器（ACU）為用戶提供了一個標準的天線位置控制方式以及幾種不同的自動跟蹤模式。它可保存50個目標的基本數據，將每個目標的跟蹤方式、跟蹤信號頻率、斜率、方位和俯仰等參數進行記錄，這樣能通過調用目標名稱很快將天線對準所需目標，大大增加了系統使用的便利性。

3.1 7200 ACU的操作界面和主要功能

ACU用戶界面為用戶提供直接的、友好的操作平臺。包括顯示基本信息（方位、俯仰角），用戶當前所選菜單以及菜單下的任務項，系統故障。若有多種故障信息，將以一秒間隔連續滾動顯示，并伴有聲音告警。

ACU的主要功能：待機；手控；直接跟蹤；遠程控制；自檢功能；狀態控制及故障告警功能。主菜單中主要包括 Return to standby（stop tracking）Function、Tracking function Clear/Correct system faults Function、Set user level （and passwords）、Display system status和Edit system configuration。

3.2 7200 ACU的基本操作

7200 ACU的功能較多，由于同步衛星相對于天線是靜止地，配置完成對星所需的經緯度、俯仰角、方位角之后，通常還可以設置替他的環境目標，即維修用環境目標。另外，可查閱目標信息和工作狀態。

3.2.1 設置新增環境目標

由于天線系統極易受到外部天氣的影響，尤其是積雪，會出現雪衰，造成信號發射故障。所以，故可預先設置一個維修目標。一旦配置完成，搜尋開始，目標名字被跟蹤到就會顯示出來，大大減少緊急搶修時的操作時間。完成此項任務可以在Main menu 中選擇Edit a New or ExistingTarget Menu菜單項中進行操作。

具體的操作過程如下。

1）在Main menu 選中Edit a New or Existing Target Menu，回車，出現目標選擇菜單為25空行，可命名新的目標名字，例如可設為“6B”。

2）在Edit selected target菜單中會出現設置好的目標名稱和其他選項。例如：Tracking mode是默認值不變，只需要選擇最后一項Edit target parameters。

3）在Look angle target parameters菜單中輸入方位角和俯仰角的值。然后返回，等返回到Edit a New or Existing Target菜單時會出現是否保存的英文問句界面，選擇“Yes”，并回車。到此，添加維修用目標就已完成。

3.2.2 查詢設置目標

3.2.2.1 進入Step tracking

在主菜單窗口下選擇Tracking function，在此菜單中選擇Immediate tracking，找到Edit immediate target，可以觀察跟蹤方式確為Step track；按PRIOR鍵退回上級菜單，選中Track immediate target，出現是否保存此操作，選擇Yes，此時就會進入步進跟蹤方式，查詢信息。

3.2.2.2 退出Step tracking

在主菜單（Main menu）或者跟蹤功能菜單窗口下，選擇Return to Standby（Stop tracking）；然后按回車鍵，會出現確認是否保存此操作的界面，選擇Yes再按回車，即完成退出操作。

3.2.2.3 進入Manual antenna control

在 主 菜 單 下， 選 中Tracking function，在此菜單中選擇Manual antenna control，進入手動天線控制窗口，此時可以用左右箭頭調整方位角，用上下箭頭天線俯仰角，根據需要調整天線的指向；按PRIOR鍵退回上級菜單或回到主菜單，并保存此操作。

3.3 日常操作工作中的注意事項

由于河南地球站的性質，要求衛星發射天線使用同步衛星，天線控制系統平時處于待機（Standby）狀態，ACU不能向天線任何軸發出移動命令。AZ和EL馬達控制器加電，但是不啟動。檢修時采用步進跟蹤（Step Track）方式修正發射天線的AZ/EL，以保持發射天線的最佳姿態。

VERTEX 7200設計有故障自動檢測和指示功能，是一個由高功率和高集成度電路組成的設備，保持設備通風和穩定的溫、濕度非常重要（10≤C≤20℃，濕度≤60%）。在日常維護中，注意隨時清潔設備通風網和灰塵，室外保護開關則要注意防水和定期除塵。

4 結語

本文通過對天線控制系統（ACS）組成的剖析、基本操作的歸納以及對跟蹤原理的分析，使工作人員對整個系統有了較為清晰地認識。這樣不僅可以提高緊急檢修時的工作效率，還可以減少誤操作的概率，保障了衛星地球站的安全播出。

[1]魏立.衛星地面站發射天線的調整與跟蹤[J].衛星與網絡,2008(Z1).