一種傾斜狀態下實現快速天線尋星的方法

孫 俊，盛 偉，裘德龍

（南京中網衛星通信股份有限公司，南京 210061）

一種傾斜狀態下實現快速天線尋星的方法

孫 俊，盛 偉，裘德龍

（南京中網衛星通信股份有限公司，南京 210061）

1 引言

在衛星通信系統中，一種快速準確的尋星方法完成天線對衛星的跟蹤是非常重要的問題。衛星天線的跟蹤原理是通過信標接收機捕獲同步衛星發出的信標信號，并對其下變頻，變頻成中頻信號，然后檢測出與信標信號強度成正比的直流電壓，給出衛星信標信號相對于天線在不同角位置時所對應的信號強度電壓，以直流電壓形式送給天線伺服控制系統，完成天線對衛星的自動跟蹤。

通過上述對衛星通信過程中自動跟蹤原理的介紹，并結合實際應用，我們很容易發現，衛星通信天線大多數是在平地上進行的。這會存在一個問題：在需要緊急通信的情況下，若地勢不平坦，還是按照平地上的尋星方法進行自動跟蹤，很難快速跟蹤到衛星信號，甚至跟蹤不到衛星信號或者出現誤跟蹤等情況，尤其對于衛星應急通信會產生不利的影響。

本文介紹了在傾斜狀態下實現衛星天線快速尋星的方法。相較于傳統的平地上的自動尋星方法，本方法通過在天線平地尋星機制中引入判斷衛星天線姿態的思想，通過天線姿態選擇在向左傾斜狀態下的尋星方法或者向右傾斜狀態下的尋星方法，從而達到快速對星的效果。本方法為在現有天線對星系統的基礎上進行算法的改進，容易實現，且算法更加高效，可以更快地實現衛星的跟蹤，同時與現有的平地算法兼容，能夠很好地應用在應急狀態下，地勢不平坦的環境下，現實快速自動尋星。

2 技術方案

2.1 傾斜狀態下天線俯仰角計算

由于傳統的衛星天線自動尋星方法沒有考慮傾斜狀態，導致計算出的天線方位、俯仰、極化角度與實際跟蹤接收值存在偏差。本技術方案即通過在天線平地尋星機制中引入判斷衛星天線姿態的思想，通過判斷天線的姿態，引入衛星天線在向左傾斜狀態下的尋星方法和向右傾斜狀態下的尋星方法，從而達到快速對星的效果。其中，為了兼容平地運算，平地上尋星方法可以和向左傾斜狀態下可共用一種尋星方法，可以達到簡化尋星算法的目的。

為了合理調用傾斜狀態下的天線尋星算法，需要在調用算法前判斷衛星天線的姿態，計算天線的俯仰角度。通過傾斜儀讀出的數據計算出衛星天線當前姿態，若天線在平地上或者在向左傾斜的狀態下，調用向左傾斜情況下的尋星算法，若天線在向右傾斜的狀態下，調用向右傾斜情況下的尋星算法。

圖1 天線面傾斜狀態示意圖

圖1中，α為傾斜儀感應軸與天線軸的夾角；γ為傾斜儀橫滾角；θ為天線軸與傾斜儀平面的夾角；L為截取的天線軸的長度；h是對應與L的天線軸與傾斜儀平面的距離；d是對應與L的天線軸與傾斜儀感應軸的距離。

所述的通過傾斜儀獲得天線俯仰角度具體方法為：

因此，我們要求的天線的俯仰角度為天線軸與傾斜儀平面的夾角和傾斜儀的俯仰角度相加之和，即：

式中，?為天線的俯仰角度；β為傾斜儀與水平面的俯仰角度。

2.2 考慮傾斜狀態下的尋星流程

向左傾斜狀態下，衛星天線方位向右搜索天線信號，此時天線在不斷的抬高，因此下一步向下搜索天線信號，以修正天線的姿態。然后天線向左搜索信號，此時天線在不斷的降低，因為下一步向上搜索天線信號，以修正天線的姿態。向右傾斜狀態下，衛星天線方位向右搜索天線信號，此時天線在不斷的降低，因此下一步向上搜索天線信號，以修正天線的姿態。然后天線向左搜索信號，此時天線在不斷的抬高，因為下一步向下搜索天線信號，以修正天線的姿態。

衛星天線在傾斜狀態下的尋星方法，包括以下步驟：

步驟一，傾斜狀態下的天線啟動進入系統初始化，檢測傾斜儀、信標接收機、衛星接收機、GPS、限位器和極化電位器的狀態。

步驟二，通過傾斜儀得到衛星天線的傾斜姿態和俯仰調度，然后控制天線走到初始的方位位置和俯仰位置。

步驟三，在預搜索模塊中，先獲取理論對星數據，包括衛星經度、接收機選擇標志、地球站經度和緯度、極化方式、對星載波頻率和信標頻率和對星門限。

步驟四，通過對星計算，獲得理論方位、俯仰和極化角度，然后控制極化電機走到理論極化角度，再控制俯仰角度走到理論俯仰角度，最后控制方位角度走到離理論方位角度20度位置，采集背景噪聲，進入信號搜索模塊。

步驟五，天線在理論方位正負20度，理論俯仰正負5度范圍內搜索，當接收機采集信號能量大于門限時，進入跟蹤搜索模塊。跟蹤搜索方法分為螺旋式搜索和十字搜索，螺旋式搜索是控制天線進行畫框跟蹤，找出大于門限值附近能量最大處，再進入十字搜索，鎖定最大值位置，天線精確對準衛星。

圖2 傾斜狀態下天線自動尋星流程圖

3 結束語

傾斜狀態下的自動尋星方法是考慮了天線傾斜狀態的一種快速自動尋星方法，該方法既可以在平地上實現快速對星，在傾斜狀態下也可以快速對星，對場地的要求大大降低，方便天線系統的搭建和移動。而且尋星的算法是基于現有平地算法上的改進，有利于與現有算法的兼容。因此該方法具有更廣泛的應用場景，更適用于在應急狀態下的衛星天線自動尋星。

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.021

TN927+.2文獻標示碼：A

1672-7274（2017）12-0058-02