專利名稱：動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)全球化和信息化的發(fā)展，人們迫切需要在旅途中及特殊情況時(shí)如抗震救 災(zāi)等的任何地方、任何時(shí)間都能實(shí)時(shí)傳遞或接收寬帶、大容量的語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多 媒體信息，以便更快、更準(zhǔn)確地掌握瞬息萬變的時(shí)局。衛(wèi)星通信是唯一能在不同環(huán)境下同時(shí) 提供不同業(yè)務(wù)需求的通信系統(tǒng)。但由于ITU分配給衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)的帶寬較低，很難滿足寬 帶通信業(yè)務(wù)的需求?；谛l(wèi)星固定業(yè)務(wù)的“動(dòng)中通”通信系統(tǒng)為這一理想的實(shí)現(xiàn)提供了可 能。動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指安裝衛(wèi)星天線的移動(dòng)載體(如汽車、火車、飛機(jī)、輪船等)能夠 與靜止衛(wèi)星(即同步軌道衛(wèi)星一目標(biāo)衛(wèi)星)建立通信鏈路并能夠在載體快速運(yùn)動(dòng)的過程中 保持通信鏈路的暢通以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信的系統(tǒng)。由于靜止衛(wèi)星距地面的距離很遠(yuǎn)(約36000 公里)，因此要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)載體與靜止衛(wèi)星間的寬帶多媒體通信，就必須采用高增益的定向天 線。由于這種天線的波束很窄，要保證移動(dòng)載體在快速運(yùn)動(dòng)過程中能夠與靜止衛(wèi)星進(jìn)行正 常不間斷的通信，則必須使天線波束始終以一定的精度對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。實(shí)際使用過程中，影響動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能的主要原因包括移動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng) 姿態(tài)和系統(tǒng)跟蹤能力，要想實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信在運(yùn)動(dòng)過程中始終正常通信，動(dòng)中通衛(wèi)星通信系 統(tǒng)的天線波束必須在方位、俯仰和極化三個(gè)軸同時(shí)進(jìn)行精密跟蹤控制。固定衛(wèi)星通信地面 站的跟蹤技術(shù)已經(jīng)廣為人知，如手動(dòng)/程序跟蹤、步進(jìn)跟蹤、圓錐掃描跟蹤和單脈沖跟蹤 等，后三種跟蹤算法在捕獲到衛(wèi)星信號(hào)后，能自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星，因而被統(tǒng)稱為自動(dòng)跟蹤技術(shù)， 這三種自動(dòng)跟蹤技術(shù)雖能應(yīng)用于動(dòng)中通跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但在不同程度上制約了系統(tǒng)的普 及和應(yīng)用，如圓錐掃描和單脈沖跟蹤的實(shí)現(xiàn)必須引入額外的器件，必將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性 和成本；傳統(tǒng)的步進(jìn)跟蹤具有動(dòng)態(tài)滯后、跟蹤精度較低、跟蹤速度較慢等缺陷和不足。2004 年1月21日公開的實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN1469132A(專利申請(qǐng)?zhí)枮?2126611. 5)中披露了 一種適用于移動(dòng)衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的基于梯度法的跟蹤方法，然而其跟蹤的過程是在方位和 俯仰面交替進(jìn)行的，操作起來不方便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種動(dòng)中 通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、不需改變?cè)懈櫹到y(tǒng)的硬件結(jié) 構(gòu)且操作簡(jiǎn)便、跟蹤精度高、跟蹤速度快，克服了現(xiàn)有天線波束跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星時(shí)存在的操作 不便、跟蹤步驟繁瑣、跟蹤精度較低且跟蹤速度較慢等不足。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng) 天線波束跟蹤裝置，其特征在于包括對(duì)承載移動(dòng)地面站天線所處移動(dòng)載體的經(jīng)緯度進(jìn)行 實(shí)時(shí)檢測(cè)的地理位置檢測(cè)單元、對(duì)所述移動(dòng)載體的姿態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的載體姿態(tài)檢測(cè)單元、對(duì)移動(dòng)地面站天線傳送至通訊設(shè)備接收機(jī)的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng) 度檢測(cè)單元、分別與所述地理位置檢測(cè)單元、載體姿態(tài)檢測(cè)單元和信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元相接 的信號(hào)調(diào)理電路以及與所述信號(hào)調(diào)理電路相接且利用同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法對(duì)移動(dòng)地面 站天線的天線波束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的梯度進(jìn)行估計(jì)并相應(yīng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制的主控計(jì) 算機(jī)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)分別驅(qū)動(dòng)移動(dòng)地面站天線的方位軸和俯仰軸的方位電機(jī)和俯仰電 機(jī)進(jìn)行控制，所述主控計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器相接。 上述動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征是所述地理位置檢測(cè)單元 為GPS定位系統(tǒng)。上述動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征是所述載體姿態(tài)檢測(cè)單元 為陀螺儀。上述動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征是所述信號(hào)調(diào)理電路為A/ D轉(zhuǎn)換電路。上述動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征是所述信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元 對(duì)與移動(dòng)地面站天線相接的高頻頭與通訊設(shè)備接收機(jī)之間的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢 測(cè)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、接線方便、成本低、不需改變?cè)懈櫹到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)且使用效果 好、易于推廣應(yīng)用2、所用的跟蹤方法設(shè)計(jì)合理，智能化程度高且操作簡(jiǎn)便，其跟蹤過程具體為利用 同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法對(duì)動(dòng)中通天線波束對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的梯度進(jìn)行估計(jì)，并結(jié)合隨機(jī)擾動(dòng)調(diào)整 過程中天線波束的前后兩次不同指向時(shí)帶噪聲的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值(即每次估計(jì)時(shí)僅用 隨機(jī)干擾調(diào)整過程中前后兩次帶噪聲的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值進(jìn)行估計(jì))，通過主控計(jì)算機(jī)內(nèi) 部處理形成誤差信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)使天線波束同時(shí)在方位面和俯仰面以接收信號(hào)的最陡 上升方向即梯度方向?qū)μ炀€波束進(jìn)行調(diào)整并跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星。3、跟蹤效果好、跟蹤精度高、跟蹤速度快且簡(jiǎn)單易行、實(shí)現(xiàn)方便，主控計(jì)算機(jī)完成 初始捕獲后，利用同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法的動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤方法跟蹤目 標(biāo)衛(wèi)星，并判斷衛(wèi)星信號(hào)是否丟失而進(jìn)入重捕獲階段直到信號(hào)恢復(fù)接收之后，再重新進(jìn)入 采用動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤方法的跟蹤階段。系統(tǒng)在初始捕獲或重捕獲節(jié)段和 跟蹤階段兩個(gè)階段之間自動(dòng)切換，完成動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星的捕獲和 足艮S宗。4、適用范圍廣且易于推廣應(yīng)用，初始捕獲或重捕獲階段由主控計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算得 出的天線波束的方位角和俯仰角產(chǎn)生控制電壓，驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)進(jìn)行空域搜索；而跟蹤階段 的跟蹤誤差信號(hào)由主控計(jì)算機(jī)通過同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法的動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波 束跟蹤方法計(jì)算獲得，并同時(shí)對(duì)方位和俯仰跟蹤進(jìn)行處理，因而本實(shí)用新型特別適用于車 載、機(jī)載、船載等移動(dòng)載體中的衛(wèi)星跟蹤過程。綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、不需改變?cè)懈櫹到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)且使 用操作簡(jiǎn)便、跟蹤精度高、跟蹤速度快、簡(jiǎn)單易行，其利用同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法對(duì)動(dòng)中通 通信系統(tǒng)中天線波束對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的梯度進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)的值對(duì)天線波束的方位面和俯 仰面同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使天線波束以接收信號(hào)的最陡上升方向跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星，克服了動(dòng)中通通信系統(tǒng)中天線波束跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星時(shí)所存在的使用操作不便、跟蹤方法步驟繁瑣、跟蹤精 度較低且跟蹤速度較慢等缺陷和不足。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。圖2為本實(shí)用新型的使用方法流程圖。
附圖標(biāo)記說明I-GPS定位系統(tǒng)；2-陀螺儀；3-移動(dòng)地面站天線；4-衛(wèi)星電視；5-通訊設(shè)備接收機(jī)；6-信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元；7-主控計(jì)算機(jī)；8-A/D轉(zhuǎn)換電路；9_伺服驅(qū)動(dòng)器；10-方位電機(jī)；11-俯仰電機(jī)； 12-高頻頭。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的一種動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，包括對(duì)承載移動(dòng)地面 站天線3所處移動(dòng)載體的經(jīng)緯度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的地理位置檢測(cè)單元、對(duì)所述移動(dòng)載體的姿 態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的載體姿態(tài)檢測(cè)單元、對(duì)移動(dòng)地面站天線3傳送至通訊設(shè)備接收機(jī)5 的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元6、分別與所述地理位置檢測(cè)單元、載 體姿態(tài)檢測(cè)單元和信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元6相接的信號(hào)調(diào)理電路以及與所述信號(hào)調(diào)理電路相 接且利用同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法對(duì)移動(dòng)地面站天線3的天線波束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的梯度進(jìn) 行估計(jì)并相應(yīng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器9進(jìn)行控制的主控計(jì)算機(jī)7，所述伺服驅(qū)動(dòng)器9對(duì)分別驅(qū)動(dòng)移動(dòng) 地面站天線3的方位軸和俯仰軸的方位電機(jī)10和俯仰電機(jī)11進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，所述主控計(jì) 算機(jī)7與伺服驅(qū)動(dòng)器9相接。所述方位電機(jī)10和俯仰電機(jī)11的動(dòng)力輸出軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 分別與所述移動(dòng)地面站天線3的方位軸和俯仰軸相接，所述伺服驅(qū)動(dòng)器9分別與方位電機(jī) 10和俯仰電機(jī)11相接。本實(shí)施例中，所述地理位置檢測(cè)單元為GPS定位系統(tǒng)1，所述載體姿態(tài)檢測(cè)單元為 陀螺儀2，所述信號(hào)調(diào)理電路為A/D轉(zhuǎn)換電路8。所述信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元6對(duì)與移動(dòng)地面站 天線3相接的高頻頭12與通訊設(shè)備接收機(jī)5之間的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。結(jié)合圖2，本實(shí)用新型的工作過程包括以下步驟步驟一、初始捕獲通過主控計(jì)算機(jī)7對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器9進(jìn)行控制，使得移動(dòng)地面站 天線3的天線波束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星，其捕獲過程包括以下步驟101、信息實(shí)時(shí)檢測(cè)與同步傳送所述地理位置檢測(cè)單元、載體姿態(tài)檢測(cè)單元和信 號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元6分別對(duì)所述移動(dòng)載體的經(jīng)緯度、所述移動(dòng)載體的姿態(tài)和移動(dòng)地面站天線 3傳送至通訊設(shè)備接收機(jī)5的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將所檢測(cè)信號(hào)同步傳送至 所述信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行處理后，再同步上傳至主控計(jì)算機(jī)7 ；102、天線指向目標(biāo)衛(wèi)星的目標(biāo)方位角和目標(biāo)俯仰角計(jì)算主控計(jì)算機(jī)7調(diào)用角度計(jì)算模塊且根據(jù)公式
權(quán)利要求一種動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征在于包括對(duì)承載移動(dòng)地面站天線(3)所處移動(dòng)載體的經(jīng)緯度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的地理位置檢測(cè)單元、對(duì)所述移動(dòng)載體的姿態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的載體姿態(tài)檢測(cè)單元、對(duì)移動(dòng)地面站天線(3)傳送至通訊設(shè)備接收機(jī)(5)的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元(6)、分別與所述地理位置檢測(cè)單元、載體姿態(tài)檢測(cè)單元和信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元(6)相接的信號(hào)調(diào)理電路以及與所述信號(hào)調(diào)理電路相接且利用同時(shí)擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法對(duì)移動(dòng)地面站天線(3)的天線波束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的梯度進(jìn)行估計(jì)并相應(yīng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器(9)進(jìn)行控制的主控計(jì)算機(jī)(7)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器(9)對(duì)分別驅(qū)動(dòng)移動(dòng)地面站天線(3)的方位軸和俯仰軸的方位電機(jī)(10)和俯仰電機(jī)(11)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，所述主控計(jì)算機(jī)(7)與伺服驅(qū)動(dòng)器(9)相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征在于所述 地理位置檢測(cè)單元為GPS定位系統(tǒng)(1)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征在于 所述載體姿態(tài)檢測(cè)單元為陀螺儀(2)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征在于 所述信號(hào)調(diào)理電路為A/D轉(zhuǎn)換電路(8)。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，其特征在于 所述信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元(6)對(duì)與移動(dòng)地面站天線(3)相接的高頻頭(12)與通訊設(shè)備接收 機(jī)(5)之間的接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線波束跟蹤裝置，包括對(duì)移動(dòng)載體經(jīng)緯度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的地理位置檢測(cè)單元、對(duì)移動(dòng)載體姿態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的載體姿態(tài)檢測(cè)單元、對(duì)移動(dòng)地面站天線傳至通訊設(shè)備接收機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)單元、信號(hào)調(diào)理電路和對(duì)移動(dòng)地面站天線波束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的梯度進(jìn)行估計(jì)并相應(yīng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制的主控計(jì)算機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)地面站天線方位軸和俯仰軸的方位和俯仰電機(jī)進(jìn)行控制。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、不需改變?cè)懈櫹到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)且操作簡(jiǎn)便、跟蹤精度高、跟蹤速度快，克服了現(xiàn)有天線波束跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星存在的操作不便、跟蹤步驟繁瑣、跟蹤精度較低且跟蹤速度較慢等不足。
文檔編號(hào)H01Q3/08GK201773946SQ20102028239
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者任嘉偉, 姚敏立, 賈維敏, 郝路瑤, 金偉 申請(qǐng)人:中國人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院