专利名称：一种基于平板天线的移动卫星通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星通讯技术领域，特别是涉及一种基于平板天线的移动卫星通信装置。
背景技术：
卫星通信具有传输距离远、覆盖范围大、不受地形地貌影响的优点，无论高山、丘陵、大河、荒漠、草原，只要在卫星波束覆盖范围内，都可进行话音、数据及图像通信，而且具有通信质量好、信道稳定、误码率低、组网方式灵活、通信费用与通信距离无关的优点；因而，卫星通信成为无线通信的主要手段，在现代信息传输中起着越来越重要的作用。移动卫星通信装置，因其具有灵活、机动、通信距离远、保密性强的优点，在军用和民用领域，都是一种发展潜力大、经济效益显著的卫星通信系统。现有的车载移动卫星通信技术主要基于抛物面天线和伺服稳定平台构成。但是， 抛物面天线由于尺寸较大，为满足公路运输限高4. : 的要求，需要对车体进行改造、代价较大；并且，由于其重量较大，很大程度上提高了对伺服系统的要求。另外，由于载体在运动过程中，运动方式受到外界环境的影响，会有较大扰动出现，为了能够实时隔离扰动，实现天线的快速稳定对星，保证良好的通信效果，这不仅要求装置具有快速实时处理的能力， 还要有高效稳定的控制策略。目前市场上的产品因采用较为传统的数据处理方法和控制策略，使得在载体移动过程中出现长时间的遮挡和干扰信号导致丢星时，重新跟踪卫星的过程较长，甚至无法重新找到卫星，无法满足快速响应的实际需求。因此，载体移动过程中的快速寻星、对准和稳定跟踪是目前产品急需解决的一大技术难题。为此有必要设计一款具有低剖面、易共形、稳定跟踪能力强的移动通信装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于平板天线的移动卫星通信装置，用以解决现有技术存在的上述问题。为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种基于平板天线的移动卫星通信装置，安装在移动载体上，所述装置包括平板天线，用于接收卫星信号，并通过功分器将所述卫星信号分为通信信号和信标跟踪信号，其中，所述通信信号提供给用户设备使用，所述信标跟踪信号反馈给信号获取单元；信号获取单元，用于接收所述信标跟踪信号，以及获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息、所述装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息和所述载体的姿态信息；信号处理单元，用于根据所述信号获取单元获取的信息，计算所述平板天线对准所述卫星的指令角；伺服控制单元，用于根据所述指令角，控制所述平板天线对准所述卫星。进一步，所述信号获取单元包括
信标接收机，用于接收所述信标跟踪信号；卫星信号接收机，用于获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息；天线控制单元A⑶，用于获取所述装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息；捷联惯导，用于获取所述载体的姿态信息。进一步，所述伺服控制单元包括方位电机，用于调整所述平板天线的方位方向；俯仰电机，用于调整所述平板天线的俯仰方向；伺服驱动器，用于根据所述指令角，控制所述方位电机和俯仰电机的旋转。进一步，所述装置还包括极化调整器，用于在所述信号处理单元的控制下，调整所述平板天线的极化角，使其与所述卫星信号的极化角度匹配。进一步，所述信号处理单元包括主控CPU，计算所述平板天线对准所述卫星的初指令角，以及负责跟踪环路和极值跟踪环路的切换控制和对方位电机的控制；从控CPU，接收来自所述主控CPU的指令，负责对俯仰电机的控制；信息结算CPU，用于实时采集捷联惯导和卫星信号接收机的信息，完成所述装置的初始化，以及利用捷联惯导获取的载体的姿态信息构成系统的前馈控制环路。进一步，所述载体的姿态信息包括所述载体的航向、纵摇和横滚姿态信息。进一步，所述卫星信号经低噪声下变频器LNB低噪声放大之后，由功分器分为通信信号和信标跟踪信号两路。进一步，所述卫星信号接收机通过接收全球定位系统GPS卫星信号或北斗卫星信号来获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息。本发明有益效果如下本发明采用平板天线接收卫星信号，具有低轮廓、轻质量的优点，在实际应用中不需要对载体做大量修改，有利于与载体实现共形设计；本装置在高速运行状态下采用信标跟踪和惯导稳定跟踪相结合的天线控制策略，具有跟踪稳定度高、扫描速度快、对星精度高、成本低的特点。
图1是本发明实施例中信息处理单元采用三片CPU阵列的功能处理示意图；图2是本发明实施例中一种基于平板天线的移动卫星通信装置的结构示意图；图3是本发明实施例中一种基于平板天线的移动卫星通信装置的对星处理流程图；图4是本发明实施例中一种基于平板天线的移动卫星通信装置俯仰方向控制示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种基于平板天线的移动卫星通信装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。本发明的目的在于提供一种基于平板天线的快速移动平台上实时与卫星通信的装置，该装置具有低轮廓、轻质量、高效稳定跟踪的特性，同时具备高速的数据通信能力，可以为政府应急通信、企事业机构移动通信、安全部门紧急通信领域提供有力保障。其低轮廓特性使其可以与高铁、滑艇、车辆等载体实现无缝共形。本发明实施例主要是针对车载移动平台开发的一种在车辆载体移动过程中可以实现与卫星实时、不间断的通信，对视频图像、 语音及其他数据信息进行传输的装置。本发明实施例涉及一种基于平板天线的移动卫星通信装置，安装在移动载体上， 该装置包括平板天线，用于接收卫星信号，并通过功分器将所述卫星信号分为通信信号和信标跟踪信号，其中，所述通信信号提供给用户设备使用，所述信标跟踪信号反馈给信号获取单元；信号获取单元，用于接收所述信标跟踪信号，以及获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息、所述装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息和所述载体的姿态信息；信号处理单元，用于根据所述信号获取单元获取的信息，计算所述平板天线对准所述卫星的初指令角；伺服控制单元，用于根据所述指令角，控制所述平板天线对准所述卫星。其中，平板天线物理指标为IOOOmm(长)X 250mm(宽)X 70mm(厚)，平板天线在有效口径与抛物面天线相同的情况下，可以有效降低装置的高度，从而满足低剖面的特性。并且具有低轮廓、轻质量的优点，在实际应用中不需要对载体做大量修改，有利于与载体实现共形设计。本实施例装置的信号获取单元包括信标接收机，用于接收所述信标跟踪信号；卫星信号接收机，用于获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息；卫星信号接收机可以接收BD (北斗卫星定位系统)或GPS (Global Positioning System，全球定位系统) 卫星信号进行定位，来确定装置所处位置的地理坐标。天线控制单元(ACU，Antenna Control Unit)，用于获取所述装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息；捷联惯导，用于获取所述载体的姿态信息。移动载体在行驶过程中，由于受到各种因素影响，经常出现偏航、纵摇或横滚，所以，可利用捷联惯导测量载体的航向、纵摇和横滚姿态信息。信号处理单元计算平板天线对准所述卫星的指令角，具体如下首先，解算出地理坐标系下天线的方位角、俯仰角地理坐标系OXgYJg的原点在车辆载体的重心处，OZg轴垂直于大地水平面，向上为正；XgOYg与经过原点的大地水平面重合；0 轴指向正东；OYg轴指向正北；又称为东北天坐标系，地理坐标系通常简称为g系。由于需要跟踪的卫星为同步卫星，位于地球赤道上空，因此其纬度为零度，设经度为As，同步卫星距地面的高度为H ;GPS测得的载体当前所在地的经度为入…纬度为 地面距地心的距离为R，则天线在地理坐标系下的俯仰角ELg为
权利要求
1.一种基于平板天线的移动卫星通信装置，安装在移动载体上，其特征在于，所述装置包括平板天线，用于接收卫星信号，并通过功分器将所述卫星信号分为通信信号和信标跟踪信号，其中，所述通信信号提供给用户设备使用，所述信标跟踪信号反馈给信号获取单元；信号获取单元，用于接收所述信标跟踪信号，以及获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息、所述装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息和所述载体的姿态信息；信号处理单元，用于根据所述信号获取单元获取的信息，计算所述平板天线对准所述卫星的指令角；伺服控制单元，用于根据所述指令角，控制所述平板天线对准所述卫星。
2.如权利要求1所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述信号获取单元包括信标接收机，用于接收所述信标跟踪信号； 卫星信号接收机，用于获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息； 天线控制单元A⑶，用于获取所述装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息； 捷联惯导，用于获取所述载体的姿态信息。
3.如权利要求2所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述伺服控制单元包括方位电机，用于调整所述平板天线的方位方向； 俯仰电机，用于调整所述平板天线的俯仰方向；伺服驱动器，用于根据所述指令角，控制所述方位电机和俯仰电机的旋转。
4.如权利要求1 3任一项所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述装置还包括极化调整器，用于在所述信号处理单元的控制下，调整所述平板天线的极化角，使其与所述卫星信号的极化角度匹配。
5.如权利要求3所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述信号处理单元包括主控CPU，计算所述平板天线对准所述卫星的初指令角，以及负责跟踪环路和极值跟踪环路的切换控制和对方位电机的控制；从控CPU，接收来自所述主控CPU的指令，负责对俯仰电机的控制； 信息结算CPU，用于实时采集捷联惯导和卫星信号接收机的信息，完成所述装置的初始化，以及利用捷联惯导获取的载体的姿态信息构成系统的前馈控制环路。
6.如权利要求1或2所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述载体的姿态信息包括所述载体的航向、纵摇和横滚姿态信息。
7.如权利要求1 5任一项所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述卫星信号经低噪声下变频器LNB低噪声放大之后，由功分器分为通信信号和信标跟踪信号两路。
8.如权利要求2所述的基于平板天线的移动卫星通信装置，其特征在于，所述卫星信号接收机通过接收全球定位系统GPS卫星信号或北斗卫星信号来获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于平板天线的移动卫星通信装置，安装在移动载体上，包括平板天线，用于接收卫星信号，并通过功分器将所述卫星信号分为通信信号和信标跟踪信号，其中，通信信号提供给用户设备使用，信标跟踪信号反馈给信号获取单元；信号获取单元还获取所述装置所处位置的经、纬度定位信息、装置要跟踪卫星的经度、纬度坐标信息和载体的姿态信息；信号处理单元，用于根据信号获取单元获取的信息，计算平板天线对准卫星的指令角；伺服控制单元，用于根据指令角，控制平板天线对准所述卫星。本发明具有低轮廓、轻质量的优点，有利于与载体实现共形设计；且具有跟踪稳定度高、扫描速度快、对星精度高、成本低的特点。
文档编号H01Q3/08GK102347791SQ201110362060
公开日2012年2月8日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者任晓松, 刘岩, 张雪辉, 李睿, 贝超, 贺启林, 陈雷 申请人:中国航天科工信息技术研究院