一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法，粗调包括：确定接收机的位置；选择欲锁定的卫星；计算卫星相对于接收机的俯仰角、方位角及极化角；手动调整接收机的角度；微调包括：接收卫星下行信标信号并进行可调带宽内的卫星信号功率计算；得出信号最大功率点；微调接收机的俯仰角和方位角，使之对准最大功率点；微调极化角并观察最大功率点，选定使功率最大的极化角。本发明可视化终端的界面实时显示微调过程中带宽内的信号强度，直观地展示微调操作的结果是否准确，微调操作方便且速度快；接收卫星下行信标信号以实现信号强度的测量，无需由天线发射信号，可有效避免临星干扰的影响，使得卫星信号强度的测量精确度更高。
【专利说明】一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星通信【技术领域】，特别是涉及一种便携式卫星接收机快速锁定卫星 的方法。
【背景技术】
[0002] 卫星通信具有三维无缝覆盖能力、独特灵活的普遍服务能力、覆盖区域的可移动 性、广域复杂网络构成能力、广域Internet交互连接能力，以及特有的广域广播与多播能 力，可以适用于多种业务，在军事通信、移动通信、应急通信和广播电视领域得到了越来越 广泛的应用。
[0003] 迄今为止，已经出现了多种业务能力、多种售价的卫星地面站以满足不同的场景 应用需求，如车载"动中通"通常应用于车载平台，且价格较为昂贵，但是局限是在某些汽车 不能到达的地方则无法使用。便携式卫星接收机就是一种不受任何载体限制、成本低廉的 卫星通信终端。在使用过程中，工作人员携带或背负便携式卫星接收机到达使用现场，展开 接收机的天线，锁定卫星(对星）后即可建立与指挥中心的连接。
[0004] 然而，传统的便携式卫星接收机锁定卫星的方法大多只完成到粗调就结束对星操 作了，锁定卫星信号的准确度较低，卫星通信系统的通信可靠性较差。另外，由于传统便 携式接收机的固有原因使得俯仰、方位、极化角的标示不能无限细化，通常只能精确到度 (° )，这对手动直接操作的精确程度造成了一定阻碍。
[0005] 如ZL200410064896. 6,便携式卫星接收机快速搜星方法和装置，根据接收地纬 度和接收星座，由人工查表预置接收天线反射面方位和俯仰角度，将以预置方位为中心的 ±90°空域分成若干搜索区，逐个区域搜索，直到信号最大锁定方位和俯仰。该传统搜星方 法和装置存在以下问题：（1)利用机械化设计对空域实现区域螺旋扫描，结构较为复杂，且 设计成本较高；（2)由人工查表预置接收天线反射面方位和俯仰角度，人工工作量较大，智 能化程度低，且角度计算精确度不够高；（3)锁定卫星的过程中只考虑俯仰角和方位角，未 考虑接收机天线的极化角，无法保证极化振子调整到与电磁波一致的方向，容易出现极化 干扰，直接影响对星精确度，从而影响卫星信号接收效果。
[0006] 又如ZL201210286953. X，便携式窄带卫星通信设备及其控制方法，根据GPS模块 提取的本地信息，计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角；根据方位角、俯 仰角和极化角进行粗调对星；信标接收机使用第一带宽判断信号强度值，根据信号强度值 细调方位角、俯仰角和极化角，直到信号强度值最大。该对星方法存在以下问题：（1)在卫 星信号强度的测量过程中，该对星方法需要使用两个带宽，存在带宽数量的限制；（2)在卫 星信号强度的测量过程中：首先由天线发送一个射频信号，然后再接收经卫星转发下来的 射频信号。由于在信号强度测量时接收机天线只完成了粗调，并未完全对准卫星，因此在向 卫星发射信号时会因角度偏差而造成临星干扰，直接影响了卫星信号强度的测量精确度。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对星精确度高的便携式卫星接 收机快速锁定卫星的方法，根据欲锁定信号卫星的参数和接收机本地位置自主计算方位 角、俯仰角和极化角，计算精确度高、智能化程度高、使用方便；可视化终端的界面在微调过 程中一直显示带宽内的信号强度，直观地展示微调操作的结果是否准确，微调操作方便且 速度快；综合考虑方位角、俯仰角和极化角，调整极化角使得极化振子调整到与电磁波一致 的方向，振子感应的信号强度最大，可避免出现极化干扰，使得接收效果最佳，对星精确度 更高；首先检测当前接收的信号强度，得到最大点后渐进减少带宽，没有带宽数量的限制， 使得用户看得更加清晰明了；接收卫星下行信标信号以实现信号强度的测量，无需由天线 发射信号，可有效避免临星干扰的影响，使得卫星信号强度的测量精确度更高。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种便携式卫星接收机快速锁定卫 星的方法，它包括一个粗调步骤和一个微调步骤：
[0009] 所述的粗调步骤包括以下子步骤：
[0010] S101 :利用定位装置确定便携式卫星接收机的位置和方位；
[0011] S102 :选择欲锁定的卫星；
[0012] S103 :根据卫星及便携式卫星接收机的位置信息，由便携式卫星接收机计算出该 卫星相对于便携式卫星接收机的俯仰角、方位角及极化角信息；
[0013] S104:根据各角度信息手动调整便携式卫星接收机的角度，使其大致对准欲锁定 的卫星，完成粗调；
[0014] 所述的微调步骤包括以下子步骤：
[0015] S201 :在粗调基础上，接收卫星下行信标信号并进行一定可调带宽内的卫星信号 功率计算；
[0016] S202 :得出卫星信号的最大功率点；
[0017] S203 :在可视化终端的功率指示下微调便携式卫星接收机的俯仰角和方位角，使 之对准该最大功率点；
[0018] 需要说明的是，便携式卫星接收机可视化终端的界面在微调过程中一直显示带宽 内的信号强度，直观显示微调操作的结果是否准确：方位角或俯仰角调整过程中若发现信 标频点的强度下降，则说明调整方向错误，需返向调整；若强度提高，则说明方向正确，继续 向该方向调整；当强度升到一定最大值后开始下降，那这一最大值即为最佳方向，将方位角 和俯仰角固定在这一方向即可。
[0019] S204:微调极化角并观察可视化终端的最大功率点，选定微调过程中使得功率最 大的极化角，完成微调。
[0020] 同样的，便携式卫星接收机可视化终端的界面在微调过程中一直显示带宽内的信 号强度，直观显示微调操作的结果是否准确：极化角调整过程中若发现信标频点的强度下 降，则说明调整方向错误，需返向调整；若强度提高，则说明方向正确，继续向该方向调整； 当强度升到一定最大值后开始下降，那这一最大值即为最佳方向，将极化角固定在这一方 向即可。
[0021] 进一步地，步骤S101所述的定位装置包括GPS定位器或电子罗盘。
[0022] 进一步地，步骤S102所述的选择欲锁定的卫星的方法为：通过便携式卫星接收机 的可视化终端界面输入并选择欲锁定的卫星。
[0023] 俯仰角、方位角和极化角的计算过程如下：
[0024] 卫星接收机与静止卫星的连接线称为直视线，直视线在地面上的投影，即卫星接 收机与星下点间的弧线称为卫星接收机对静止卫星的方位线，方位线与直视线确定的平面 称为方位面。方位角是指卫星接收机所在经线的正南方向按顺时针方向与方位面所构成的 夹角，用Z MAN表示，俯仰角是指卫星接收机的方位线与直视线的夹角。
[0025] 图1给出了静止卫星S与卫星接收机A之间的几何关系。图中，A表示卫星接收 机，S表示静止卫星，0表示地球地心，B为卫星接收机A的经线与赤道的交点，0与S的连 线在地球表面上的交点C称为星下点，地球表面上通过A点和C点的弧线AC称为方位线， AN为AC的切线，AM为AB的切线，面0AS为方位角，D为切线AM与赤道平面的交点，E为切 线AN与赤道平面的交点。
[0026] 设卫星接收机A的经度和纬度分别为灼和Θ i，静止卫星经度为朽，经度差
【权利要求】
1. 一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法，它包括一个粗调步骤和一个微调步 骤，其特征在于： 所述的粗调步骤包括以下子步骤： 5101 :利用定位装置确定便携式卫星接收机的位置和方位； 5102 :选择欲锁定的卫星； 5103 :根据卫星及便携式卫星接收机的位置信息，计算出该卫星相对于便携式卫星接 收机的俯仰角、方位角及极化角信息； 5104 :根据各角度信息手动调整便携式卫星接收机的角度，使其大致对准欲锁定的卫 星，完成粗调； 所述的微调步骤包括以下子步骤： 5201 :在粗调基础上，接收卫星下行信标信号并进行一定可调带宽内的卫星信号功率 计算； 5202 :得出卫星信号的最大功率点； 5203 :在可视化终端的功率指示下微调便携式卫星接收机的俯仰角和方位角，使之对 准该最大功率点； S204:微调极化角并观察可视化终端的最大功率点，选定微调过程中使得功率最大的 极化角，完成微调。
2. 根据权利要求1所述的一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法，其特征在于： 步骤S101所述的定位装置包括GPS定位器或电子罗盘。
3. 根据权利要求1所述的一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法，其特征在于： 步骤S102所述的选择欲锁定的卫星的方法为：通过便携式卫星接收机的可视化终端界面 输入并选择欲锁定的卫星。
4. 根据权利要求1所述的一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法，其特征在于： 所述的步骤S103完成卫星相对于便携式卫星接收机的俯仰角、方位角及极化角计算后，还 包括一个根据便携式卫星接收机和卫星经度关系修正方位角的步骤。
5. 根据权利要求1所述的一种便携式卫星接收机快速锁定卫星的方法，其特征在于： 所述的卫星信号功率计算步骤采用分裂基FFT算法： 设序列x(n)长度为N，则分裂基FFT的表达式X(k)可用下式表示：
【文档编号】H04B7/185GK104125002SQ201310148398
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】丁伟, 张春阳, 张敏 申请人:成都国恒空间技术工程有限公司