专利名称：寻星天线控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种寻星天线控制系统及方法。
背景技术：
目前，卫星天线主要包括小口径手动调整固定站天线、大口径电驱动固定站天线、 车载静中通天线及便携式天线。其中，小口径手动调整固定站天线，机械结构简单，需要技 术人员在频谱仪的辅助下，通过调整方位、俯仰和极化三轴的机械装置来完成对星，天线调 整和对星对安装维护人员的专业技术水平要求较高。大口径电驱动固定站天线由于口径较 大，需要采用电机驱动天线的方位、俯仰和极化转动，其伺服控制系统可在天线与卫星之间 发生微小偏移(即卫星“8”字漂移)时实现自动跟踪，保证天线波束自动地精确对准目标 卫星。但当天线基础发生偏移或倾斜时，系统无法感知天线的偏离程度，从而导致天线系统 无法实现实时自动跟踪或重新寻星。该天线的寻星和转星都需要在频谱仪的辅助下由技术 人员驱动电机完成，对技术人员的专业技术水平要求也较高。车载静中通天线由于使用地点不固定，使用时车体方向不确定，因此，需要配置 GPS来测量使用地点经纬度，需要配置电子罗盘来确定天线的初始方位指向，而这些都是固 定站天线所不需要的。车载静中通天线由于天线口径小，不具备自动跟踪功能。便携式天 线与车载静中通天 线设计原理相似，但为了进一步降低成本，与车载静中通天线相比，便携 式天线没有配置电子罗盘，寻星时，只需要大致标定真北方向，通过倾角仪和轴角编码器提 供的天线俯仰和横滚信息，天线在保持俯仰角处于理论计算值不变的前提下在方位轴进行 大范围搜索，捕捉信标信号，并最终完成对星。与车载静中通天线相似，便携式天线不具备 自动跟踪功能。现有寻星技术有如下不足(1)在天线基础或天线面发生偏移时，不具备自动跟踪功能，天线系统只能依靠人 工启动对星程序重新对准卫星，难以保证天线时刻对准卫星，导致对星效率低。(2)在天线基础没有偏移，仅因暂时遮挡和下雨等外界因素导致接收信号电平下 降时，重新对星会导致误跟踪。
发明内容
本发明的第一目的是提出一种高效的寻星天线控制系统。本发明的第二目的是提出一种高效的寻星天线控制方法。为实现上述第一目的，本发明提供了一种寻星天线控制系统，包括天馈子系统， 用于接收目标卫星的信标信号及收发业务信号；卫星通讯子系统，用于将信标信号转换为 L波段的信标信号以及向天馈子系统发送射频信号；伺服控制子系统，用于在天线首次对 星时，根据目标卫星的星位与天线的当前角度信息，确定天线的角度调整信息；以及在判定 天线的角度改变时，根据转换后的信标信号确定天线的角度调整信息；天线驱动子系统，用 于根据角度调整信息，驱动天线指向目标卫星。
为实现上述第二目的，本发明提供了一种寻星天线控制方法，包括感测天线的角 度信息；在天线首次对星时，根据目标卫星的星位与天线的当前角度信息，确定天线的角度 调整信息；在天线角度改变时，根据目标卫星的信标信号确定天线的角度调整信息；根据 天线的角度调整信息，驱动天线对准目标卫星。本发明各个实施例中，通过在天线对星完成后角度改变时，根据目标卫星的信标 信号确定天线的角度调整信息，进而根据该角度调整信息驱动天线对准目标卫星，实现自 动启动对星程序，保证天线能够时刻对准卫星，提高工作效率。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一并用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1为本发明的寻星天线控制方法的实施例一流程图；图2为本发明的寻星天线控制方法的实施例二流程图；图3为本发明的寻星天线控制系统的实施例结构图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。方法实施例图1为本发明的寻星天线控制方法的实施例一流程图。如图1所示，本实施例包 括步骤S102 感测天线的角度信息；其中，天线的角度信息可以包括天线的方位角、 俯仰角以及横滚角等；具体操作过程参见图2中步骤S201至步骤S210的解释说明；步骤S104 在天线首次对星时，根据预设的目标卫星的位置信息(一般均预设在 控制器363内，详见图3中的解释说明)与天线的角度信息，确定天线的角度调整信息，该 角度调整信息主要是表征天线的当前姿态与对准目标卫星时的天线姿态(天线理论角度) 间的角度差；具体操作过程参见图2中步骤S201至步骤S210的解释说明；步骤S106 在天线对星完成后角度改变时，根据目标卫星的信标信号，确定天线 的角度调整信息；具体操作过程参见图2中步骤S217至S219的解释说明；步骤S108 根据天线的角度调整信息，驱动天线对准目标卫星。本实施例通过在天线对星完成后角度改变时，根据目标卫星的信标信号确定天线 的角度调整信息，进而根据该角度调整信息驱动天线对准目标卫星，实现自动启动对星程 序，保证天线能够时刻对准卫星，提高工作效率。图2为本发明的寻星天线控制方法的实施例二流程图。如图2所示，本实施例包 括步骤S201 寻星天线控制系统根据开机信息(具体结构参见图3中的解释说明) 上电开机；步骤S202 寻星天线控制系统自检，并在自检未通过时执行步骤S203，以及在自 检通过时执行步骤S204 ；
步骤S203 寻星天线控制系统告警，并回到上次存储星位，返回至步骤S202 ；步骤S204 寻星天线控制系统接收操作模式选择指令，并在选用人工模式时执行 步骤S205，以及在选用自动模式时执行步骤S206 ；步骤S205 对该寻星天线控制系统进行人工控制；步骤S206 寻星天线控制系统判断是否为首次对星；若是，则执行步骤S210，若不 是，则执行步骤S207;步骤S207 寻星天线控制系统接收指定的目标卫星；步骤S208 寻星天线控制系统读取自动增益控制(Automatic Gain Control，简称 AGC)信号的值，其中，AGC信号的值与卫星信标电平相对应，也就是信标信号相对于天线在 不同角位置时所对应的信号强度直流电压；步骤S209 寻星天线控制系统判断AGC信号是否大于步骤S207中目标卫星的预 设微扫门限，若大于该预设微扫门限，则执行步骤S214 ；若小于或等于该预设微扫门限，则 执行步骤S211 ；步骤S210 寻星天线控制系统接收指定的目标卫星的信标信号；步骤S211 寻星天线控制系统通过感测天线的角度信息，确定进行天线的指向；具体操作时，步骤S211可以包括首先，根据天线姿态传感器(可以包括倾角仪、 角度传感器等)测得的天线角度信息(具体包括天线安装时校准的方位信息及倾角仪和角 度传感器上传的天线俯仰、横滚角)来计算天线的指向；然后，根据预设的目标卫星的经度 信息，计算天线当前姿态(即角度)与对准目标卫星时的理论对星角度间的角度差异(即 角度调整信息)；最后，根据该角度差异，驱动天线进行指向操作；步骤S212 寻星天线控制系统控制天线进行扇扫；其中，扇扫的意思是指天线以 较大步距在较大范围内进行扫描；步骤S212主要用于天线到达理论对星位置后，在AGC信 号电平低于设置的微扫门限电平时则进行大范围的扇扫；步骤S213 寻星天线控制系统判断AGC信号是否大于微扫门限，若不是，则扩大扇 扫范围(即调整的角度)并执行步骤S212，若是，则执行步骤S214;步骤S214 寻星天线控制系统控制天线在扇扫过程中找到的AGC电平最大位置 进行微扫；其中，微扫的意思是指天线以较小步距在较小范围内进行步进扫描，并最终找到 AGC最大点；微扫阶段采用步进式扫描，以节省扫描时间，并提高对星准确度，微扫与扇扫 的步距可以根据实际需要设置；步骤S215 寻星天线控制系统判断AGC信号是否达到最大值，若不是，则返回步骤 S214，若是，则进入自动跟踪状态；也就是说AGC信号电平达到最大是微扫结束的标志，微 扫结束后系统自动进入自动跟踪状态； 步骤S216 寻星天线控制系统更新存储跟踪信息，即AGC最大值及天线的方位角 和俯仰角等；步骤S217 寻星天线控制系统进入自动跟踪状态后始终读取信标信号对应的AGC 电压，并根据实时测到的AGC电压相对于其最大值的变化情况决定进一步的操作，即步骤 S218 ；步骤S218 寻星天线控制系统判断实测AGC信号与控制器363内保存的AGC最大 值间的差值(即AAGC)的大小；若AAGC< Δ 1 (预设阈值)，则天线姿态发生很小变化，不需要进行天线调整，继续保持自动跟踪状态；若Δ1< AAGC< Δ2(预设阈值)，则可能 由于天线角度发生较小变化而需要进行微扫，执行步骤S219 ；若AAGC > Δ2 ；则可能由于 天线角度发生较大变化而需要重新进行指向、扇扫和微扫，执行步骤S219 ；步骤S219 寻星天线控制系统根据天线姿态感测器感测的天线角度信息判断天 线姿态(角度)是否变化；若未变化，则表明可能是由于下雨或卫星系统故障(非天线原 因)导致接收电平降低，此时天线系统不启动重新对星程序，从而避免了误跟踪；若变化， 且Δ1 < AAGC < Δ 2，则需要进行微扫，执行步骤S214 ；若变化，且AAGC > Δ 2，则需要 重新进行指向、扇扫和微扫，执行步骤S212。本领域技术人员可以理解具体操作时，步骤S218与步骤S219的顺序不受限制， 可以根据实际需要而调整；上述步骤S206至步骤S215可以实现“一键寻星”的功能，即通 过人工调用寻星天线控制系统内预置的卫星信息(包括目标卫星的位置信息)及简单按 键，可以保证天线能够精确对准所选卫星，并在对准卫星后，系统自动进入跟踪状态；此外， 上述步骤S212至步骤S215以及步骤S217至步骤S218联合作用可以实现“自动寻星”的 功能，即天线处于自动跟踪状态时，如果天线基础或天线面发生偏移，只要设备没有损坏、 供电正常，天线系统可自动启动(无需人工参与)对星程序，重新对准卫星，从而保证了天 线能够时刻对准卫星。本实施例通过在天线对星完成后天线姿态改变时，根据实测AGC信号与控制器 363内保存的AGC最大值间的差值变化情况，决定具体执行自动跟踪保持、微扫、扇扫或指 向操作(自动启动，无需人为参与)，保证天线能够时刻对准卫星，从而提高工作效率；步骤 S219确保在天线的姿态变化时，天线系统才会启动重新对星程序，从而避免了误跟踪。系统实施例图3为本发明的寻星天线控制系统的实施例结构图。上述图1-图2方法发明的 各个实施例均可以在图3结构图所示结构的系统中实现。如图3所示，该系统包括天馈 子系统32，用于接收目标卫星的信标信号及收发业务信号；卫星通讯子系统34，用于将信 标信号转换为L波段的信标信号以及向天反子系统32发送射频信号；伺服控制子系统36， 用于在天线首次对星时，根据目标卫星的星位与天线的当前角度信息，确定天线的角度调 整信息；以及在判定天线的角度改变时，根据转换后的信标信号确定天线的角度调整信息； 天线驱动子系统38，用于根据角度调整信息，驱动天线指向目标卫星。其中，伺服控制子系 统36的操作具体可以参见步骤S211的解释说明。其中，天馈子系统32包括天线321以及馈源系统322，天线321包括主/副反射 面、中心体以及座架等。卫星通讯子系统34可以包括双工器341，用于转发信标信号以及 射频信号；低噪声下变频器(Low Noise Block，简称LNB) 342，用于将双工器341转发的信 标信号(Ku或C波段)放大和下变频，变成L波段的信标信号；功分器343，用于将L波段 的信标信号分发至信标接收机361及调制解调器344 ；调制解调器344，用于调制、解调及转 发L波段的信标信号；上变频功率放大器(Block邱-&)1^吐切1~，简称皿0345，用于将调制 解调器344输出的L波段信标信号变为射频信号传送到双工器341。伺服控制子系统36主要包括信标接收机361、天线姿态感测器362以及控制器 363。控制器363可以包括倾角仪36 和角度传感器36 ，其中，角度传感器36 可以采 用轴角编码器或旋转变压器等组成。天线驱动子系统38主要包括方位电机382、俯仰电机383、极化电 机384，以及驱动器381，主要用于根据控制器363发送过来的角度调整信息，驱 动方位电机382、俯仰电机383和极化电机384，使天线321的方位、俯仰和极化转动，并使 天线指向目标卫星。优选地，本发明各个实施例中的天线321座架采用方位_俯仰式(即A-E式)天 线座架。方位轴为立轴式回转座架，方位轴的末级采用蜗轮蜗杆传动结构；俯仰轴的末级则 采取的丝杠传动结构。具体操作时，上述立轴式回转座架可以是以天线座架的立柱为固定 外轴套、以上下加装圆锥滚子轴承的厚壁钢管作为旋转的内轴套、以内轴套高度来抵御天 线的倾覆力矩，并将力矩通过立柱、安装法兰传递到地基，内轴套上安装方位转台。考虑到 转星时天线方位的转动范围要远大于俯仰的转动范围，因此，为保证在短时间内完成寻星， 优选地，天线的方位运动速度远大于俯仰运动速度，相应地，方位传动的末级采用效率较高 的蜗轮蜗杆式传动结构。上述寻星天线控制系统的工作原理简述如下LNB342输出的L波段信号经功分器 343分路后，一路与调制解调器344相连，实现卫星通信的功能，另一路将卫星信号送至信 标接收机361，利用信标接收机361输出的AGC电压辅助天线321系统进行扇扫、微扫和自 动跟踪，保证天线321始终对准所选卫星。本实施例通过控制器363在天线对星完成后角度改变时，根据的信标信号确定天 线321的角度调整信息，进而根据该角度调整信息驱动天线321对准目标卫星，实现自动启 动对星程序，保证天线321能够时刻对准卫星，提高工作效率；同时，寻星天线控制系统可 以通过“一键收藏”操作，使天线在保持正常通信方位角不变的条件下实现天线的收藏(朝 天锁定)，方便台风和沙尘暴频发地区卫星天线的安全使用；此外，寻星天线控制系统可以 确保在天线的姿态变化时，才会启动重新对星程序，从而避免了误跟踪。最后应说明的是以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对 前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
权利要求
1.一种寻星天线控制系统，其特征在于，包括天馈子系统，用于接收目标卫星的信标信号及收发业务信号； 卫星通讯子系统，用于将所述信标信号转换为L波段的信标信号以及向所述天馈子系 统发送射频信号；伺服控制子系统，用于在天线首次对星时，根据所述目标卫星的星位与所述天线的当 前角度信息，确定所述天线的角度调整信息；以及在判定所述天线的角度改变时，根据转换 后的所述信标信号确定所述天线的角度调整信息；天线驱动子系统，用于根据所述角度调整信息，驱动所述天线指向所述目标卫星。
2.根据权利要求1所述的寻星天线控制系统，其特征在于，所述伺服控制子系统包括 信标接收机，用于根据转换后的所述信标信号，确定AGC电压信号；天线姿态感测器，用于感测所述天线的当前角度信息；控制器，用于在所述天线首次对星时，根据所述目标卫星的星位与所述天线的当前角 度信息，确定所述天线的角度调整信息；以及在判定所述天线的角度改变时，根据所述AGC 电压信号确定所述天线的角度调整信息。
3.根据权利要求2所述寻星天线控制系统，其特征在于，所述天线姿态感测器包括 倾角仪，用于感测所述天线的转台的俯仰角以及横滚角；角度传感器，用于感测所述天线口面与天线转台在方位和俯仰两轴的相对角度，其中 所述俯仰角、横滚角以及相对角度均为所述天线的当前角度信息。
4.根据权利要求3所述寻星天线控制系统，其特征在于，所述天线的座架为方位-俯仰 式天线座，其中，方位轴为立轴式回转座架，所述方位轴的末级采用蜗轮蜗杆传动，俯仰轴 的末级则采用丝杠传动。
5.根据上述权利要求1至4所述的寻星天线控制系统，其特征在于，所述天线驱动子系 统包括方位电机，用于调整所述天线的方位角； 俯仰电机，用于调整所述天线的俯仰角； 极化电机，用于调整所述天线的极化角；驱动器，用于根据所述角度调整信息，驱动所述方位电机、俯仰电机以及极化电机。
6.根据上述权利要求1至4所述的寻星天线控制系统，其特征在于，所述天馈子系统包括所述天线，用于接收所述信标信号以及转发所述射频信号； 馈源系统，用于增强所述信标信号以及所述业务信号。
7.根据上述权利要求1至4所述的寻星天线控制系统，其特征在于，所述卫星通讯子系 统包括双工器，用于转发所述信标信号以及射频信号；LNB，用于将所述双工器转发的信标信号放大和下变频，并变成L波段的信标信号； 功分器，用于将所述L波段的信标信号分发至所述信标接收机及调制解调器； 所述调制解调器，用于调制、解调及转发所述L波段的信标信号； BUC，用于将所述调制解调器输出的L波段信标信号变为所述射频信号传送到所述双工器。
8.一种寻星天线控制方法，其特征在于，包括以下步骤 感测天线的角度信息；在所述天线首次对星时，根据目标卫星的星位与所述天线的当前角度信息，确定所述 天线的角度调整信息；在所述天线角度改变时，根据所述目标卫星的信标信号确定所述天线的角度调整信息；根据所述天线的角度调整信息，驱动所述天线对准所述目标卫星。
9.根据权利要求8所述的寻星天线控制方法，其特征在于，所述在所述天线角度改变 时，根据所述目标卫 星的信标信号，确定所述天线的角度调整信息的操作包括在所述天线角度改变时，确定所述信标信号对应的AGC电压信号；在所述AGC电压信号与其预设最大值的差值处于第一预设范围内时，确定所述天线扇扫；在所述AGC电压信号与其预设最大值的差值处于第二预设范围内时，确定所述天线微扫；在所述AGC电压信号等于其预设最大值，所述天线进入自动跟踪状态；其中，所述天线 微扫、扇扫以及所述自动跟踪状态均为所述天线的角度调整信息。
10.根据权利要求9所述的寻星天线控制方法，其特征在于，在所述天线进入自动跟踪 状态的操作之后还包括更新记录所述AGC电压信号的最大值； 更新用于所述天线对准目标卫星的方位角和俯仰角。
全文摘要
本发明提供了一种寻星天线控制系统及方法，其中，该系统包括天馈子系统，用于接收目标卫星的信标信号；卫星通讯子系统，用于将信标信号转换为L波段的信标信号；伺服控制子系统，用于在天线首次对星时，根据目标卫星的星位与天线的当前角度信息，确定天线的角度调整信息；以及在判定天线的角度改变时，根据转换后的信标信号确定天线的角度调整信息；天线驱动子系统，用于根据角度调整信息，驱动天线指向目标卫星。本发明通过在天线对星完成后角度改变时，根据目标卫星的信标信号确定天线的角度调整信息，进而根据该角度调整信息驱动天线对准目标卫星，实现自动启动对星程序，保证天线能够时刻对准卫星，提高工作效率。
文档编号H01Q3/02GK102075227SQ200910238048
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者任磊, 李跃, 王激扬, 舒建军, 薛程, 边力军, 马良山, 黄曜明 申请人:中国移动通信集团公司