一种动中通天线的寻星方法与流程

本发明涉及一种动中通天线的寻星方法，属于动中通天线伺服控制领域,可广泛用于车载、舰载、机载动中通天线。

背景技术：

动中通天线在车辆、船舶、飞机等移动载体运动过程中，可实时跟踪同步轨道卫星，通过卫星转发信号，实现不间断的语音、数据、图像等信息传输，可满足移动条件下宽带卫星通信的需要。

为了降低成本，动中通天线一般使用低成本MEMS惯导，MEMS惯导精度低，无法提供航向信息，因此，需要动中通天线方位角做匀速扫描，完成初始寻星。由于事先不知道信标信号的幅度值，一般需要根据经验设置一个固定的检测门限，天线方位角进行0°~360°的匀速扫描，同时采集信标信号，与设置的门限值进行比较，如果信号大于门限值则认为捕获卫星，转入跟踪状态，完成初始寻星。这种方法有两方面缺点：一方面采用固定门限值的检测算法，容易受外界环境噪声干扰，引起错误检测，造成初始寻星失败；另一方面，算法未进行二次粗扫描，当信标信号较强时，容易造成天线旁瓣指向卫星，跟踪算法无法收敛到天线主瓣，引起初始寻星失败。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种动中通天线的寻星方法。

本发明的动中通天线的寻星方法，包括以下步骤：

（1）根据载体的横滚角和纵倾角，计算卫星的俯仰角和极化角；

（2）驱动天线的俯仰角和极化角，分别与计算的俯仰角和极化角相一致；

（3）方位角以恒定速度运转，进行第一次粗扫描，同时，采集信标接收机的信标信号，与计算的检测门限值进行比较，如果信标信号大于门限值，则认为动中通天线捕获卫星；

（4）捕获卫星后，以当前天线位置为起始点，方位角和俯仰角分别按照螺旋线轨迹，进行二次粗扫描，同时记录二次粗扫描过程中信标信号最大值，以及对应天线的位置信息，待二次粗扫描时间达到设定值，则停止第二次粗扫描，并调转天线至第二次粗扫描信标信号最大值对应的位置；

（5）天线到达信标信号最大值对应的位置后，以当前天线位置为起始点，方位角和俯仰角按照螺旋线轨迹，进行精扫描，同时记录扫描过程中的信标信号最大值和天线位置信息，待精扫描时间达到设定值，则停止精扫描，并调转天线至精扫描信标信号最大值对应的位置，完成寻星过程。

步骤1中的计算卫星的俯仰角和极化角的计算公式如下：

式中

其中为载体纵倾角，为载体横滚角，为天线当前的方位角；、和分别为地理坐标系中卫星对应的方位角、俯仰角和极化角，计算公式如下：

其中为卫星的经度，为动中通天线的经度，为动中通天线的纬度。

步骤3中的检测门限值Th_m计算公式为：

式中为第个信标信号采样值，为参考的信标信号采样值个数，为检测因子，同时，为了提高检测性能，在被检测的信标信号采样值与参考的信标信号采样值之间设置X个保护单元。

步骤4中的扫描螺旋线轨迹的方位角和俯仰角计算公式分别为：

其中，为扫描时间，为扫描周期。

步骤5中的扫描螺旋线轨迹的方位角和俯仰角计算公式分别为：

。

本发明的寻星方法能根据噪声环境自适应计算检测门限值，提高了检测算法的抗干扰能力。本发明的寻星方法，具有寻星速度快、精度高、准确率高的特点。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明中的信标信号检测准则示意图。

图3为本发明中的二次粗扫描轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。

图1为本发明的流程图，从图中可以看出，本发明的动中通天线的寻星方法，包括以下步骤：

（1）根据载体的横滚角和纵倾角，计算卫星的俯仰角和极化角，计算公式如下：

式中

其中为载体纵倾角，为载体横滚角，为天线当前的方位角；、和分别为地理坐标系中卫星对应的方位角、俯仰角和极化角，计算公式如下：

其中为卫星的经度，为动中通天线的经度，为动中通天线的纬度。

（2）驱动天线的俯仰角和极化角，到达和。

（3）图2为信标信号的检测准则示意图，方位角以恒定速度°/s运转，进行第一次粗扫描，同时，采集信标接收机的信标信号，与计算的检测门限值Th_m进行比较，如果信标信号大于门限值，则认为动中通天线捕获卫星。第m个信标信号采样值对应的检测门限值Th_m为：

式中为第个信标信号采样值，为参考的信标信号采样值个数，为检测因子，同时，为了提高检测性能，在被检测的信标信号采样值与参考的信标信号采样值之间设置X=10个保护单元。

（4）图3为二次粗扫描的方位角和俯仰角的轨迹曲线，以当前天线位置为起始点，方位角和俯仰角分别按照轨迹和运转，进行二次粗扫描，同时记录二次粗扫描过程中信标信号最大值和天线位置信息，待二次粗扫描时间达到设定值，则停止第二次粗扫描，并调转天线至第二次粗扫描信标信号最大值位置。方位角和俯仰角扫描轨迹为：

其中，为扫描时间，为扫描周期。

（5）以当前天线位置为起始点，方位角和俯仰角分别按照轨迹和，进行精扫描，同时记录扫描过程中的信标信号最大值和天线位置信息，待精扫描时间达到设定值，则停止精扫描，并调转天线至精扫描信标信号最大值位置，完成寻星过程。方位角和俯仰角扫描轨迹为：

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