一种卫星站跟星系统及方法与流程

1.本发明涉及智能化卫星站技术领域，尤其是涉及一种卫星站跟星系统及方法。


背景技术：

2.常规便携站、车载静中通等卫星站搜索完成在进入跟踪时，大部分都采用卫星信号比较、圆锥扫描或者“回”字扫描等通过对反复比较大小最终选择最大值位置，同时由于电机控制精度等影响，采集的卫星信号极值可能和卫星信号实际极值位置有一定偏差，这种方法可较为准确的锁定卫星极值位置，目前大部分卫星天线跟踪都是密集采集数，但是由于反复比较，耗时较长，精度稍低。
3.传统卫星天线跟踪方法，方位、俯仰分别从卫星信号无
‑
>有
‑
>无，然后反向运动卫星信号无
‑
>有
‑
>无，并记录全部数值，并通过冒泡法查找最大值对应位置，传统卫星天线跟踪方法需要反复两次大量采点，效率低下，耗时较长，对伺服控制精度要求也比较高，而在应急通信应用时要求强调“时间就是生命”，卫星天线在救援现场快速、精准跟踪到卫星，并开通业务，在应急通信行业为了快速将现场信息上传到指挥平台以便及时作出正确指挥调度，那么就对卫星站跟星时间有较大的要求。目前传统天线跟星时间和跟踪精度显然无法满足新型应急通信要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种卫星站跟星系统及方法，该卫星站跟星系统能够解决现有技术中传统卫星天线跟星时间和跟踪精度无法满足新型应急通信要求的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种卫星站跟星方法，所述方法具体包括：
7.s101，卫星站跟星系统进入跟踪模式；
8.s102，通过主控模块判断接收机识别的卫星信号，当所述接收机识别到的卫星信号逐渐增强时，所述主控模块通过伺服驱动模块控制卫星天线沿原方向步进第一角度，当所述接收机识别到的卫星信号出现减弱趋势时，所述主控模块通过伺服驱动模块控制卫星天线继续运动第二角度后，停止运动，反方向步进若干个点，每次步进后采集acg点并记录此点角度值；
9.s103，所述主控模块通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线运动到方位、俯仰两自由度对应卫星信号极值位置，完成跟星。
10.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
11.进一步地，所述方法还包括s105，通过伺服驱动模块调整所述卫星天线俯仰轴和方位轴的方向。
12.进一步地，所述s105具体包括通过主控模块找到方位轴的最大值位置，在方位轴的最大值位置调整俯仰轴。
13.进一步地，所述方法还包括s106，跟星锁定完成后，所述主控模块锁定当前位置信
息，存储俯仰信息和方位信息。
14.一种卫星站跟星系统，其特征在于，包括：
15.卫星天线，其用于收集卫星传出的卫星信号；
16.接收机，其与所述卫星天线电性相连，用于采集卫星信号；
17.伺服驱动模块；
18.主控模块，其与所述接收机和所述伺服驱动模块电性相连，所述主控模块根据所述接收机采集到的卫星信号实时控制所述伺服驱动模块调整所述卫星天线的俯仰轴和方位轴的运动，追踪目标卫星。
19.进一步地，所述伺服驱动模块包括方位驱动模块和方位电机，所述主控模块和所述方位电机电性相连，所述主控模块用于控制所述方位驱动模块驱动所述方位电机；
20.通过主控模块判断接收机识别的卫星信号，当所述接收机识别到的卫星信号逐渐增强时，所述主控模块通过方位驱动模块驱动所述方位电机控制卫星天线沿原方向步进第一角度，当所述接收机识别到的卫星信号出现减弱趋势时，所述主控模块通过通过方位驱动模块驱动所述方位电机控制卫星天线继续运动第二角度后，停止运动，反方向步进若干个点，每次步进后采集acg点并记录此点角度值。
21.进一步地，所述主控模块通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线运动到方位对应卫星信号极值位置，完成方位极值精搜。
22.进一步地，所述寻星建模公式为：
23.y＝ax2+bx+c
24.式中：x为对应方位运动位置值，y为对应从主控板从信标机或者dvb采集到实际卫星信号电平值，a、b、c为三个参数的值；
25.根据曲线方程对应的极值方法得到在
‑
b/2a位置时对应最大卫星信号。
26.进一步地，所述主控模块通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线运动到方位对应卫星信号极值位置，完成方位极值精搜。
27.进一步地，所述伺服驱动模块包括俯仰驱动模块和俯仰电机、所述主控模块和所述俯仰电机电性相连，所述主控模块用于控制所述俯仰驱动模块驱动所述俯仰电机；
28.通过主控模块找到所述卫星天线方位轴的最大值位置，在方位轴的最大值位置调整所述卫星天线的俯仰轴。
29.本发明具有如下优点：
30.本发明中的卫星站跟星系统，通过主控模块根据多模检测模块采集到的卫星信号实时控制伺服驱动模块调整卫星天线的运动，追踪目标卫星；通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线运动到方位对应卫星信号极值位置，完成跟星；该卫星站跟星系统跟星简单、跟星快且精度高。不仅可以满足我国应急通信的迫切需要，提高我国应对突发公共事件的能力，而且对保障我国的通信安全，也具有十分重要的意义。解决了现有技术中传统卫星天线跟星时间和跟踪精度无法满足新型应急通信要求的问题。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例中卫星站跟星方法的流程图；
33.图2为本发明实施例中卫星站跟星系统的结构示意图；
34.图3为本发明实施例中卫星站跟星系统的结构示意图；
35.图4为本发明实施例中卫星站跟踪流程图；
36.图5为本发明实施例中方位算法建模流程图。
37.附图标记说明：
38.卫星天线10，接收机20，伺服驱动模块30，方位驱动模块301，方位电机302，俯仰驱动模块303，俯仰电机304，主控模块40。
具体实施方式
39.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，一种卫星站跟星方法，所述方法具体包括：
41.s101，开启跟踪模式；
42.本步骤中，卫星站跟星系统进入跟踪模式；
43.s102，主控模块控制伺服驱动模块调整卫星天线的运动；
44.本步骤中，通过主控模块40判断接收机20识别的卫星信号，当所述接收机20识别到的卫星信号逐渐增强时，所述主控模块40通过伺服驱动模块30控制卫星天线10沿原方向步进第一角度，当所述接收机20识别到的卫星信号出现减弱趋势时，所述主控模块40通过伺服驱动模块30控制卫星天线10继续运动第二角度后，停止运动，反方向步进若干个点，每次步进后采集acg点并记录此点角度值；
45.s103，将卫星天线运动到方位、俯仰两自由度对应卫星信号极值位置；
46.本步骤中，所述主控模块40通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线10运动到方位、俯仰两自由度对应卫星信号极值位置，完成跟星。
47.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
48.进一步地，所述方法还包括s105，通过伺服驱动模块30调整所述卫星天线10俯仰轴和方位轴的方向。
49.进一步地，所述s105具体包括通过主控模块40找到方位轴的最大值位置，在方位轴的最大值位置调整俯仰轴。
50.进一步地，所述方法还包括s106，跟星锁定完成后，所述主控模块40 锁定当前位置信息，存储俯仰信息和方位信息。
51.如图2
‑
3所示，一种卫星站跟星系统，其特征在于，包括：
52.卫星天线10，其用于收集卫星传出的卫星信号；
53.接收机20，其与所述卫星天线10电性相连，用于采集卫星信号；
54.伺服驱动模块30；
55.主控模块40，其与所述接收机20和所述伺服驱动模块30电性相连，所述主控模块40根据所述接收机20采集到的卫星信号实时控制所述伺服驱动模块30调整所述卫星天线10的俯仰轴和方位轴的运动，追踪目标卫星。
56.如图4所示，本发明的卫星站跟星系统是硬件和结构采用通用设计，伺服采用小型直流电机，自研驱动器，相比传统天线：步进电机和标准伺服模块的结合，体积小，重量也要轻很多，卫星站跟踪流程如下：
57.s101，天线初始化；
58.s102，天线展开；
59.s103，天线准备搜索；
60.s104，天线搜索；
61.s105，天线跟踪(含锁定)；
62.s106，天线收藏；
63.本步骤中，伺服完成跟星锁定后将当前位置信息，俯仰、方位等信息存储起来，便于下次重新后快速对星。
64.s107，天线手动；
65.本步骤中，天线手动可影响天线准备搜索、天线搜索、天线跟踪(含锁定)和天线收藏；
66.如图5所示，卫星站在完成搜索前先确定是否定位，如果此时的经纬度和上次存储的经纬信息一致则直接将俯仰运转到上次存储俯仰位置，如不一致，则按照新的位置信息进行计算搜索。如果未定位(30s内)则卫星天线10会将上次存储的定位信息取出，计算出理论俯仰、方位、极化，然后开始搜索。卫星站跟星系统每次完成搜索后会进入跟踪模式；
67.卫星跟踪信号标准：当前信号强度>跟踪信号强度
68.当接收机20接收到的卫星信号逐渐增强时，卫星天线10沿着该方向运动，每次步进0.2
°
以内，方位继续进入跟踪前方向运动，到接收机20 识别信号减弱趋势时，并继续运动1.05
°
停止运动。反方向步进0.15
°
，步进16个点，共2.4
°
，每次步进后采集agc点，确保此点agc可靠有效并记录此点角度值；16组数据对比最大点两边各5个点，进行拟合处理，即可快速得到最大agc点对应角度，角度值就是对应的就是x轴的值，信号强度对应的就是y轴的值，判断角度合法性。
69.进一步地，所述伺服驱动模块30包括方位驱动模块301和方位电机 302，所述主控模块40和所述方位电机302电性相连，所述主控模块40用于控制所述方位驱动模块301驱动所述方位电机302；
70.通过主控模块40判断接收机20识别的卫星信号，当所述接收机20识别到的卫星信号逐渐增强时，所述主控模块40通过方位驱动模块301驱动所述方位电机302控制卫星天线10沿原方向步进第一角度，当所述接收机 20识别到的卫星信号出现减弱趋势时，所述主控模块40通过通过方位驱动模块301驱动所述方位电机302控制卫星天线10继续运动第二角度后，停止运动，反方向步进若干个点，每次步进后采集acg点并记录此点角度值。
71.进一步地，所述主控模块40通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线10运动到方位对应卫星信号极值位置，完成方位极值精搜。
72.进一步地，所述寻星建模公式为：
73.y＝ax2+bx+c
74.式中：x为对应方位运动位置值，y为对应从主控板从信标机或者dvb采集到实际卫星信号电平值，a、b、c为三个参数的值；
75.根据曲线方程对应的极值方法得到在
‑
b/2a位置时对应最大卫星信号。
76.在上述选择的5个点可计算得到：a，b，c三个参数的值，根据曲线方程对应的极值方法得到在
‑
b/2a位置时对应最大信号，在实际测试验证中通过和手动模式找到极值信号差0.1，但是卫星信号本身波动远＞0.1，因此可以忽略因误差导致对跟踪精度的影响。
77.在确定最大值位置后将卫星天线10方位直接运动到方位对应信号极值位置，此时完成方位极值精搜。相对传统天线，本方法只需要采集少量点，判断信号变化趋势后即可通过拟合实现极值位置确认，相对传统卫星跟踪来说跟踪时间可及节省至少一半以上。
78.进一步地，所述主控模块40通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线10运动到方位对应卫星信号极值位置，完成方位极值精搜。
79.进一步地，所述伺服驱动模块30包括俯仰驱动模块303和俯仰电机 304、所述主控模块40和所述俯仰电机304电性相连，所述主控模块40用于控制所述俯仰驱动模块303驱动所述俯仰电机304；
80.通过主控模块40找到所述卫星天线10方位轴的最大值位置，在方位轴的最大值位置调整所述卫星天线10的俯仰轴。
81.在调整完方位后，开始调制俯仰，原理及方法同方位。通过方位、俯仰调整天线可快速精准跟踪到目标卫星，卫星锁定时间可控制在50s以内，相比传统卫星天线10跟踪效率可提高60％以上。卫星站跟踪时，后期再微调时，主要是俯仰和方位两轴方向调整，先在某个轴方向找到信号最大值位置，再在最大值位置调整另一个轴，每个轴向运动方式及控制策略一致。
82.伺服完成跟星锁定后将当前位置信息，俯仰、方位等信息存储起来，便于下次重新后快速对星。
83.该卫星站跟星系统具有以下优点：
84.跟星快：相比于传统天线跟星，效率可提高60％以上；
85.通用型强：可适用于车载静中通卫星天线10、便携站卫星天线10、中大型固定站等；
86.实现简单，成本低：该模块采用传统硬件检测模块，安装方便，价格低，非常有利于市场的应用推广；
87.国产化率100％，整个产品全部为国产器件。
88.该卫星站跟星系统使用过程如下：
89.使用时，操作人员卫星站跟星系统进入跟踪模式；通过主控模块40判断接收机20识别的卫星信号，当所述接收机20识别到的卫星信号逐渐增强时，所述主控模块40通过伺服驱动模块30控制卫星天线10沿原方向步进第一角度，当所述接收机20识别到的卫星信号出现减弱趋势时，所述主控模块40通过伺服驱动模块30控制卫星天线10继续运动第二角度后，停止运动，反方向步进若干个点，每次步进后采集acg点并记录此点角度值；所述主控模块40通过寻星建模公式并根据若干个acg点确定极值位置，将卫星天线10运动到方位对应卫星信号极值位置，完成跟星。
90.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、" 水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
91.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、 "第二"的特征可以明示或者隐含地包括或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
92.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。