一种便携式卫星终端辅助对星方法及应用该方法的设备与流程

本发明涉及一种辅助对星方法。更具体地说，本发明涉及一种通过便携式卫星终端实现高精度、高效率的精准对星。

背景技术：

便携式卫星通信地球站(简称便携站)在具备传统卫星通信不受地理位置和距离限制、业务承载灵活多样等优势的同时，因其体积小、重量轻、易于携带在自然条件恶劣的应急通信以及军事通信中发挥着越来越重要的作用。

根据对星方式的不同，便携站分为手动对星便携站和自动对星便携站。自动对星便携站因其体积大、成本高、对企业造成较大的资金压力，不利于大规模的推广应用，相比自动对星便携站，手动对星便携站因为不需要天线伺服系统和跟踪接收机，在重量、体积、成本、功耗和环境适应性方面具有一定的使用优势，但在手动调整天线对星时，当缺少频谱仪等辅助设备时，需要人工在360°的空间范围内进行盲操作，经过反复的比较后，选定信号最好的一个位置，造成对星耗时长、对星精度差的问题，限制了通信链路的建立速度，制约了其通信效能的发挥。

因此，本文提出了一种便携卫星终端及辅助对星方法，为提升手动对星便携站通信效能，先通过计算便携站的方位角和俯仰角的理论值，调整天线到理论值上，观察卫星信标信号强弱，在进行微调。在没有频谱仪的情况下，解决了对星时间长、精度等问题。

同时，现有的卫星终端设备在野外进行探侧作业时，由于野外地势复杂，地势不平，同时现有的设备不能对支撑脚进行高度调节，以适应高低不平的地面，造成设备在地面放置时出现固定不稳甚至倾斜破碎的情况，影响测试数据的精准度。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种便携式卫星终端辅助对星方法，包括：

步骤一，通过gps/北斗单元获取天线实测地以及待对准卫星的经纬度数据；

步骤二，调制解调单元通过串口将gps/北斗单元获取的经纬度数据进行采集，通过计算得出天线对准目标卫星所需要的方位角以及俯仰角的计算值；

步骤三，利用地质罗盘仪或倾角仪将天线的方位角、俯仰角调整至计算值。

优选的是，其中，还包括：

步骤四，调制解调单元利用混叠了噪声的信号的2、4阶矩实现对信噪比snr的估算；

步骤五，选择卫星信标信号，用户与卫星终端实现人机交互，用于接收中心频率设置卫星信标信号参数；

步骤六，调整天线指向，锁定接收信号，当便携卫星终端接收到的信噪比值snr最大时，通信信号质量最好；

步骤七，固定天线方位角、俯仰角和极化角，完成对星操作。

优选的是，其中，所述方位角的计算方法为：

所述俯仰角的计算方法为：

式中：λs-卫星的经度，λr-天线所在地的经度，φr-天线所在地的纬度。

优选的是，其中，所述信噪比snr的估算方法为：通过造表的方法造256个表地址0≤addr≤255，则表地址与的关系为利用查表法得到：

本发明的目的可以进一步由一种应用在便携式卫星终端辅助对星方法的设备来实现，包括：

gps/北斗单元，以获取待对准卫星和天线的经纬度；

调制解调单元，其通信连接至所述gps/北斗单元，以对获取的经纬度数据进行处理；

wifi单元，其用于给卫星终端提供网络，实现人机交互；

以及电源电压单元；

其中，所述gps/北斗单元、调制解调单元以及wifi单元均电连接至所述电源电压单元。

优选的是，其中，所述调制解调单元包括：

中频处理模块，其用于将基带调制信号进行滤波、调制以及放大处理后，将中频信号输出至天线，以及将从天线反馈的中频信号进行解调、滤波处理成基带信号后接收；

基带处理模块，其通信至所述中频处理模块，以将中频处理模块中解调后的基带信号进行捕获、跟踪、同步、解调、解帧后，输出链路数据；

以及主控处理模块，其通信连接至所述中频处理模块与基带处理模块。

优选的是，其中，所述wifi单元采用802.11b/g/n标准通讯协议。

优选的是，其中，所述设备的外部设置有一壳体，其底部预设位置处固定设置有四个支撑柱，各所述支撑柱均通过一连接件进而枢接设置有相配合的四根伸缩杆，各所述伸缩杆均通过一卡件进而实现在壳体上的固定，且各所述伸缩杆均包括：

第一滑动组件和第二滑动组件；

其中，所述第一滑动组件在沿其长度方向上设置有多组间隔预设距离的通孔，每组所述通孔位于同一水平面的两个相对位置上，与每组所述通孔相配合设置在第二滑动组件一端的圆弧状突出部，所述突出部之间通过一弹性元件连接，所述弹性元件与第二支撑组件内侧壁固定连接。

优选的是，其中，所述圆弧状突出部被设置为2个，各所述突出部上均还设置有一用于与所述通孔卡紧的限位槽，每个所述限位槽的凹槽深度均被设置为0.1～0.2cm；

所述弹性元件被设置为具有两焊接端的ω型弹性钢，其与两圆弧状突出部的平滑端焊接连接。

优选的是，其中，各所述伸缩杆的一端还设置有一碗状支撑座。

本发明至少包括以下有益效果：

其一，通过卫星终端对卫星以及天线两地的经纬度数据进行收集与处理，计算出天线对准卫星需要的俯仰角与方位角，给工作人员提供一个实现天线对准时粗调准的数据范围，再通过手动实现精确调整，缩短工作人员在天线对准卫星调位的过程中时间，提高工作效率。

其二，在卫星终端的外壳体底部设置有相配合的四个可伸缩的伸缩杆与支撑杆，使其在野外的复杂地形环境中能够对卫星终端的位置状态进行调节，使其能够处于适于工作进行操作的水平面上，方便工作人员的操作，同时避免卫星终端出现倾斜甚至跌碎的情况。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一种应用便携式卫星终端辅助对星方法的设备模块结构示意图；

图2为本发明种应用便携式卫星终端辅助对星方法的流程图；

图3为本发明一种应用便携式卫星终端辅助对星方法的设备外壳部分结构示意图；

图4为本发明一种应用便携式卫星终端辅助对星方法的设备的伸缩杆结构示意图；

图5发明一种应用便携式卫星终端辅助对星方法的设备的弹性元件放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明一种便携式卫星终端辅助对星方法的一种实现形式，其中包括：

步骤一，通过gps/北斗单元获取天线实测地以及待对准卫星的经纬度数据；

步骤二，调制解调单元通过串口将gps/北斗单元获取的经纬度数据进行采集，通过计算得出天线对准目标卫星所需要的方位角以及俯仰角的计算值；

步骤三，利用地质罗盘仪或倾角仪将天线的方位角、俯仰角调整至计算值。实现卫星终端的定位还包括以下的过程：1、用户登录的验证：验证用户输入的用户名和密码是否正确，确定该用户是否有权限操作本系统，若输入正确、则可进入；2、系统自检：检查整个卫星终端是否有硬件故障。在此模块下，可以反馈该设备的告警信息，包括gps/北斗模块、wifi模块、电源模块、调制解调模块的告警信息。该模块具有最高的优先级，在用户进行任何操作时，如果有告警信息便会弹出提示界面和声音告警，并引导用户进行修复或切换备用模块等处理手段。若模块全部正常，则在图形界面上各模块后面分别显示正常；当模块发生故障时，图形界面上对应的硬件模块后面会显示“故障”，并把该故障的内容和时间记录在告警日志中。3、辅助对星：主要包含卫星参数设置、信噪比snr估算和手动对星三个步骤。在此模块下，可以详细设置卫星参数信息。卫星参数信息包括设置卫星名称、卫星经度、极化方式、信标频率。同时，在获取gps/北斗模块的经纬度信息后，实现对卫星理论值计算，得到方位角、俯仰角、极化的理论值结果。通过手动操作卫星便携站天线来跟踪卫星，用户通过人机界面中的类似频谱仪的图形化界面，显示设定信标频率处的信号频谱的强弱来调节便携站天线的方位、俯仰、极化角度，同时与理论的方位、俯仰、极化角进行对比，实现更精确的对星过程。4、数据库管理：对整个数据库信息进行管理，在辅助对星过程中，用户选择特定卫星，就可以自动从数据库中读取详细信息，显示在相应控件上。用户进入数据库模块可以对各类信息进行操作，包括增加、删除、编辑、更新数据等操作。数据库中主要包括以下三个表格：(1)用户信息数据库中存放的是用户名和密码；(2)卫星数据库存放的是常用卫星参数，包括卫星名称、卫星经度、极化方式和信标频率；(3)地理位置数据库存放的是全国各地区的经纬度参数，它是在gps或北斗不能正常工作时，供应紧急使用的理论值。5、告警信息：功能是反馈便携卫星终端的告警信息，主要包括调制解调器告警、wifi模块告警、gps/北斗模块告警、电源模块告警等几个部分。该模块具有最高的优先级，当用户启动系统软件之后，如果有告警信息都会弹出告警信息提示框，并引导用户进行修复或切换。采用这种方案使的工作人员能够直接根据方位角与俯仰角的大小，利用地质罗盘仪或倾角仪先对天线的位置进行粗定位，既避免了使用自动对星便携站投入大、成本高的弊端，也避免了传统手动对星便携站效率低、精度低、耗时的弊端，具有成本可控、对星效率高的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，还包括：

步骤四，调制解调单元利用混叠了噪声的信号的2、4阶矩实现对信噪比snr的估算；

步骤五，选择卫星信标信号，用户与卫星终端实现人机交互，用于接收中心频率设置卫星信标信号参数；

步骤六，调整天线指向，锁定接收信号，当便携卫星终端接收到的信噪比值snr最大时，通信信号质量最好；

步骤七，固定天线方位角、俯仰角和极化角，完成对星操作。在人工对天线进行精调时，在卫星终端采用了类似频谱仪的图形化界面，能够直接显示预定信标处的信号频谱，当信噪比的比值最大时，也即是信号频谱的最强时，此时具有最好的对星精度，在此位置固定天线即完成天线与卫星的精确对准。采用这种方案具有对准精确高、可实施效果好、可操作性高的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述方位角的计算方法为：

所述俯仰角的计算方法为：

式中：λs-卫星的经度，λr-天线所在地的经度，φr-天线所在地的纬度。采用这种方案具有数据处理精度高、可实施效果好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述信噪比snr的估算方法为：通过造表的方法造256个表地址0≤addr≤255，则表地址与的关系为利用查表法得到：

对接收的复基带信号进行匹配滤波，并假定已经获得理想的符合同步。匹配滤波后取无符号间串扰点，得到统计独立的样本，得到信噪比snr。对于snr保留一位小数，得到的信噪比估算范围为0～20db。通过查表法，将极大的简化了fpga的运算量，从而简化运算时间，节约了硬件资源。采用这种方案具有简化结果、提高工作效率的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

一种应用所述的便携式卫星终端辅助对星方法的设备的实现方式，包括：

gps/北斗单元，以获取待对准卫星和天线的经纬度；

调制解调单元，其通信连接至所述gps/北斗单元，以对获取的经纬度数据进行处理，其通过内置fpga模块对数据进行处理；

wifi单元，其用于给卫星终端提供网络，实现人机交互；

以及电源电压单元，该终端输入直流24v，可以使用电池或者ac适配器供电。电压转换主要是将直流24v转换为系统稳定可靠工作所需的电源提供给各个模块；

其中，所述gps/北斗单元、调制解调单元以及wifi单元均电连接至所述电源电压单元。采用这种方案具有集成度高、体积小、易于携带的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述调制解调单元包括：

中频处理模块，其用于将基带调制信号进行滤波、调制以及放大处理后，将中频信号输出至天线，以及将从天线反馈的中频信号进行解调、滤波处理成基带信号后接收；

基带处理模块，其通信至所述中频处理模块，以将中频处理模块中解调后的基带信号进行捕获、跟踪、同步、解调、解帧后，输出链路数据；

以及主控处理模块，其通信连接至所述中频处理模块与基带处理模块。主控处理模块主要实现1)通过串口对gps/北斗模块的数据进行采集；2)数据存储由sdram和nandflash组成，该部分为嵌入式linux系统的内存环境、文件系统、web服务器、卫星参数及接收gps/北斗卫星数据提供了存储介质；3)人机交互是操作人员使用手机或电脑通过web浏览器进行交互，实现了系统的输入和输出。采用这种方案具有可操作性高、可实施效果好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述wifi单元采用802.11b/g/n标准通讯协议。wifi模块是一款一体化的802.11b/g/n的模块，可以很方便的接入wifi无线网络，从而实现不同业务的传输。采用这种方案具有联网方便、效果好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述设备的外部设置有一壳体，其底部预设位置处固定设置有四个支撑柱1，各所述支撑柱均通过一连接件2进而枢接设置有相配合的四根伸缩杆3，各所述伸缩杆均通过一卡件4进而实现在壳体上的固定，且各所述伸缩杆均包括：

第一滑动组件5和第二滑动组件6；

其中，所述第一滑动组件在沿其长度方向上设置有多组间隔预设距离的通孔7，每组所述通孔位于同一水平面的两个相对位置上，与每组所述通孔相配合设置在第二滑动组件一端的圆弧状突出部8，所述突出部之间通过一弹性元件9连接，所述弹性元件与第二支撑组件内侧壁固定连接。这样设置的目的是为了使各个伸缩杆均能够实现多级调节的目的，从而使卫星终端在野外的环境中处于高低不平的地势上时，通过调节各个伸缩杆的高度，保证卫星终端能够处于相对水平的位置上，方便工作人员的在卫星终端上的操作，每组所述通孔位于同一水平面的两个相对位置上，与每组所述通孔相配合设置在第二滑动组件一端的圆弧状突出部，设置的圆弧状突出部就能够进入第一滑动组件上设置的通孔，使得两个滑动组件卡紧，以实现对卫星终端的支撑固定，所述突出部之间通过一弹性元件连接，设置在突出部之间的弹性元件使得在将其从两端向内挤压的时候，使得其能够压缩至第二伸缩组件的内侧，以保证第二伸缩组件在第一伸缩组件内部上下位移的过程中，不会产生阻滞的情况，所述弹性元件的一端与第二伸缩组件内侧壁固定连接，这样设置是为了将突出部压缩至第二伸缩组件内部的时候，整个弹性元件不会发生位移而产生掉落的情况。采用这种方案具有方便调节、可操作性好、位置调节平稳的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述圆弧状突出部被设置为2个，各所述突出部上均还设置有一用于与所述通孔卡紧的限位槽10，每个所述限位槽的凹槽深度均被设置为0.1～0.2cm，使圆弧状突出部在与第一伸缩组件上的通孔固定卡紧的时候，两者之间有良好紧贴性，不会发生位移偏转；

所述弹性元件被设置为具有两焊接端的ω型弹性钢，其与两圆弧状突出部的平滑端焊接连接，设置的弹性钢具有良好的延展性以及稳定性，人工可以直接通过手动按压进行调节。采用这种方案具有可操作性强、可实施效果好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，各所述伸缩杆的一端还设置有一碗状支撑座(未示出)。设置的碗状支撑座，增大了伸缩杆与地面的接触面积，从而提高卫星终端的支撑稳定性。采用这种方案具有增加接触面积、提高支撑稳定性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的一种便携式卫星终端辅助对星方法及应用该方法的设备的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。