专利名称：动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于卫星通信系统天线波束跟踪技术领域，尤其是涉及一种动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置。
背景技术：
随着经济全球化和信息化的发展，人们迫切需要在旅途中及特殊情况时如抗震救 灾等的任何地方、任何时间都能实时传递或接收宽带、大容量的语音、数据、图像、视频等多 媒体信息，以便更快、更准确地掌握瞬息万变的时局。卫星通信是唯一能在不同环境下同时 提供不同业务需求的通信系统。但由于ITU分配给卫星移动业务的带宽较低，很难满足宽 带通信业务的需求。基于卫星固定业务的“动中通”通信系统为这一理想的实现提供了可 能。动中通卫星通信系统是指安装卫星天线的移动载体(如汽车、火车、飞机、轮船等)能够 与静止卫星(即同步轨道卫星一目标卫星)建立通信链路并能够在载体快速运动的过程中 保持通信链路的畅通以实现实时通信的系统。由于静止卫星距地面的距离很远(约36000 公里)，因此要实现移动载体与静止卫星间的宽带多媒体通信，就必须采用高增益的定向天 线。由于这种天线的波束很窄，要保证移动载体在快速运动过程中能够与静止卫星进行正 常不间断的通信，则必须使天线波束始终以一定的精度对准卫星。实际使用过程中，影响动中通卫星通信系统性能的主要原因包括移动载体的运动 姿态和系统跟踪能力，要想实现卫星通信在运动过程中始终正常通信，动中通卫星通信系 统的天线波束必须在方位、俯仰和极化三个轴同时进行精密跟踪控制。固定卫星通信地面 站的跟踪技术已经广为人知，如手动/程序跟踪、步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪 等，后三种跟踪算法在捕获到卫星信号后，能自动跟踪卫星，因而被统称为自动跟踪技术， 这三种自动跟踪技术虽能应用于动中通跟踪系统的设计，但在不同程度上制约了系统的普 及和应用，如圆锥扫描和单脉冲跟踪的实现必须引入额外的器件，必将增加系统的复杂性 和成本；传统的步进跟踪具有动态滞后、跟踪精度较低、跟踪速度较慢等缺陷和不足。2004 年1月21日公开的实用新型专利申请CN1469132A(专利申请号为02126611. 5)中披露了 一种适用于移动卫星地面站系统的基于梯度法的跟踪方法，然而其跟踪的过程是在方位和 俯仰面交替进行的，操作起来不方便。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种动中 通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其设计简单、成本低、不需改变原有跟踪系统的硬件结 构且操作简便、跟踪精度高、跟踪速度快，克服了现有天线波束跟踪目标卫星时存在的操作 不便、跟踪步骤繁琐、跟踪精度较低且跟踪速度较慢等不足。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种动中通卫星通信系统 天线波束跟踪装置，其特征在于包括对承载移动地面站天线所处移动载体的经纬度进行 实时检测的地理位置检测单元、对所述移动载体的姿态信息进行实时检测的载体姿态检测单元、对移动地面站天线传送至通讯设备接收机的接收信号的强度进行实时检测的信号强 度检测单元、分别与所述地理位置检测单元、载体姿态检测单元和信号强度检测单元相接 的信号调理电路以及与所述信号调理电路相接且利用同时扰动随机逼近方法对移动地面 站天线的天线波束对准目标卫星的梯度进行估计并相应对伺服驱动器进行控制的主控计 算机，所述伺服驱动器对分别驱动移动地面站天线的方位轴和俯仰轴的方位电机和俯仰电 机进行控制，所述主控计算机与伺服驱动器相接。 上述动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征是所述地理位置检测单元 为GPS定位系统。上述动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征是所述载体姿态检测单元 为陀螺仪。上述动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征是所述信号调理电路为A/ D转换电路。上述动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征是所述信号强度检测单元 对与移动地面站天线相接的高频头与通讯设备接收机之间的接收信号的强度进行实时检 测。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、设计简单、接线方便、成本低、不需改变原有跟踪系统的硬件结构且使用效果 好、易于推广应用2、所用的跟踪方法设计合理，智能化程度高且操作简便，其跟踪过程具体为利用 同时扰动随机逼近方法对动中通天线波束对准卫星的梯度进行估计，并结合随机扰动调整 过程中天线波束的前后两次不同指向时带噪声的信号强度的测量值(即每次估计时仅用 随机干扰调整过程中前后两次带噪声的信号强度的测量值进行估计)，通过主控计算机内 部处理形成误差信号，驱动伺服系统使天线波束同时在方位面和俯仰面以接收信号的最陡 上升方向即梯度方向对天线波束进行调整并跟踪目标卫星。3、跟踪效果好、跟踪精度高、跟踪速度快且简单易行、实现方便，主控计算机完成 初始捕获后，利用同时扰动随机逼近方法的动中通卫星通信系统天线波束跟踪方法跟踪目 标卫星，并判断卫星信号是否丢失而进入重捕获阶段直到信号恢复接收之后，再重新进入 采用动中通卫星通信系统天线波束跟踪方法的跟踪阶段。系统在初始捕获或重捕获节段和 跟踪阶段两个阶段之间自动切换，完成动中通卫星通信系统天线波束对目标卫星的捕获和 足艮S宗。4、适用范围广且易于推广应用，初始捕获或重捕获阶段由主控计算机根据计算得 出的天线波束的方位角和俯仰角产生控制电压，驱动伺服系统进行空域搜索；而跟踪阶段 的跟踪误差信号由主控计算机通过同时扰动随机逼近方法的动中通卫星通信系统天线波 束跟踪方法计算获得，并同时对方位和俯仰跟踪进行处理，因而本实用新型特别适用于车 载、机载、船载等移动载体中的卫星跟踪过程。综上所述，本实用新型设计简单、成本低、不需改变原有跟踪系统的硬件结构且使 用操作简便、跟踪精度高、跟踪速度快、简单易行，其利用同时扰动随机逼近方法对动中通 通信系统中天线波束对准卫星的梯度进行估计，并根据估计的值对天线波束的方位面和俯 仰面同时进行调整，使天线波束以接收信号的最陡上升方向跟踪目标卫星，克服了动中通通信系统中天线波束跟踪目标卫星时所存在的使用操作不便、跟踪方法步骤繁琐、跟踪精 度较低且跟踪速度较慢等缺陷和不足。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的电路原理框图。图2为本实用新型的使用方法流程图。
附图标记说明I-GPS定位系统；2-陀螺仪；3-移动地面站天线；4-卫星电视；5-通讯设备接收机；6-信号强度检测单元；7-主控计算机；8-A/D转换电路；9_伺服驱动器；10-方位电机；11-俯仰电机； 12-高频头。
具体实施方式
如图1所示的一种动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，包括对承载移动地面 站天线3所处移动载体的经纬度进行实时检测的地理位置检测单元、对所述移动载体的姿 态信息进行实时检测的载体姿态检测单元、对移动地面站天线3传送至通讯设备接收机5 的接收信号的强度进行实时检测的信号强度检测单元6、分别与所述地理位置检测单元、载 体姿态检测单元和信号强度检测单元6相接的信号调理电路以及与所述信号调理电路相 接且利用同时扰动随机逼近方法对移动地面站天线3的天线波束对准目标卫星的梯度进 行估计并相应对伺服驱动器9进行控制的主控计算机7，所述伺服驱动器9对分别驱动移动 地面站天线3的方位轴和俯仰轴的方位电机10和俯仰电机11进行驱动控制，所述主控计 算机7与伺服驱动器9相接。所述方位电机10和俯仰电机11的动力输出轴通过传动机构 分别与所述移动地面站天线3的方位轴和俯仰轴相接，所述伺服驱动器9分别与方位电机 10和俯仰电机11相接。本实施例中，所述地理位置检测单元为GPS定位系统1，所述载体姿态检测单元为 陀螺仪2，所述信号调理电路为A/D转换电路8。所述信号强度检测单元6对与移动地面站 天线3相接的高频头12与通讯设备接收机5之间的接收信号的强度进行实时检测。结合图2，本实用新型的工作过程包括以下步骤步骤一、初始捕获通过主控计算机7对伺服驱动器9进行控制，使得移动地面站 天线3的天线波束对准目标卫星，其捕获过程包括以下步骤101、信息实时检测与同步传送所述地理位置检测单元、载体姿态检测单元和信 号强度检测单元6分别对所述移动载体的经纬度、所述移动载体的姿态和移动地面站天线 3传送至通讯设备接收机5的接收信号的强度进行实时检测，并将所检测信号同步传送至 所述信号调理电路进行处理后，再同步上传至主控计算机7 ；102、天线指向目标卫星的目标方位角和目标俯仰角计算主控计算机7调用角度计算模块且根据公式
权利要求一种动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征在于包括对承载移动地面站天线(3)所处移动载体的经纬度进行实时检测的地理位置检测单元、对所述移动载体的姿态信息进行实时检测的载体姿态检测单元、对移动地面站天线(3)传送至通讯设备接收机(5)的接收信号的强度进行实时检测的信号强度检测单元(6)、分别与所述地理位置检测单元、载体姿态检测单元和信号强度检测单元(6)相接的信号调理电路以及与所述信号调理电路相接且利用同时扰动随机逼近方法对移动地面站天线(3)的天线波束对准目标卫星的梯度进行估计并相应对伺服驱动器(9)进行控制的主控计算机(7)，所述伺服驱动器(9)对分别驱动移动地面站天线(3)的方位轴和俯仰轴的方位电机(10)和俯仰电机(11)进行驱动控制，所述主控计算机(7)与伺服驱动器(9)相接。
2.按照权利要求1所述的动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征在于所述 地理位置检测单元为GPS定位系统(1)。
3.按照权利要求1或2所述的动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征在于 所述载体姿态检测单元为陀螺仪(2)。
4.按照权利要求1或2所述的动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征在于 所述信号调理电路为A/D转换电路(8)。
5.按照权利要求1或2所述的动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，其特征在于 所述信号强度检测单元(6)对与移动地面站天线(3)相接的高频头(12)与通讯设备接收 机(5)之间的接收信号的强度进行实时检测。
专利摘要本实用新型公开了一种动中通卫星通信系统天线波束跟踪装置，包括对移动载体经纬度进行实时检测的地理位置检测单元、对移动载体姿态信息进行实时检测的载体姿态检测单元、对移动地面站天线传至通讯设备接收机的接收信号强度进行实时检测的信号强度检测单元、信号调理电路和对移动地面站天线波束对准目标卫星的梯度进行估计并相应对伺服驱动器进行控制的主控计算机，伺服驱动器对驱动移动地面站天线方位轴和俯仰轴的方位和俯仰电机进行控制。本实用新型设计简单、成本低、不需改变原有跟踪系统的硬件结构且操作简便、跟踪精度高、跟踪速度快，克服了现有天线波束跟踪目标卫星存在的操作不便、跟踪步骤繁琐、跟踪精度较低且跟踪速度较慢等不足。
文档编号H01Q3/08GK201773946SQ20102028239
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者任嘉伟, 姚敏立, 贾维敏, 郝路瑶, 金伟 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院