寻星方法.pdf

一种寻星方法，包括三个粗调寻星方案、一个细调寻星方案和跟踪模式。本发明的优点是成本低，安装要求不高，调试较为方便；能实时得到天线的方位、俯仰角值，不受天气或地磁等外部因素的干扰；寻星快速、准确和稳定。

1、  一种寻星方法，包括以下步骤：
(1)根据GPS数据及目标卫星经纬度算出设备对应的空间坐标；
(2)根据天线的极化、方位、俯仰理论值，快速调整天线臂到达调整点；
(3)方位寻星范围设定为4度，俯仰寻星范围设定为2度；
(4)实施寻星方案一：开始粗调寻星过程，并比对信标信号电平，记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(5)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(6)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，则进入下一步；
(7)实施寻星方案二：俯仰寻星范围不变，加大方位搜索到最大，重新进行粗调寻星；
(8)记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(9)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(10)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，则进入下一步；
(11)实施寻星方案三：原搜索方位范围不变，进一步加大俯仰搜索范围，重新进行粗调寻星；
(12)记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(13)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(14)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，返回到等待模式。

2、  按权利要求1所述的寻星方法，其特征在于：
所述的细调寻星过程和跟踪模式的步骤是：
①以当前的天线臂位置为中心，以小步距进行方位、俯仰角的微调；
②比对信标信号电平是否变化？
③若是，则以该点为新的中心再次进行方位、俯仰角的微调；若电平无变化，返回到原中心点位置；
④使Modem正常进行收、发通讯；
⑤判断信号是否低于最大信号电平-Δ₁门限值？
若是，判断是否已确认了ns的时间？若未确认ns时间，则返回第⑤步；
若不是，则进入下一步；
⑥判断信号是否低于最大信号电平-Δ₁门限值？
若是，判断是否已确认了ns的时间？若未确认ns时间，则返回第⑤步；若确认了ns时间，则进入下一步；
⑦根据倾斜仪读数修正当前天线的俯仰角值。

寻星方法
技术领域
本发明涉及一种寻星方法，特别涉及一种利用倾斜仪来进行寻星的方法。
背景技术
目前通常采用电子罗盘3轴定位天线姿态的方式，同时采用特定算法得到天线的方位俯仰横滚三个角度数值。但存在以下缺点：成本较高；体积大；方位测量极其容易受到包括地磁、金属设备、天气等多方面影响，并且在影响到方位的同时，对另两个数值也会造成干扰，也正由于这个原因，所以该设备不能直接安装在金属天线面上，只能通过测量天线姿态来间接计算得到实际角度值；同时安装精度要求较高。
发明内容
本发明的技术问题是要提供一种成本低、不受电磁或天气等外部因素干扰的寻星方法。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种寻星方法，包括以下的步骤：
(1)根据GPS数据及目标卫星经纬度算出设备对应的空间坐标；
(2)根据天线的极化、方位、俯仰理论值，快速调整天线臂到达调整点；
(3)方位寻星范围设定为4度，俯仰寻星范围设定为2度；
(4)实施寻星方案一：开始粗调寻星过程，并比对信标信号电平，记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(5)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(6)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，则进入下一步；
(7)实施寻星方案二：俯仰寻星范围不变，加大方位搜索到最大，重新进行粗调寻星；
(8)记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(9)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(10)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，则进入下一步；
(11)实施寻星方案三：原搜索方位范围不变，进一步加大俯仰搜索范围，重新进行粗调寻星；
(12)记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(13)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(14)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，返回到等待模式。
所述的细调寻星过程和跟踪模式的步骤是：
①以当前的天线臂位置为中心，以小步距进行方位、俯仰角的微调；
②比对信标信号电平是否变化？
③若是，则以该点为新的中心再次进行方位、俯仰角的微调；若电平无变化，返回到原中心点位置；
④使Modem正常进行收、发通讯；
⑤判断信号是否低于最大信号电平-Δ₁门限值？
若是，判断是否已确认了ns的时间？若未确认ns时间，则返回第⑤步；
若不是，则进入下一步；
⑥判断信号是否低于最大信号电平-Δ₁门限值？
若是，判断是否已确认了ns的时间？若未确认ns时间，则返回第⑤步；若确认了ns时间，则进入下一步；
⑦根据倾斜仪读数修正当前天线的俯仰角值。
本发明的优越功效在于：
1)成本低，安装要求不高，调试较为方便；
2)能实时得到天线的方位、俯仰角值，不受天气或地磁等外部因素的干扰；
3)寻星快速、准确和稳定。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
具体实施方式
请参阅附图所示，本发明提供了一种寻星方法，包括以下的步骤：
(1)根据GPS数据及目标卫星经纬度算出设备对应的空间坐标；
(2)根据天线的极化、方位、俯仰理论值，快速调整天线臂到达调整点；
(3)方位寻星范围设定为4度，俯仰寻星范围设定为2度；
(4)实施寻星方案一：开始粗调寻星过程，并比对信标信号电平，记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(5)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(6)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，则进入下一步；
(7)实施寻星方案二：俯仰寻星范围不变，加大方位搜索到最大，重新进行粗调寻星；
(8)记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(9)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(10)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，则进入下一步；
(11)实施寻星方案三：原搜索方位范围不变，进一步加大俯仰搜索范围，重新进行粗调寻星；
(12)记下最大信标信号值及其对应的方位、俯仰角度值；
(13)判断当前最大信号是否为有效卫星信号？
(14)若是，进入细调寻星过程和跟踪模式；若不是，返回到等待模式。
本发明的粗调有三个实施方案，对应在不同情况下使用：
粗调寻星方案一：矩形粗扫，以理论值为矩阵中心，以方位X俯仰Y为矩阵长宽，进行扫描。此处的X、Y可由用户自定义，单位为度，默认取方位4度、俯仰2度。之所以如此取值，是由于天线面上安装有倾斜仪，能较准确测定卫星当前的实际俯仰角度，所以矩形粗扫的俯仰扫描范围可以相对较小。在一般情况下，使用粗调寻星方案一的扫描，能在3分钟之内找到目标卫星的一个初步控件坐标。
粗调寻星方案二：在发现粗调寻星方案一扫星失败时，表示当前存在天线姿态偏移或倾斜。其原因可能是地震导致的地质地形变动所引发的。因为存在倾斜仪的关系，所以一般情况下，俯仰角度不可能出现较大的偏差，唯一有可能的只能是方位发生了较大偏移。如此，粗调寻星方案二即在方案一的基础上自动扩大方位X的取值到最大，而俯仰Y则取值不变，以此来重新寻找卫星。此粗调寻星方案二中有一个经验值，该经验值是用于当扫描到有效信号时，就与此经验值进行对比，当发现大于等于经验值，则认为已经初步找到该值，并立即停止扫描进入细调过程，所以其扫描时间一般在1分钟到20分钟不等。
粗调寻星方案三：如果上述两种粗调寻星方案都无法找到有效的信号，则说明当前设备出现了一些不可预知的问题，包括可能的倾斜仪、信标等设备的故障；地形变化已经超出实际可扫描的范围等。为保证最大可能的寻到目标卫星，程序将会进行粗调寻星方案三的扫描。即将粗调寻星方案一和粗调寻星方案二未扫描到的部分进行补充扫描。与粗调寻星方案二相同的是，也同样采取经验值对比法，一旦找到有效信号时将立刻停止粗调，进入细调步骤。其扫描时间则要视天线偏移情况或硬件设备的故障程度而有较大差别。
本发明采用三种粗调寻星方案的优点是：
1.在正常情况下，利用粗调寻星方案一的粗调，由于是扫描范围小，操作精准，所以能达到快速定位的效果；
2.在天线姿态受外界影响的情况下，仍然能通过粗调寻星方案二找到实际空间坐标并定位，解决了在一些灾难性区域中仍然保持正常工作的可能；
3.当发生一些不可知的外界错误或硬件故障，通过粗调寻星方案三，可保证最大限度的找到目标卫星并定位。
所述的细调寻星过程和跟踪模式的步骤是：
①以当前的天线臂位置为中心，以小步距进行方位、俯仰角的微调；
②比对信标信号电平是否变化？
③若是，则以该点为新的中心再次进行方位、俯仰角的微调；若电平无变化，返回到原中心点位置；
④使Modem正常进行收、发通讯；
⑤判断信号是否低于最大信号电平-Δ₁门限值？
若是，判断是否已确认了ns的时间？若未确认ns时间，则返回第⑤步；
若不是，则进入下一步；
⑥判断信号是否低于最大信号电平-Δ₁门限值？
若是，判断是否已确认了ns的时间？若未确认ns时间，则返回第⑤步；若确认了ns时间，则进入下一步；
⑦根据倾斜仪读数修正当前天线的俯仰角值。
当通过粗调寻星方案找到一个粗略的卫星方位后，需要能通过细调寻星方案来准确快速的对星。
以粗调寻星方案所得到的空间坐标为中心点进行细微调整。例如以当前坐标向右移动方位0.3度范围，发现信号变大则记录下当前坐标，并继续右移。当发现信号变小超过一定量，则表明这个方向上已经没有更大坐标，则返回最近一次记录下的空间坐标。以此类推，细调寻星方案最终将确定下一个上下左右均小于或等于当前坐标的点为目标卫星的实际坐标。
采用细调寻星方案的优点如下所示：
1.速度快：经过实验验证，每个方向只需要搜索一次，既能确定最大信号点，无需过多的繁杂步骤和判断，使对星速度极快；
2.精度高：因为细调寻星方案的扫描方式采用的是线扫方式，与一般的步距扫描不同的是，细调寻星方案随时记录下在扫描中的任意点的坐标，而几乎没有误差。所以只要角度检测足够准确，扫描精度也就同样能够保证。事实上本发明扫描所得信号偏差均＜0.33dB。
为了时刻锁定已找到的卫星信号，保证用户能长时间工作而信号不发生变化。由于卫星通讯随时可能会随环境、天气、人为等因素而发生微小的偏转，导致信号渐渐变弱，此时就需要能够检测并锁定最大信号的方位，跟踪模式启动此作用：
1.雨衰
此种情况在KU波段上尤为明显，即当天空云层较厚或环境恶劣的时候，会对接收信号造成很大的影响。从表面上看，信号已经下降，则本发明应当自动对其修正或重新找星。但其实，天线设备只需保持当前姿态而无需任何动作的。针对这样的情况，需要加入一个判断因素，即姿态——锁定步骤将不断通过检测倾斜仪的值来判断地形的改变与否，如果发现信号减弱而姿态未变，则程序将视为正常现象。
2.遮挡
由于天线设备安装在户外，并且天线面接收信号的正前方不允许有任何的遮挡。所以当出现由于鸟类飞过导致信号短时间的减弱，应该设法避免重复对星。为解决这个问题，加入了一个时延计数器作为判断此类状况的依据。即在该计数器的规定时间内，连续检测信号的变化，一当发现信号恢复则视为正常而不予理睬。
3.地震
在发生大规模地质地形变动如地震发生时，将通过检测和计算倾斜仪的俯仰和横滚数值，并在时延时间内不断对比前后数据的变化情况来判断当前地震是否稳定。最后视信号减弱的幅度来判断应该进行粗调或细调工作进行修正。如此可避免盲目对星和对错星的问题。
4.断电
在一些异常情况下导致设备突然断电的情况。跟踪模式将会记忆下断电前一刻的状态信息，并且在重新启动后仍然保持该状态，从而保证在发生该类情况时不会发生信息丢失或信号中断的问题。
跟踪模式的优点在于：
1.总是保证对星信号强度为最大：即当检测到对星信号相比原最大信号值有微小偏转时，本发明将自动开始追踪信号，以保证信号永远处于最大状态；
2.调整时信号变化稳定：当信号出现些微的偏移，程序做微调补偿工作时，由于步进精度极高，所以在此过程中，不会出现大幅度的信号变化，能避免用户在使用过程中信号不稳定的情况发生。
3.容错机制：对于多种情况跟踪模式中都有不同的方法应对，检测和处理，能有效避免盲目对星和重复对星的问题出现。