卫星天线寻星方法及系统 【技术领域】
本发明涉及卫星天线控制技术领域， 特别是涉及一种卫星天线寻星方法及系统。背景技术 目前， 卫星通信领域使用的小型卫星天线一般采用手动人工方式对星， 操作人员 手动转动天线的方位、 俯仰及极化， 并用仪表观察卫星信号， 直到卫星信号最大， 对准卫星。 这种天线在实际使用中， 其对星方式表现出操作复杂， 对星时间长， 需要专业人员及专用仪 表等不足。
发明内容
( 一 ) 要解决的技术问题
针对现有技术中存在的上述缺陷， 本发明要解决的技术问题是如何提高对星速度 和可靠性、 简化操作。 ( 二 ) 技术方案
为解决上述技术问题， 提供一种卫星天线寻星方法， 包括步骤 ：
S1， 判断天线处于展开状态或者收藏状态 ；
S2， 如果天线处于收藏状态， 控制系统控制俯仰电机驱动天线主反射面及馈源支 撑杆上抬至预定位置， 安装边瓣， 并转步骤 S3 ； 如果天线处于展开状态， 直接转步骤 S3 ；
S3， 控制系统读取倾斜仪数据并据此计算天线的俯仰状态 ；
S4， 控制系统对天线的方位状态进行初始化 ；
S5， 控制系统将天线主反射面转动至工作位置 ；
S6， 控制系统进行卫星搜索及步进跟踪。
优选地， 在所述步骤 S4 中， 控制系统控制方位电机转动， 直至触发到方位左、 中、 右限位器中的任意一个， 以此对天线的方位状态进行初始化。
优选地， 所述步骤 S5 包括 ：
S5-1， GPS 获取天线工作点地理位置数据及卫星参数 ；
S5-2， 控制系统根据所述地理位置数据及卫星参数计算天线工作时的理论方位、 俯仰和极化角 ；
S5-3， 控制系统根据所述理论方位、 俯仰和极化角控制天线主反射面转动到工作 位置， 噪声信号经接收机解调得到噪声电平并送入控制系统。
优选地， 在步骤 S6 中， 控制系统进行卫星搜索的方法具体包括 ：
S6-1， 天线主反射面先在方位搜索范围内转动， 然后交替向上或向下移动一固定 角度， 搜索卫星信号 ；
S6-2， 天线主反射面及馈源接收卫星信号， 经 LNB 放大后由耦合器耦合出信号送 到跟踪接收机的输入端 ；
S6-3， 跟踪接收机完成对信号的检波、 滤波和放大， 输出电平信号给控制系统的 A/
D 变换卡， 作为寻星的控制参考电平 ；
S6-4， 重复步骤 S6-1 至步骤 S6-3， 直至 S6-3 之跟踪接收机输出电平与 S5-3 之噪 声电平大于控制系统预计之门限值时， 天线初步寻到卫星， 搜索过程结束。
优选地， 在步骤 S6 中， 控制系统进行步进跟踪的方法包括 ：
S6-1′， 控制系统在天线方位或俯仰运动过程中读取所述电平信号， 并比较当前 输出的电平数据和前一次输出的电平数据， 如果当前输出的电平数据大于前一次输出的电 平数据， 则继续按照当前搜索方向进行搜索， 直至输出的电平值最大， 该方向运动停止 ； 如 果当前输出的电平数据小于前一次输出的电平数据， 则以与当前搜索方向相反的方向进行 搜索 ； 直至输出的电平值最大， 该方向运动停止 ；
S6-2′， 在与步骤 S6-1 中搜索方向相反的方向上重复步骤 S6-1′的搜索过程， 直 到输出的电平数据最大 ；
S6-3′， 重复步骤 S6-1′和步骤 S6-2′， 对准卫星的过程结束。
优选地， 所述步骤 S6 之后， 还包括 ：
S7， 控制系统控制极化电机将天线极化传送装置运动至极化收藏位置， 控制方位 电机将方位传动装置运动至方位收藏位置， 控制俯仰电机将天线主反射面俯仰移动至拆卸 边瓣位置。
优选地， 所述极化收藏位置为极化零度指示位置 ； 所述方位收藏位置为方位中限 位器的安装位置 ； 所述拆卸边瓣位置为俯仰 45 度。
优选地， 在所述步骤 S7 之后， 还包括 ：
步骤 S8， 拆卸边瓣， 并将天线反射面俯仰向下转动直至主反射面与天线基座接触。
本发明还提供了一种卫星天线寻星系统， 包括 ： 卫星天线， 控制系统， 倾斜仪， 俯仰 传动装置， 极化传感器， 极化传动装置， 极化限位器， GPS， 方位传动装置， 方位限位器， 所述 控制系统分别与倾斜仪、 俯仰传动装置、 极化传感器、 极化传动装置、 GPS 及方位传动装置连 接， 所述极化传动装置分别与极化传感器以及极化限位器连接， 所述方位传动装置与方位 限位器连接， 所述俯仰传动装置及所述方位传动装置分别与所述卫星天线连接 ；
所述控制系统用于判断天线处于展开状态或者收藏状态 ；
如果天线处于收藏状态， 控制俯仰电机驱动天线主反射面及馈源支撑杆上抬至预 定位置， 安装边瓣， 并读取倾斜仪数据并据此计算天线的俯仰状态 ； 如果天线处于展开状 态， 则直接读取倾斜仪数据并据此计算天线的俯仰状态 ；
对天线的方位状态进行初始化 ；
转动天线主反射面至工作位置 ； 以及
进行卫星搜索及步进跟踪。
优选地， 所述极化限位器位于所述极化传动装置内部， 所述方位限位器位于天线 基座内部。
( 三 ) 有益效果
本发明通过采用控制系统控制卫星天线的极化、 方位和俯仰， 达到准确寻星的目 的， 解决了现有技术中卫星天线的操作复杂、 性能不稳定、 对星速度慢的缺陷。附图说明
图 1 是本发明实施例的卫星天线寻星系统的控制原理图 ； 图 2 是本发明实施例的卫星天线寻星系统的结构示意图 ； 图 3 是本发明实施例的卫星天线寻星方法流程图。具体实施方式
下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。
如图 1-2 所示， 本发明提供的卫星天线寻星系统包括 ： 一键通按钮 1， 自动 / 手动 按钮 2， 有线控制口 3， 方位传动装置 4， 俯仰传动装置 5， 主反射面 6， 极化传动装置 7， 经 LNB8， 控制系统 9， 倾斜仪， 极化传感器， 极化限位器， GPS， 方位限位器， 所述控制系统分别与 倾斜仪、 俯仰传动装置、 极化传感器、 极化传动装置、 GPS 及方位传动装置连接， 所述极化传 动装置分别与极化传感器以及极化限位器连接， 所述方位传动装置与方位限位器连接， 所 述俯仰传动装置及所述方位传动装置分别与所述卫星天线连接。
上述卫星天线接收卫星信号， 经 LNB8 放大后送到耦合器， 耦合器分出耦合信号跟 踪接收机， 接收机对输入的 L 频段中频信号进行解调， 输出与中频信号成比例的直流电平。 该直流电平即是便携天线寻星的参考信号， 当该电平最大时， 表明天线对星最准确。 该直流 电平经 A/D 采样以串口形式送到天线控制系统作为寻星参考信号。天线控制系统根据该参 考信号按照一定的寻星策略调整天线的方位、 俯仰度， 直到天线正确对准备卫星。 如图 3 所示， 本实施例中描述了卫星天线寻星工作过程。卫星天线在现场工作时， 首先产生一个触发信号， 该触发信号经检测系统检测正确后， 向天线控制系统发送一个初 始化指令， 天线开始初始化工作， 天线控制系统首先读取倾斜仪数据， 根据该数据判断天线 是处于初始工作状态 ( 即收藏状态 ) 还是展开状态。
如果天线处于初始工作状态， 则首先开机后， 天线控制系统读出芯片中储存的工 作卫星跟踪参数， 读取倾斜仪检测的天线初始俯仰数据， 读取 GPS 接收机检测的地球站地 理经纬度， 确定天线所在位置和姿态， 计算出卫星所在的理论方位、 俯仰角及极化角， 也就 是天线工作的理论方位、 俯仰角及极化角。 根据系统预存数据， 控制系统向俯仰电机发出相 应的脉冲数， 将天线主反射面及馈源支撑杆上抬至预定安装边瓣位置， 安装边瓣。 此时再次 读取倾斜仪数据， 并将该数据与理论数据比较， 得到天线基座的倾斜数据并存储。
再次产生触发信号， 检测系统检测到该信号并送到天线控制系统。 然后， 天线首先 进行极化角调整， 根据上述计算的天线工作时的理论极化角， 控制极化电机使卫星天线的 极化角与卫星波束的极化角匹配 ； 然后控制俯仰电机将天线主反射面上抬， 并与从倾斜仪 读取的表示天线俯仰状态的参数进行比较， 直至天线主反射面最终到达工作仰角。之后进 入卫星天线寻星程序。
如果天线处于展开状态， 断电后重新开机。天线控制系统首先读取倾斜仪数据， 根据该数据判断天线是处于初始工作状态还是展开状态。当判断天线处于展开状态后， 读 取倾斜仪数据、 计算天线当前俯仰状态 ； 天线控制系统控制方位电机转动， 直至触发到方位 左、 中、 右限位器中的一个， 从而初始天线的方位状态 ( 三个限位器均安装在天线基座内部 后侧 ( 靠近方位机械转动位置 )， 两边和中间各安装一个， 能保证天线左右各运动 90 度， 分
别在天线方位 0、 90、 180 度位置 ) ； 天线控制系统根据 GPS 获得的天线工作点地理位置数据 及卫星参数， 计算出天线工作时的方位、 俯仰及极化位置参数， 并根据经修正的数据驱动方 位、 俯仰及极化电机将天线转动到工作位置。之后进入卫星天线寻星程序。
天线控制系统进入自动对星流程， 控制软件采用开环搜索与闭环跟踪相结合的寻 星策略， 控制天线水平运动到理论方位角处并进行搜索。天线方位传动装置带动天线主反 射面及馈源 ( 含支杆 ) 在一定范围内 ( 程序预设， 如 60 度 ) 水平运动， 当到达搜索边界后， 俯仰传动装置带动天线主反射面及馈源向上或下运动 1 度， 然后再在水平方向相反方向运 动。重复该过程。在搜索过程中， 天线一旦收到卫星信号， 经 LNB 放大后由耦合器耦合出信 号送到跟踪接收机的输入端， 接收机完成对信号的检波、 滤波和放大， 输出 AGC 电平给天线 控制器的 A/D 变换卡， 为伺服控制提供信号电平指示。
天线进入步进跟踪状态。 当直流电平大于一定门限时， 天线在方位、 俯仰轴进行细 致调整， 按一定策略直至该直流电平值最大， 此时天线对星最准确， 此后天线指向始终对准 卫星， 保持最佳的接收性能。
天线工作完毕后， 系统进入收藏状态。控制系统控制极化电机将天线极化向 0 度 位置运动， 到触动极化 0 度限位器停止， 此为极化收藏位置 ； 控制方位电机驱动天线运动， 直至触动到方位中限位器停止转动 ； 控制俯仰电动驱动天线俯仰下降至拆边瓣位置停止转 动， 待边瓣拆卸完毕， 系统根据开机阶段存储的天线基座倾斜参数对收藏脉冲数据进行修 正， 并根据该数据发俯仰电机发脉冲， 从而驱动俯仰电机将天线反射面转动到收藏位置。 微 处理器启动关闭程序， 停止运转， 天线收藏完毕。 由以上实施例可以看出， 本发明实施例通过采用控制系统控制卫星天线的极化、 方位和俯仰， 达到准确寻星的目的， 解决了现有技术中卫星天线的操作复杂、 性能不稳定、 对星速度慢的缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以做出若干改进和变型， 这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。