[发明专利]一种船载卫星天线系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种船载卫星天线系统及其控制方法。

背景技术

船载卫星天线与地面固定天线的最大区别在于放置天线的载体是一个移动的、摇摆的船体，因而需要稳定天线平台来隔离船体的摇摆，实现天线在运动中的姿态稳定，并在姿态稳定的基础上在移动过程中跟踪和对准卫星。传统的船载卫星天线通常采用机械平台来隔离载体扰动、采用步进跟踪方式使天线波束逐步对准卫星。上述方式具有以下缺点：一是采用机械平台的成本高、精度低；二是采用步进跟踪方式的响应时间长、对准速度慢，且卫星信号幅度的波动会影响跟踪精度；三是整个系统的机械结构复杂、体积大，也不利于天线驱动的伺服控制。

因此，船载卫星天线系统的关键技术在于天线平台的稳定能力和目标跟踪能力。能否很好地隔离载体的运动对天线平台的姿态是否稳定有至关重要的影响；此外，在各种气象、环境条件下要保证天线始终高精度的对准卫星，实现连续卫星通信。上述问题均是船载卫星天线系统必须解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中船载卫星天线系统稳定性和跟踪能力差的问题，提出了一种船载卫星天线系统及其控制方法，通过三轴陀螺确定的船体姿态和倾斜仪确定的天线姿态来实时调整天线，从而简单有效地提高了船载卫星天线的稳定性和跟踪精度。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种船载卫星天线系统，所述系统包括安装在支撑单元上的天馈单元和收发单元，其特征在于，所述系统还包括：与所述天馈单元和所述收发单元连接的伺服控制单元，以及受所述伺服控制单元的控制来调整所述天馈单元的驱动单元；

所述伺服控制单元包括：天线控制下位机、以及分别与所述天线控制下位机连接的三轴陀螺和倾斜仪；

所述驱动单元包括：与所述天线控制下位机连接并受其控制的电机驱动器、以及由所述电机驱动器驱动的方位电机、俯仰电机、横摇电机和极化电机；

其中，当所述天线系统处于保持状态时，所述三轴陀螺感应在方位、俯仰和横摇各轴当前的船体姿态参数并反馈给所述天线控制下位机，所述天线控制下位机根据所述船体姿态参数控制所述电机驱动器，由所述电机驱动器驱动所述方位电机、俯仰电机和横摇电机在各轴方向上运动以保持天线相对静止；所述倾斜仪实时读取当前的天线姿态参数并反馈给所述天线控制下位机，由所述天线控制下位机对各电机的运动进行监控和校正。

优选地，所述伺服控制单元还包括与所述天线控制下位机连接的信标跟踪接收机，所述信标跟踪接收机用于对天线接收的卫星信标信号进行放大、滤波和检波并以直流电平信号反馈给所述天线控制下位机；其中，

在所述保持状态下，一旦信标跟踪接收机反馈的电平信号下降到小于预定的第一门限值时，天线系统进入跟踪状态；当信号继续下降到小于预定的第二门限值时，天线系统进入搜索状态；在搜索过程中，当电平信号超过所述第二门限值时，天线系统进入跟踪状态；当电平信号超过所述第一门限值时，天线系统处于保持状态。

优选地，所述伺服控制单元还包括：分别与所述天线控制下位机连接的电子罗盘和GPS接收机；所述电子罗盘用于确定当前的船体航向参数并反馈给所述天线控制下位机，所述GPS接收机用于读取当前的船体地理经纬度参数并反馈给所述天线控制下位机；其中，

当所述天线系统进入搜索状态时，所述天线控制下位机根据系统当前的卫星跟踪参数、船体地理经纬度参数、船体航向参数、天线姿态参数以及船体姿态参数计算出天线方位角、极化角和俯仰角，从而驱动所述极化电机使天线的极化角与卫星转发器的极化角匹配，并驱动所述方位电机和/或所述俯仰电机使天线在方位面和/或俯仰面上进行搜索。

优选地，所述驱动单元还包括使天线进行圆锥扫描的锥扫电机；其中，

当所述天线系统进入跟踪状态时，首先按一定的时间间隔，驱动所述方位电机和/或所述俯仰电机使天线在方位面和/或俯仰面内以一个微小的角度转动，通过信标跟踪接收机反馈的电平信号强度进行步进跟踪；

当电平信号超过预定的第三门限值时，天线系统进行圆锥扫描跟踪，所述锥扫电机使天线围绕旋转轴以一定频率旋转，所述信标跟踪接收机对检测出的调制信号解调出方位和俯仰误差信号，所述天线控制下位机根据该误差信号的大小控制天线向误差减小的方向转动使天线对准卫星；其中，所述第三门限值大于所述第二门限值而小于所述第一门限值。