[发明专利]一种“动中通”卫星指向、捕获与跟踪方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及移动跟踪通信技术领域，特别涉及适用于车载（船载、或机载）卫星移动通信的一种“动中通”卫星指向、捕获与跟踪方法及其系统。

背景技术

在卫星通信领域、特别是在静止状态使用的情况下，大多使用抛物面碟形天线，这类天线价格低廉，因而具有很大的市场。然而，由于卫星的距离遥远，不仅要求天线有很大的增益，而且需要有极高的对星精度。对于运动状态，而非静止状态下的应用（如，车船载或机载），要能在行驶中保持通信的畅通，系统就要复杂得多。

车载（船载或机载）卫星移动通信系统通常又称为“动中通”。动中通以往大多采用抛物面碟形天线，其致命缺点是轮廓高（即高度高），体积大、重量重、在行驶中阻力大、对星捕星速度慢，因而不适合在高速行驶的情况下使用。相对而言，平板天线具有低轮廓的优势，特别适合在高速行驶的载体上使用。平板天线通常包含有一块或多块平面辐射板及波束形成网络，每块板上有若干个辐射元，波束形成网络可采用不同的技术（波导、电缆、微带、悬带线等）来实现。

为了使平板天线终端设备中的天线板形成的电磁波束在运动中始终能对准卫星，一般可采用以下三种不同的方式来加以控制：完全用电机控制，又称全机械扫描；完全用电子控制（即用相移法实现），又称全电子扫描；混合电机与电子控制，又称混合扫描。通常，采用电机控制的系统成本最低廉；用相移法实现的系统因用到许多复杂的电子元器件，价格最昂贵；而用混合法实现的系统在成本、复杂性、轮廓高度和捕星速度方面则介于前两者之间。在混合法的方式下，为了保证天线能准确地对准卫星，需要相应配套的指向、捕获与跟踪系统及其方法对天线进行精确的控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供能准确实现卫星指向、捕获与跟踪的一种“动中通”卫星指向、捕获与跟踪方法及其系统。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种“动中通”卫星指向、捕获与跟踪方法，获取天线终端的GPS地理位置信息、GPS航向信息和运动载体惯性信息，通过卡尔曼滤波器计算获得天线的准确航向信息，系统根据航向信息通过机械驱动系统控制天线指向卫星，并检测卫星功率信息，结合最大功率计算方法估算指向误差对天线进行微调，实现精确指向，并根据航向信息和功率信息的变化不断对天线位置进行调整，实现对卫星的捕获及跟踪。

本发明“动中通”卫星指向、捕获与跟踪方法，通过将GPS地理位置信息、GPS航向信息和运动载体惯性信息通过卡尔曼滤波器进行组合处理，获得当前天线终端准确的航向信息，可准确计算出卫星的所在位置，确地让天线对准卫星，同时通过检测卫星功率信息并通过最大功率计算方法估算指向误差，对天线的位置进行微调，实现天线的准确指向，特别适用于混合电机与电子扫描结合的低轮廓天线终端，不仅能有效降低成本，而且准确性高，能在行驶的状态下保持对卫星的指向、捕获和跟踪，确保通信的畅通，有效提高天线终端的发射、接收效果，能保持畅通的通信，有效提高社会效益和经济效益，对于低轮廓卫星系统的推广起到了很大的作用。

进一步，所述最大功率计算方法为通过在卫星理论指向位置点附近进行少量偏移，测量由此引起的功率变化，并估算指向误差，根据误差微调天线的指向位置，最终可实现精确指向。由于运动载体在行驶的过程中需要不断对天线的位置进行调整，因此在处理过程中产生的误差将不断地积累，其结果是导致天线只能指向卫星的理论位置附近，而不能准确地指向卫星，最大功率计算方法是根据接收到的信号功率电平来修正所产生的指向误差，即在每个方向轴上进行少量的偏移变化，然后观察所检测的功率信号是增加还是减少，不仅在方位角和俯仰角上进行少量偏移，而且在天线的移相器中也进行少量的偏移，这样能大大改善接收效果，通过稍微改变移相器的相位，同时天线板接收信号的电相位也相应改变，通过其检测的功率误差即可估算出天线的误差，进行修正，让天线始终对准卫星信号功率最大的方位，从而实现准确的指向和对卫星的捕获、跟踪。

进一步，当天线指向卫星时，所检测的卫星功率信息需要高于预设的门限值时才允许天线发射信号，以避免对邻近卫星产生干扰。该设计能有效避免天线对相邻卫星的影响，提供系统的稳定性和实用性。

进一步，当无GPS航向信息可利用时，先根据运动载体惯性信息对卫星的位置进行初步的估算，在搜索卫星的同时对接收的功率信号进行检测，当发现接收到功率信号时，便根据估算的航向信息对卡尔曼滤波器进行初始化，并通过最大功率计算方法对天线的方向进行微调。

进一步，指向、捕获与跟踪系统启动时，进行以下操作：