[发明专利]一种用于动中通系统的卫星波束中心估计方法

说明书

技术领域

本发明属于动中通系统的天线控制与信号处理领域，尤其涉及一种用于动中通系统的卫星波束中心估计方法。

背景技术

动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。车辆、轮船和飞机等载体通过动中通系统在运动过程中保持天线指向实时跟踪卫星信号方向，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信需要。动中通系统通常包括惯性稳定平台和信号扫描机构两大部分。惯性稳定平台通过陀螺、加速度计等惯性传感器构成的控制系统隔离载体运动，保持天线姿态稳定。信号扫描机构在天线指向偏离卫星波束中心导致卫星信号强度减弱时，控制天线对卫星信号进行扫描，重新确定并控制天线指向信号最大方向。

天线信标接收机输出的信标信号强度反映了当前接收到的卫星信号强度。当天线指向对准卫星波束中心时，信标机输出信号最强。在天线扫描过程中，以信标信号作为参考信号可以判断天线指向相对于卫星波束中心的变化。动中通系统在动态跟踪过程中，通过惯性稳定平台隔离载体姿态的变化，使天线指向始终保持在对准卫星的方向上。但是，由于惯性系统精度和陀螺漂移的影响，仪靠平台的稳定难以满足卫星通信对跟踪精度的要求，在此基础上还需监控卫星信号的变化，通过信号扫描获取跟踪误差，对天线指向进行相应的调整。

常用的信号扫描方式有矩形扫描、三角形扫描、圆锥形扫描等。矩形或三角形轨迹的扫描控制较为简单，圆锥形轨迹的扫描控制则比较复杂，它要求天线方位和俯仰角机械运动相配合，从而使天线极化轴顶点形成圆形轨迹。天线扫描过程中的进动一般分为搜索和调整两种，搜索阶段的每一步对信标电平信号进行取样和保存，经过若干次搜索和对扫描信号值的计算可确定卫早信号方向。根据搜索结果对天线角度进行相应调整，最终使其指向卫星信号最大方向。

在搜索过程中，现有的信号扫描估计方法通常是对各采样点的信号强度进行比较，根据比较结果逐步使天线指向信号最强点。由于信号噪声和信号本身某些特性的影响，这种方式容易出现误动作、不能准确寻找到卫星波束中心等问题。圆锥形扫描方法在计算过程中虽然也进行过一些滤波处理，能够从理论上解调出信号强度最大方向，但在实际中由于受信标信号质量、扫描频率和扫描控制准确度等因素影响，对卫星波束中心的计算精度也并不理想。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于动中通系统的卫星波束中心估计方法，能使动中通系统在噪声干扰下对不同波束宽度的卫星信号通过扫描计算都能准确地估计出波束中心位置，从而提高动中通系统的跟踪精度。

本发明的用于动中通系统的卫星波束中心估计方法，包括：

步骤1，当天线指向偏离卫星波束中心时，控制所述天线朝任一方向进行方位角扫描，并以固定的采样频率获取每一采样时刻t_i的信标信号u_i，然后对所述信标信号u_i根据公式进行滤波处理，其中，扫描初始时刻t₀的信标信号记为u₀，且α为滤波参数，表示滤波后的信号；

步骤2，保持步骤1中的所述任一方向继续扫描直至并记录扫描至这一采样时刻的信标信号为U₀，且U₀=u_i，然后控制所述天线进行反方向扪描，其中所述ε为设定的信号阈值；

步骤3，保持步骤2中的所述反方向扫描直至则天线已通过方位角波束中心位置，扫描结束;记录扫描至这一采样时刻的信标信号u_i、方位角θ_i和扫描角速率ω_i，将满足条件u_i>U₀的信标信号记为u′_i，利用公式计算信标信号关于扫描角度和角速率的一阶统计矩M，利用公式计算相应的信号累加量N，利用公式θ_s=M/N计算方位角波束中心位置θ_s；

步骤4，根据步骤3中计算获得的方位角波束中心位置θ_s控制所述天线做姿态调整，使方位角对准方位角波束中心位置θ_s；

步骤5，根据步骤1至步骤4的方法控制所述天线进行俯仰角扫描，计算获得俯仰角波束中心位置θ_s’，使俯仰角对准俯仰角波束中心位置θ_s’：

步骤6，根据扫描估计获得的所述方位角波束中心位置θ_s和所述俯仰角波束中心位置θ_s’得到最终的卫星波束中心位置。