[发明专利]全自动卫星跟踪通信天线电子极化跟踪方法和装置

说明书

本发明公开了一种全自动卫星跟踪通信天线电子极化跟踪方法和装置，包括顺序连接的接收天线模块、双路微波处理模块和中频处理模块，以及与中频处理模块分别连接的卫星接收机和卫星跟踪接收机，以及连接在卫星跟踪接收机和中频处理模块之间的极化跟踪控制器。利用双路微波处理模块进行两路信号放大，并用同一路本振进行下变频处理，形成两路中频信号，极化跟踪控制器根据卫星跟踪接收机输出的检波电压对中频处理模块进行调控，确保输出信号能量始终保持最大。其方法大大降低了设备的复杂度，减少了设备成本，跟踪速度快、精度高。

技术领域

本发明涉及一种基于全自动卫星跟踪通信天线的极化信号合成执行和控制跟踪对准卫星的方法及装置，属于卫星通讯技术领域。

背景技术

卫星天线需要在工作过程中实时跟踪卫星，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，满足各种条件下的语音或多媒体通信需要。

相对于固定卫星通信系统而言，移动卫星通信系统的关键环节在于全自动卫星跟踪通信天线。此种天线需具有在运动中自动跟踪卫星并与其对准的能力，从而使卫星通信系统在运动中保持不间断通信能力。

全自动卫星跟踪通信天线的跟踪能力通常体现在对以下四个物理量的跟踪和保持上，这四个跟踪和保持的物理量分别是：方位角、俯仰角、横滚角和极化角。也就是说，全自动卫星跟踪通信天线系统应该具有在载体运动中保持相对于卫星的方位角、俯仰角、横滚角和极化角不变的能力。

目前，全自动卫星跟踪通信天线在天线方位角、俯仰角和横滚角动态测量方面拥有成熟的传感器和跟踪控制方法，因此，大多天线系统均可以对方位角、俯仰角、横滚角等物理参数进行精确、动态、闭环跟踪和控制。但是，对于天线的极化角度而言，至今没有理想的天线极化参量动态测量方法，因此，天线极化角的动态跟踪和保持，一直是工程上的一件难题。

现有天线极化跟踪方法主要分为：机械式极化跟踪方法和电子式极化跟踪方法。

1、机械式极化跟踪方法

将天线的馈源或整体固定在一个极化旋转装置上，通过机械旋转的方法实现对极化角的调节和跟踪。其利用惯性测量和卫星定位装置，对载体的运动 / 角位移及位置进行动态精确测量，系统将测量得到的方位、俯仰、横滚等角度和位移，通过建立运动学数学模型以及天线、载体间的坐标转换模型计算，计算出对应的极化角偏差量，再经由伺服系统对极化角偏差量进行调节，最终实现极化角的动态跟踪和控制。此跟踪方法广泛应用在全自动卫星跟踪通信天线系统的设备之中。其结构原理如图1所示，为了保证天线的跟踪，需要有方位传动机构、俯仰传动机构、极化传动机构分别对卫星天线的天线面进行机械驱动，使得卫星天线可以跟踪卫星信号。为保证运动中对准卫星，其具体方法分别为在三个轴上分别进行圆锥扫描，用卫星跟踪接收机检测最大信号，并由俯仰跟踪控制器、方位跟踪控制器、极化跟踪控制器分别进行极大值的俯仰角、方位角和极化角步进跟踪。

由于此跟踪控制方法并没有对天线的极化角或者极化角误差进行直接测量，因此，其实际是一种间接的极化角跟踪方法，即利用测量得到的方位、俯仰、横滚等角度及位移推算出极化角调节量。由于无法对极化角和误差进行直接测量和反馈控制，从控制理论上来讲，此方法属于一种极化角开环控制方法，其实施的基础依赖于对载体姿态的惯性测量和对载体的定位，而惯性系统随时间产生的“漂移”则难以避免，使得系统的测量误差随使用时间的增加而增加，造成极化跟踪性能不够理想。

2、电子极化跟踪方法

根据前述的问题，工程中又提出了电子极化跟踪方法。现有电子极化跟踪方法采用在微波频段进行合成的方式进行极化跟踪（如CN 1040648722、CN 204205065等），存在着系统组成复杂、器件成本高、一致性差等问题，实际使用效果不好。而专利CN 1041839211中的极化跟踪方法首先需要对极化隔离度进行测量，需要新增两路卫星跟踪接收机对不同极化分量进行测量，进一步增加了系统的复杂度和运行成本，与现有的基于圆锥扫描的极大值卫星跟踪体制不能兼容。

发明内容