[发明专利]一种具有物理水平平台的VSAT天线系统卫星捕获跟踪方法

摘要

本发明提出一种具有物理水平平台的VSAT天线系统卫星捕获跟踪方法，该方法适用的控制对象为方位、俯仰、横滚三轴(A‑E‑C)座架形式天线系统。通过在天线系统中建立一个物理水平平台，并将当地地理坐标系建立在其上，从而使天线指向相对于固定当地地理坐标系的理论方位、俯仰角与相对此物理水平平台上的移动当地地理坐标系的方位、俯仰角一致。在此基础上以与固定天线相仿的方式，控制天线电轴准确指向卫星，并在载体移动时自动跟踪卫星。本发明提供的方法在捕获、跟踪过程中无需载体实时航向姿态参与运算，因此无需载体安装船载罗经系统，对载体的环境条件要求有所降低，有利于在设备预算和设备资源有限的小吨位民用船只或水面载体上应用推广。

主权项

1.一种具有物理水平平台的VSAT天线系统卫星捕获跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对VSAT天线系统上电并初始化；步骤2：控制VSAT天线系统的物理平台保持水平：所述物理平台上具有平台姿态测量单元和伺服控制单元，伺服控制单元以平台姿态测量单元中的俯仰倾角传感器以及横滚倾角传感器输出量作为位置反馈，以对应轴上的角速率陀螺输出量作为速度反馈，构成具有倾角位置环和陀螺速度环的闭环控制系统，控制VSAT天线系统的物理平台始终保持水平；其中对平台姿态测量单元中的俯仰倾角传感器以及横滚倾角传感器的输出量采用以下步骤进行修正：步骤2.1：根据VSAT天线系统的GNSS模块给出的航向、速度数据，计算直线加速度α_t和向心加速度α_n：α_t＝(V_n‑V_n‑1)/ΔTα_n＝[(H_n‑H_n‑1)/ΔT]V_n其中V_n和V_n‑1为第n次以及第n‑1次对GNSS模块采样得到的速度，H_n和H_n‑1为第n次以及第n‑1次对GNSS模块采样得到的航向角，ΔT为采样时间间隔；步骤2.2：计算直线加速度α_t和向心加速度α_n在平台姿态测量单元中的俯仰倾角传感器以及横滚倾角传感器敏感方向上的分量a_c＝α_nsin(H‑H_n)‑α_tcos(H‑H_n)a_e＝α_ncos(H‑H_n)+α_tsin(H‑H_n)其中a_c为加速度在横滚倾角传感器敏感方向的分量，a_e为加速度在俯仰倾角传感器敏感方向的分量，H为天线理论方位角；步骤2.3：使用加速度横滚方向分量a_c和加速度俯仰方向分量a_e，计算横滚和俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾斜角：Θ_c＝sin^‑1((A_c‑a_c)/g)Θ_e＝sin^‑1((A_e‑a_e)/g)其中Θ_c为横滚倾角传感器敏感方向相对水平面的倾角，Θ_e为俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾角，A_c为横滚倾角传感器敏感方向比力测量值，A_e为俯仰倾角传感器敏感方向比力测量值，g为重力加速度；步骤3：根据VSAT天线系统的GNSS模块给出的地理位置数据和卫星经度数据计算出天线指向相对于大地水平坐标系的理论方位、俯仰和极化角：其中θ1为天线指向相对于大地水平坐标系的理论方位角，θ2为天线指向相对于大地水平坐标系的理论俯仰角，θ3为理论极化角；Ant_longitude为天线所在位置经度，Ant_latitude为天线所在位置纬度，Sat_longitude为卫星经度；步骤4：根据计算得到的天线指向理论方位、俯仰和极化角；伺服控制单元驱动天线各轴电机进行天线理论走位；步骤5：天线理论走位完成后，伺服控制单元驱动方位电机进行扫描，天线逻辑主控单元实时采集卫星信号接收机数据，并记录其信号强度最大值时所对应的方位角位置；在扫描完成后，天线逻辑主控单元控制伺服控制单元将天线指向返回信号强度最大值位置，若天线指向保持在信号强度最大值位置后能够接收到锁定信号，则判定已捕获卫星，若在扫描完成后未收到锁定信号，则扩大扫描范围继续进行扫描直至捕获卫星；步骤6：捕获卫星后，采用以下步骤进行跟踪：步骤6.1：给天线方位伺服控制单元输入频率为f，幅值为A的正弦扫描信号θ＝Asin(2πft)，使天线方位角以正弦波方式扫描，实现在天线接收机AGC直流电平上叠加频率为f的正弦信号；步骤6.2：依据设定的天线旋转的正负方向，分别计算扫描的正负半周的AGC直流电平平均值P_average和N_average；步骤6.3：根据P_average和N_average，确定方位调整的方向和大小：Δθ＝k(P_average‑N_average)其中Δθ为天线方位角度差；k为比例系数；步骤6.4：将天线方位角度差输入天线方位伺服控制系统，控制天线对准卫星。