[發(fā)明專利]一種“動中通”衛(wèi)星指向、捕獲與跟蹤方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210455416.3
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN103022692A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 梁釗;雷劍平;何塞·阿隆索;索蘭·思維特科偉克;伊凡·卡巴里羅;伊凡·卡揚;戴維斯·谷提樂茨
• 申請（專利權）人: 廣東隆伏通訊設備有限公司;TTI公司
• 主分類號: H01Q3/08
• 分類號: H01Q3/08;H01Q1/27
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚志強

技術領域

本發(fā)明涉及移動跟蹤通信技術領域，特別涉及適用于車載（船載、或機載）衛(wèi)星移動通信的一種“動中通”衛(wèi)星指向、捕獲與跟蹤方法及其系統(tǒng)。

背景技術

在衛(wèi)星通信領域、特別是在靜止狀態(tài)使用的情況下，大多使用拋物面碟形天線，這類天線價格低廉，因而具有很大的市場。然而，由于衛(wèi)星的距離遙遠，不僅要求天線有很大的增益，而且需要有極高的對星精度。對于運動狀態(tài)，而非靜止狀態(tài)下的應用（如，車船載或機載），要能在行駛中保持通信的暢通，系統(tǒng)就要復雜得多。

車載（船載或機載）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通常又稱為“動中通”。動中通以往大多采用拋物面碟形天線，其致命缺點是輪廓高（即高度高），體積大、重量重、在行駛中阻力大、對星捕星速度慢，因而不適合在高速行駛的情況下使用。相對而言，平板天線具有低輪廓的優(yōu)勢，特別適合在高速行駛的載體上使用。平板天線通常包含有一塊或多塊平面輻射板及波束形成網(wǎng)絡，每塊板上有若干個輻射元，波束形成網(wǎng)絡可采用不同的技術（波導、電纜、微帶、懸?guī)Ь€等）來實現(xiàn)。

為了使平板天線終端設備中的天線板形成的電磁波束在運動中始終能對準衛(wèi)星，一般可采用以下三種不同的方式來加以控制：完全用電機控制，又稱全機械掃描；完全用電子控制（即用相移法實現(xiàn)），又稱全電子掃描；混合電機與電子控制，又稱混合掃描。通常，采用電機控制的系統(tǒng)成本最低廉；用相移法實現(xiàn)的系統(tǒng)因用到許多復雜的電子元器件，價格最昂貴；而用混合法實現(xiàn)的系統(tǒng)在成本、復雜性、輪廓高度和捕星速度方面則介于前兩者之間。在混合法的方式下，為了保證天線能準確地對準衛(wèi)星，需要相應配套的指向、捕獲與跟蹤系統(tǒng)及其方法對天線進行精確的控制。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供能準確實現(xiàn)衛(wèi)星指向、捕獲與跟蹤的一種“動中通”衛(wèi)星指向、捕獲與跟蹤方法及其系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其問題所采用的技術方案是：

一種“動中通”衛(wèi)星指向、捕獲與跟蹤方法，獲取天線終端的GPS地理位置信息、GPS航向信息和運動載體慣性信息，通過卡爾曼濾波器計算獲得天線的準確航向信息，系統(tǒng)根據(jù)航向信息通過機械驅動系統(tǒng)控制天線指向衛(wèi)星，并檢測衛(wèi)星功率信息，結合最大功率計算方法估算指向誤差對天線進行微調，實現(xiàn)精確指向，并根據(jù)航向信息和功率信息的變化不斷對天線位置進行調整，實現(xiàn)對衛(wèi)星的捕獲及跟蹤。

本發(fā)明“動中通”衛(wèi)星指向、捕獲與跟蹤方法，通過將GPS地理位置信息、GPS航向信息和運動載體慣性信息通過卡爾曼濾波器進行組合處理，獲得當前天線終端準確的航向信息，可準確計算出衛(wèi)星的所在位置，確地讓天線對準衛(wèi)星，同時通過檢測衛(wèi)星功率信息并通過最大功率計算方法估算指向誤差，對天線的位置進行微調，實現(xiàn)天線的準確指向，特別適用于混合電機與電子掃描結合的低輪廓天線終端，不僅能有效降低成本，而且準確性高，能在行駛的狀態(tài)下保持對衛(wèi)星的指向、捕獲和跟蹤，確保通信的暢通，有效提高天線終端的發(fā)射、接收效果，能保持暢通的通信，有效提高社會效益和經(jīng)濟效益，對于低輪廓衛(wèi)星系統(tǒng)的推廣起到了很大的作用。

進一步，所述最大功率計算方法為通過在衛(wèi)星理論指向位置點附近進行少量偏移，測量由此引起的功率變化，并估算指向誤差，根據(jù)誤差微調天線的指向位置，最終可實現(xiàn)精確指向。由于運動載體在行駛的過程中需要不斷對天線的位置進行調整，因此在處理過程中產(chǎn)生的誤差將不斷地積累，其結果是導致天線只能指向衛(wèi)星的理論位置附近，而不能準確地指向衛(wèi)星，最大功率計算方法是根據(jù)接收到的信號功率電平來修正所產(chǎn)生的指向誤差，即在每個方向軸上進行少量的偏移變化，然后觀察所檢測的功率信號是增加還是減少，不僅在方位角和俯仰角上進行少量偏移，而且在天線的移相器中也進行少量的偏移，這樣能大大改善接收效果，通過稍微改變移相器的相位，同時天線板接收信號的電相位也相應改變，通過其檢測的功率誤差即可估算出天線的誤差，進行修正，讓天線始終對準衛(wèi)星信號功率最大的方位，從而實現(xiàn)準確的指向和對衛(wèi)星的捕獲、跟蹤。

進一步，當天線指向衛(wèi)星時，所檢測的衛(wèi)星功率信息需要高于預設的門限值時才允許天線發(fā)射信號，以避免對鄰近衛(wèi)星產(chǎn)生干擾。該設計能有效避免天線對相鄰衛(wèi)星的影響，提供系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性。

進一步，當無GPS航向信息可利用時，先根據(jù)運動載體慣性信息對衛(wèi)星的位置進行初步的估算，在搜索衛(wèi)星的同時對接收的功率信號進行檢測，當發(fā)現(xiàn)接收到功率信號時，便根據(jù)估算的航向信息對卡爾曼濾波器進行初始化，并通過最大功率計算方法對天線的方向進行微調。

進一步，指向、捕獲與跟蹤系統(tǒng)啟動時，進行以下操作：