[發明專利]一種用于動中通系統的衛星波束中心估計方法

有效

• 申請號: 201310517900.9
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103545612A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 周志強;石永生;汪渤;董明杰;高志峰;沈軍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01Q3/00
• 分類號: H01Q3/00;H01Q3/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;付雷杰

技術領域

本發明屬于動中通系統的天線控制與信號處理領域，尤其涉及一種用于動中通系統的衛星波束中心估計方法。

背景技術

動中通是“移動中的衛星地面站通信系統”的簡稱。車輛、輪船和飛機等載體通過動中通系統在運動過程中保持天線指向實時跟蹤衛星信號方向，不間斷地傳遞語音、數據、圖像等多媒體信息，可滿足各種軍民用應急通信和移動條件下的多媒體通信需要。動中通系統通常包括慣性穩定平臺和信號掃描機構兩大部分。慣性穩定平臺通過陀螺、加速度計等慣性傳感器構成的控制系統隔離載體運動，保持天線姿態穩定。信號掃描機構在天線指向偏離衛星波束中心導致衛星信號強度減弱時，控制天線對衛星信號進行掃描，重新確定并控制天線指向信號最大方向。

天線信標接收機輸出的信標信號強度反映了當前接收到的衛星信號強度。當天線指向對準衛星波束中心時，信標機輸出信號最強。在天線掃描過程中，以信標信號作為參考信號可以判斷天線指向相對于衛星波束中心的變化。動中通系統在動態跟蹤過程中，通過慣性穩定平臺隔離載體姿態的變化，使天線指向始終保持在對準衛星的方向上。但是，由于慣性系統精度和陀螺漂移的影響，儀靠平臺的穩定難以滿足衛星通信對跟蹤精度的要求，在此基礎上還需監控衛星信號的變化，通過信號掃描獲取跟蹤誤差，對天線指向進行相應的調整。

常用的信號掃描方式有矩形掃描、三角形掃描、圓錐形掃描等。矩形或三角形軌跡的掃描控制較為簡單，圓錐形軌跡的掃描控制則比較復雜，它要求天線方位和俯仰角機械運動相配合，從而使天線極化軸頂點形成圓形軌跡。天線掃描過程中的進動一般分為搜索和調整兩種，搜索階段的每一步對信標電平信號進行取樣和保存，經過若干次搜索和對掃描信號值的計算可確定衛早信號方向。根據搜索結果對天線角度進行相應調整，最終使其指向衛星信號最大方向。

在搜索過程中，現有的信號掃描估計方法通常是對各采樣點的信號強度進行比較，根據比較結果逐步使天線指向信號最強點。由于信號噪聲和信號本身某些特性的影響，這種方式容易出現誤動作、不能準確尋找到衛星波束中心等問題。圓錐形掃描方法在計算過程中雖然也進行過一些濾波處理，能夠從理論上解調出信號強度最大方向，但在實際中由于受信標信號質量、掃描頻率和掃描控制準確度等因素影響，對衛星波束中心的計算精度也并不理想。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種用于動中通系統的衛星波束中心估計方法，能使動中通系統在噪聲干擾下對不同波束寬度的衛星信號通過掃描計算都能準確地估計出波束中心位置，從而提高動中通系統的跟蹤精度。

本發明的用于動中通系統的衛星波束中心估計方法，包括：

步驟1，當天線指向偏離衛星波束中心時，控制所述天線朝任一方向進行方位角掃描，并以固定的采樣頻率獲取每一采樣時刻t_i的信標信號u_i，然后對所述信標信號u_i根據公式進行濾波處理，其中，掃描初始時刻t₀的信標信號記為u₀，且α為濾波參數，表示濾波后的信號；

步驟2，保持步驟1中的所述任一方向繼續掃描直至并記錄掃描至這一采樣時刻的信標信號為U₀，且U₀=u_i，然后控制所述天線進行反方向捫描，其中所述ε為設定的信號閾值；

步驟3，保持步驟2中的所述反方向掃描直至則天線已通過方位角波束中心位置，掃描結束;記錄掃描至這一采樣時刻的信標信號u_i、方位角θ_i和掃描角速率ω_i，將滿足條件u_i>U₀的信標信號記為u′_i，利用公式計算信標信號關于掃描角度和角速率的一階統計矩M，利用公式計算相應的信號累加量N，利用公式θ_s=M/N計算方位角波束中心位置θ_s；

步驟4，根據步驟3中計算獲得的方位角波束中心位置θ_s控制所述天線做姿態調整，使方位角對準方位角波束中心位置θ_s；

步驟5，根據步驟1至步驟4的方法控制所述天線進行俯仰角掃描，計算獲得俯仰角波束中心位置θ_s’，使俯仰角對準俯仰角波束中心位置θ_s’：

步驟6，根據掃描估計獲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’得到最終的衛星波束中心位置。