[發明專利]基于輻射計和測距儀的衛星信號通道環境監測系統及方法

無效

• 申請號: 201410232644.3
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103986534A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 曲思衡
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網天津市電力公司
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04B7/185;G01S1/02;G01R29/08;G01S15/08
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發明屬于衛星通信與超聲波技術領域，特別是涉及一種基于輻射計和測距儀的衛星信號通道環境監測系統及方法。

背景技術

衛星通信技術由于其自身采用無線通信、信號傳輸距離遠、發射接收裝置安裝架設靈活等技術特點，使得其在應急指揮通信中起到無法替代的作用，其中衛星通信車更是將上述衛星通道組建靈活、簡便、快捷的特點充分體現出來，因此在應急通信等領域被廣泛使用。由于衛星車的地理位置在隨時移動，所以衛星車的衛星天線需要對衛星角度和方位進行實時的校正和調整，并克服衛星車移動過程中帶來的信號多普勒效應，為了滿足上述要求，衛星車通常采用“動中通”天線。

“動中通”自動跟蹤系統是在初始靜態情況下，由GPS、經緯儀、捷聯慣導系統測量出航向角、載體所在位置的經度和緯度及相對水平面的初始角，然后根據其姿態及地理位置、衛星經度自動確定以水平面為基準的天線仰角，在保持仰角對水平面不變的前提下轉動方位，并以信號極大值方式自動對準衛星。在載體運動過程中，測量出載體姿態的變化，通過數學平臺的運算，變換為天線的誤差角，通過伺服機構調整天線方位角、俯仰角、極化角，保證載體在變化過程中天線對星在規定范圍內，使衛星發射天線在載體運動中實時跟蹤地球同步衛星。該系統跟蹤方式有自跟蹤和慣導跟蹤兩種。自跟蹤是依靠衛星信標進行天線閉環伺服跟蹤；慣導跟蹤是利用陀螺慣導組合敏感載體的變化進行天線跟蹤。這兩種跟蹤可根據現場情況自動切換。當系統對星完畢轉入自動跟蹤后，以自跟蹤方式工作；與此同時，慣導系統也進入工作狀態，并不斷輸出天線極化、方位和俯仰等數據。

由于衛星通信技術特點，使得其傳輸質量容易因為障礙物遮擋以及雨、雪、霧等不良天氣的影響，大氣中的水蒸氣和氧氣的吸收作用會造成傳輸損耗，當頻率大于20GHz時，這種作用是非常嚴重的。水汽分子具有固定的電偶極子，氧分子具有固定的磁偶極子，它們都具有固定的頻率，當電波頻率與其固有的諧振頻率相同時，即產生強烈的吸收。大氣中的氣體分子、水汽凝結物(如雨、霧、云、雪等)、沙塵暴、煙霧等對衛星鏈路的電波傳播均有影響，但在Ka頻段雨衰減并不很大。隨著頻率的增加，衰減值急劇增大。當頻率大于20GHz時，暴雨引起的信號衰減將超過10dB以上，有些地區的衰減高達25dB，所以環境因素對衛星信號衰耗影響很大，容易造成通信鏈路無法正常建立。

在實際操作使用中，傳統定向天線(例如：單兵系統)可以很方便地通過目測對星方向是否具有遮擋物的方式對故障原因進行快速判斷，并結合天氣情況，確定信號衰落問題原因是由于外界環境還是設備本身故障導致。但是動中通技術為了使天線在衛星車行駛中發揮最好的效果，天線的外形設計往往采用具有圓滑邊緣的圓柱體設計。與傳統定向天線相比，“動中通”天線的外形設計造成操作人員無法直接通過天線指向判斷衛星所在方向，尤其是在城市環境中，對操作人員判斷故障原因造成了一定的困難。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于輻射計和測距儀的衛星信號通道環境監測系統及方法。

為了達到上述目的，本發明提供的基于輻射計和測距儀的衛星信號通道環境監測系統包括：超聲波測距模塊、太陽輻射計、數據處理主機和告警顯示模塊；其中：超聲波測距模塊為超聲波測距裝置，其與數據處理主機相連接；太陽輻射計為太陽輻射強度檢測裝置，其與數據處理主機相連接；數據處理主機為本系統的檢測控制及數據處理核心，其與中通天線控制系統中的天線伺服器相連接；告警指示模塊為報警信號輸出裝置，其與數據處理主機相連接。

所述的超聲波測距模塊由超聲波發射器和超聲波接收器組成。

本發明提供的基于輻射計和測距儀的衛星信號通道環境監測系統的監測方法包括以下步驟：

步驟1)設備初始化：開啟設備電源、系統進行自檢，并與動中通自動跟蹤系統中的天線伺服器數據接口建立通信連接；

步驟2)超聲波測距模塊方位調整：數據處理主機從天線伺服器數據接口中獲取包括方位、仰角在內的天線對星方位信息，并根據獲得的信息調整超聲波測距模塊信號發射方向與衛星方向一致；

步驟3)環境監測：超聲波測距模塊利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發射后遇到障礙物反射回來的時間，根據發射和接收的時間差對衛星通道上是否存在遮擋物進行判斷；太陽輻射儀通過接收大氣940nm水汽吸收通道中的某些成分在一定頻率上的輻射，經過轉換得到大氣在垂直和水平方向上的氣象要素分布；