[發(fā)明專利]一種天線指向低軌通信衛(wèi)星的角度控制系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112350766B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦超;黃元慶;張碩;耿大孝;許海深;王一煥;劉寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明公開了一種天線指向低軌通信衛(wèi)星的角度控制系統(tǒng)及方法，屬于衛(wèi)星通信及測控技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明接收GPS/北斗接收機(jī)的秒脈沖信號，建立精確的內(nèi)部時間系統(tǒng)；將軌道預(yù)報算法集成到天線的嵌入式控制單元，指向角度計算頻率不低于天線控制頻率；精確計算數(shù)據(jù)接收、發(fā)送的時間延遲量，控制軌道預(yù)報算法計算天線指向角的時間提前量，同時對慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘預(yù)測以得到精確的天線轉(zhuǎn)動角度。本發(fā)明通過將軌道預(yù)報算法集成到天線的嵌入式控制單元，降低了對系統(tǒng)通訊速率的要求，同時避免了插值運算帶來的誤差，具有精度高、實施簡單、無其他硬件成本、適用范圍廣的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信及測控技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種天線指向低軌通信衛(wèi)星的角度控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

從2014年開始，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到第三階段，該階段以Starlink、One Web等計劃為代表，定位于與地面通信形成互補融合的無縫通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)階段衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面通信系統(tǒng)二者之間更多的是互補與合作，發(fā)展空間巨大。為了實現(xiàn)“從萬物互聯(lián)”，需要大力發(fā)展大容量、高速率的高通量衛(wèi)星和低軌寬帶星座，降低應(yīng)用成本，拓寬互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場。

低軌衛(wèi)星相對于地球的位置不斷變化，可見時間有限，為了快速準(zhǔn)確的對準(zhǔn)衛(wèi)星，需要使用軌道預(yù)報算法獲取衛(wèi)星的實時位置。現(xiàn)有技術(shù)中，衛(wèi)通終端或其他上位機(jī)以較低頻率將低軌通信衛(wèi)星的指向角度發(fā)送到天線，天線控制器需要將指向角度按一定方式進(jìn)行插值后得到滿足控制需求的數(shù)據(jù)。這增加了插值帶來的誤差，且要求天線與終端或其他上位機(jī)要進(jìn)行精確的時間同步。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種天線指向低軌通信衛(wèi)星的角度控制系統(tǒng)及方法，其可用于通信天線，用來在天線的嵌入式控制單元中實現(xiàn)對中低軌衛(wèi)星通信衛(wèi)星的指向角度的精確計算。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種天線指向低軌通信衛(wèi)星的角度控制系統(tǒng)，包括天線中的嵌入式控制單元，還包括GNSS接收機(jī)，嵌入式控制單元的處理器通過GPIO接收GNSS接收機(jī)輸出的秒脈沖信號；所述嵌入式控制單元用于執(zhí)行如下程序：

(1)接收導(dǎo)航定位接收機(jī)的秒脈沖信號，建立內(nèi)部時間系統(tǒng)；

(2)采用TLE軌道預(yù)報方法或瞬根法軌道預(yù)報方法，得到衛(wèi)星的預(yù)測位置，并結(jié)合天線的所在位置，計算出天線指向衛(wèi)星的地理角度；

(3)結(jié)合天線控制頻率、程序執(zhí)行時間和將轉(zhuǎn)動角度傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的所需時間，確定下一次角度控制的精確時間；

(4)根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的歷史值預(yù)測下一次角度控制時的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)；

(5)根據(jù)步驟(2)所得天線指向衛(wèi)星的地理角度以及步驟(4)的預(yù)測結(jié)果計算天線轉(zhuǎn)動角度，并將轉(zhuǎn)動角度發(fā)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述GNSS接收機(jī)為GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)。

進(jìn)一步的，程序步驟(1)的具體方式為：

將接收秒脈沖信號的GPIO設(shè)置為電平信號輸入模式，并配置相應(yīng)的中斷函數(shù)；收到秒脈沖信號后，更新系統(tǒng)的UTC時間，并記錄連續(xù)兩次秒脈沖信號間隔內(nèi)的系統(tǒng)時鐘計數(shù)，使用滑動平均確定1秒內(nèi)的系統(tǒng)時鐘數(shù)，從而建立不低于毫秒級的內(nèi)部時間系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)的具體方式為：

(201)獲取目標(biāo)衛(wèi)星的軌道參數(shù)，若軌道參數(shù)為TLE型軌道參數(shù)，則采用TLE軌道預(yù)報方法得到衛(wèi)星的預(yù)測位置和速度，否則采用瞬根法軌道預(yù)報方法得到衛(wèi)星的預(yù)測位置和速度；

(202)將衛(wèi)星的預(yù)測位置投影到以天線所在位置為原點的東-北-天地理坐標(biāo)下，得到坐標(biāo)(r_x,r_y,r_z)；

(203)根據(jù)下式計算天線指向衛(wèi)星的地理角度：