CN100546217C - 车载卫星通信自动寻星方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载卫星通信自动寻星方法，首先天线运行到计算的方向，检测AGC电压的数值，判别寻星信号的跟踪状态，若小于预定值，按照程序的设定通过卫星天线驱动器8自动调整寻星驱动天线方向，作回字型搜索，每步距判读新的AGC电压数值，循环调整直至AGC电压数值超过预定阈值，然后再用十字交叉法扫描，以取得该信道信号的AGC电压最强点，最后调整极化角，将AGC电压数值保留在极值。此时寻星方位角、俯仰角、极化角状态最佳，同时显示的信号质量最大。

Description

车载卫星通信自动寻星方法

技术领域

本发明涉及一种卫星通信自动寻星方法，尤其涉及一种车载卫星通信自动寻星方法。

背景技术

目前，在卫星通信寻星方法中通常采用的是接收卫星信标信号的方法，调整天线的俯仰角、方位角和极化角来实现天线的最佳接收定位。在实际操作中信标信号带宽窄，不容易捕捉，容易受干扰，对***的响应要求高。另外，往往用来卫星通信的寻星设备依据寻星方法而来，会采用信标信号接收器，这种信标信号接收器比较昂贵，成本是信道信号接收器的若干倍。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种利用信道信号进行自动寻星的车载卫星通信自动寻星方法。

实现本发明的车载卫星通信自动寻星方法的装置，如图2所示，包含天线组件和天线控制组件，天线控制组件包含卫星天线驱动器、卫星天线控制器、全球定位***、电子罗盘、手柄控制器、局域网，上述卫星天线控制器包含卫星信号接收卡、卫星信号自动增益控制电压接收卡、主控板，手柄控制器通过其网络接口连接到局域网，局域网通过主控板上的网络接口连接主控板，天线组件中各伺服步进电机的并行口和主控板的并行口连接，卫星全球定位***和电子罗盘的串行口分别和主控板的串行口连接，天线组件中变频器的F型插头座通过电缆和卫星信号接收卡的F型插头座连接，卫星信号接收卡的两芯插座和卫星信号自动增益控制电压接收卡的号接收卡10的两芯插座和卫星信号自动增益控制电压接收卡11的两芯插座连接，卫星信号接收卡10的PCI接口和主控板12的PCI接口连接，卫星信号自动增益控制电压接收卡11的并行口和主控板12的并行口连接，主控板12的并行口和卫星天线驱动器8的并行口连接，卫星天线驱动器8的驱动接口和天线组件中各伺服步进电机的驱动接口连接。

本发明的工作原理如下：

本发明的卫星通信天线自动寻星装置，可以在两种模式下寻星，这两种模式是自动寻星模式和手动寻星模式，***在自动寻星的同时保留手动寻星功能，因为卫星车所处的地点可能因为各种电磁环境的因素干扰，影响自动寻星的速度或者寻星的正确性，此时用手动寻星的方式可以人为地排除上述的干扰信号，确保寻星对信道的准确性。因此，在需要手动控制时，上述手柄控制器15和主控板12之间可以不通过局域网，直接将其RS/2接口和主控板12的RS/2接口连接；也可以通过有线局域网，将其RJ45接口和有线局域网相连接，有线局域网和主控板12的RJ45接口连接；也可以通过无线局域网，将其RJ45接口和无线局域网连接，无线局域网和主控板12的RJ45接口连接。

天线卫星天线控制器9是车载卫星通信自动寻星方法的核心控制单元，外接全球定位***(以下简称GPS)13，电子罗盘14，卫星天线驱动器8。卫星天线控制器9包含卫星信号接收卡10、卫星信号自动增益控制(Automatic Gain Control，以下简称AGC)电压接收卡11、主控板12，其主控板12上含有网络接口，手柄控制器15通过网络接口连接到卫星天线控制器9上。在手动寻星模式下，卫星天线控制器9可以接受来自手柄的指令，通过卫星天线控制器9的内部软件程序对手柄控制器的命令进行解析，控制卫星天线驱动器8，对天线组件实施控制，完成手动寻星模式下的动作。

卫星天线控制器9的主控程序在功能上包含如下几大软件模块：

卫星信号接收模块：通过并行口，采集卫星信号AGC电压接收卡11的卫星信号AGC电压强度状态。

息。

电子罗盘信息接收模块：通过串行口，接收来自电子罗盘的方位信息，获得卫星车及天线的方位、俯仰和横滚姿态数据。

限位探测模块：通过并行口的控制位，探测来自四个限位开关信息：即方位电机的方位左右限位开关、俯仰电机的俯仰下限位开关、极化电机的极化左限位开关，起到极限限位保护作用。

信息发送模块：将***采集到的卫星车的定位信息、卫星车的姿态、卫星信号强度等信息通过接口发送给手柄控制器。

命令接收模块：解释来自手柄控制器控制端的命令，通知主处理模块完成相应的操作。

接口模块：用于连接卫星天线控制器和手柄控制器的接口。

主计算模块：完成天线俯仰、方位、极化角的理论方位计算。完成天线运动步距的驱动，同时记忆天线运行路径路程。

电机驱动脉冲发送模块：接收来自主计算模块的控制信息，转化为控制步进电机的脉冲信号，本模块的关键是要精确控制脉冲时间和电机加速过程。脉冲信号通过并行口的控制位发送数据。

主处理模块，是控制和连接上述模块的中枢。

手柄控制器的程序包含如下几大软件模块：

主处理模块：提供整个***的控制界面，接收控制人员的控制指令，完成信息显示。

信息接收模块：接收并解释来自主控计算机的显示信息，通过主处理模块显示。

命令发送模块：完成控制命令编码，通过接口发送给卫星天线控制器。

上述寻星过程模块的控制过程关系图如图13所示。

在本发明的车载卫星通信自动寻星方法中，将上述的软件模块部分和硬件部分相结合，总结为以下的控制过程：

程序启动后，首先接收全球定位***(GPS)信息，取得卫星车当前位置的信息，主要有经度、纬度和高度信息，然后，接收电子罗盘的的数据，利用电子罗盘取得卫星车及天线的当前的姿态信息：主要有方位角、俯仰角和横滚姿态，自动的完成接收天线指向方位诸元的计算。

在自动寻星模式下，首先天线运行到计算的方向，检测AGC电压的数值，判别寻星信号的跟踪状态，若小于预定值，按照程序的设定通过卫星天线驱动器自动调整寻星驱动天线方向，作回字型搜索，每步距判读新的AGC电压数值，直至找到超过阈值点的位置，再作十字型搜索，直至AGC电压数值最大，然后调整极化角，将AGC电压数值保留在极值。此时寻星方位角、俯仰角、极化角状态最佳，同时显示的信号质量最大。

在手动寻星模式下，根据手柄控制器手柄上的信号质量(一般要求65％左右)的指示，用点动(0.1度/步距)或者连续的驱动方式，控制天线的指向方向，以期在手柄控制器显示器上指示信号强度为最大，作为寻星最佳状态的判断依据。此时，寻星结束。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

上述寻星方法中的卫星信号接收卡采用通用的卫星数据接收卡，即信道信号接收器，接收来自天线组件变频器输出的L波段的信道信号，取出与此信道信号强弱相关的AGC电压数值，送入到卫星信号AGC电压接收卡，判断寻星的标志不是信标信号，而是信道信号，信道信号带宽宽，容易捕捉，速度快，***要求低，不易受干扰，寻星可靠性高，能够实现快速地寻星。

另外，信道信号接收器的成分比信标信号接收器成本低，价格便宜若干倍。同时本发明在自动寻星的同时保留手动寻星功能，具有自动寻星模式和手动寻星模式两种工作方式，可以更加确保寻星对信道的准确性。

附图说明

图1是自动寻星方法的软件流程图。

图2是卫星通信天线自动寻星装置的电路框图。

图3是卫星信号AGC电压接收卡的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种车载卫星通信自动寻星方法，包含以下步骤：

第一步：当车到达目标位置停止后，主控板12进行初始化；

第二步：主控板12通过全球定位***(GPS)13，得到卫星车的位置信息，包括经度、纬度及高度信息；

第三步：主控板12通过电子罗盘14得到卫星车及天线的方位信息，包括方位、俯仰和横滚姿态数据；

第四步：主控板12的主计算模块按照如下计算公式，计算出在目标位置的天线俯仰角、方位角、极化角的理论位置指向值，

$E={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\frac{r}{R}}{\sqrt{1-{\left(\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\right)}^2}}\right]$

$A={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{\mathrm{tg\α}}{\sin \mathrm{\β}}$

P＝tg-1(sinα/tgβ)

其中α＝(车所在地经度Φ2-卫星地点经度Φ1)，β为车所在纬度，r为地球半径，R为同步轨道半径，A为方位角，E为俯仰角，P为极化角；

第五步：主控板12根据天线俯仰角的理论位置值，计算俯仰脉冲数，驱动卫星天线驱动器8使天线指向俯仰角的理论位置；

第六步：主控板12根据天线方位角的理论位置值，计算方位脉冲数，驱动卫星天线驱动器8使天线指向方位角的理论位置；

第七步：在天线到达预定理论位置后，根据实时采集的AGC电压信号的强度，作回字型搜索，找到AGC电压超过预定阈值的位置点，此时停止回字型搜索；

第八步：在超过预定阈值的位置点作十字型扫描，求得卫星信号AGC电压的最大值位置点；

第九步：调整极化角，自动寻星过程结束。

上述采集的AGC电压信号是卫星信号接收卡10接收来自天线组件中变频器的L波段的信道信号后取出的与其信道信号相关的电压信号。

***还可随时通过手动方式进行寻星。

下面，参照图1，阐述本发明的自动寻星模式下的寻星过程：

第一步，当车到达目标位置停止后，主控板12进行初始化，即停止所有伺服步进电机的动作。

第二步，主控板12通过全球定位***(GPS)13，得到卫星车的位置信息，包括经度、纬度及高度信息。

第三步，主控板12通过电子罗盘14得到卫星车及天线的方位信息，包括方位、俯仰和横滚姿态数据。

第四步，主控板12的主计算模块按照如下计算公式：

$E={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\frac{r}{R}}{\sqrt{1-{\left(\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\right)}^2}}\right]$

$A={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{\mathrm{tg\α}}{\sin \mathrm{\β}}$

P＝tg-1(sinα/tgβ)

计算出天线俯仰角、方位角、极化角的理论位置值，其中α＝(车所在地经度Φ2-卫星地点经度Φ1)；β为车所在纬度；r为地球半径；R为同步轨道半径；A为方位角；E为俯仰角；P为极化角。

第五步，主控板12根据天线俯仰角的理论位置值，计算俯仰脉冲数，驱动卫星天线驱动器8使天线指向俯仰角的理论位置。

这一步骤是因为通过发明人通过多次实验测得，俯仰方向上的干扰最小，水平相对稳定，误差不超过±1°。

第六步，主控板12根据天线方位角的理论位置值，计算方位脉冲数，驱动卫星天线驱动器8使天线指向方位的理论位置。这里发明人采用先使天线指向俯仰角的理论位置，再使天线指向方位角的理论位置的原因在于方位方向最易受干扰，受地磁环境影响较大，不确定因素较多，而俯仰方向干扰较小，相对比较稳定。

第七步，在天线到达预定理论位置后，检测AGC电压的强度，先作回字型搜索，找到AGC电压超过预定阈值的位置点，此时停止回字型搜索。

实时地采集AGC电压，向主控板12传输，主控板控制天线作回字型扫描，即先控制天线进行水平方向的扫描，如果AGC电压超过电压的预定阈值，则记录下AGC电压的阈值位置，如果未超过AGC电压的预定阈值，则控制天线在俯仰方向上移动一个步距，再继续进行水平扫描，如此循环下去，直至AGC电压到达阈值。上述检测AGC电压由卫星天线接收卡10和卫星信号AGC电压接收卡11完成。上述卫星天线接收卡10接收来自天线组件变频器4输出的L波段信道信号，取出与其信道信号强弱AGC电压，输入到卫星信号AGC电压接收卡11。上述卫星天线接收卡10通过PCI标准插槽与主控板12的数据总线和控制总线连接，由主控板12对其工作状态进行预置和设置，使它工作在预定的卫星信道参数条件下。这时，卫星天线接收卡10对L波段的信道信号进行接收和解调，还原出调制信号。还原过程中，产生与L波段信号强度相关的AGC电压，即AGC电压的大小代表卫星信道信号的强弱，把这个信号送到卫星信号AGC接收卡11，在卫星信号AGC接收卡11中进行放大，并转换成数字信号。

如图3所示，卫星信号AGC电压接收卡11内部的处理程序的基本工作只有一项：即实时地采集卫星天线接收卡10来的模拟的AGC电压，进行模数转换后向***主控板进行传输，传输完毕后再去采集新的AGC电压。转换的节拍由时钟决定，在每次的转换和输出过程中，增加了对AGC电压值大小的判别，判别分4个等级：超过16，显示1个LED，超过48，显示2个LED，超过80，显示3个LED，超过112，显示4个LED。上述划分的数值参考点，是按照8位微处理器256分辨率设置的。

第八步，找到超过阈值的位置后，再在该地点进行十字型扫描，即先进行天线的水平扫描，记录下该AGC电压最大值位置，天线移动到水平方向的卫星信道信号的最强点位置，再进行垂直扫描，记录下AGC电压最大值位置，天线移动到俯仰方向的卫星信道信号的最强点位置。

第九步，当天线俯仰角和方位角的完成最佳调整后，再进行极化角的调整，这是因为极化角的方向最不敏感。此时寻星方位角、俯仰角、极化角状态最佳，同时显示的信号质量最大。自动寻星过程结束。

手动寻星过程和上述自动寻星过程相似，可以通过手柄控制器15以各种方式向卫星天线控制器9发出控制指令，手动地控制天线找到卫星信道信号的最强点位置。

Claims (3)

1、一种车载卫星通信自动寻星方法，其特征在于，包含以下步骤：

第一步：当车到达目标位置停止后，主控板(12)进行初始化；

第二步：主控板(12)通过全球定位***(GPS)(13)，得到卫星车的位置信息，包含经度、纬度及高度信息；

第三步：主控板(12)通过电子罗盘(14)得到卫星车及天线的方位信息，包括方位、俯仰和横滚姿态数据；

第四步：主控板(12)的主计算模块按照如下计算公式，计算出在目标位置的天线俯仰角、方位角、极化角的理论位置指向值，

$E={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\cos \mathrm{\α}\·\cos \mathrm{\β}\frac{r}{R}}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\α}\·\cos \mathrm{\β})}^2}}\right]$

$A={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{\mathrm{tg\α}}{\sin \mathrm{\β}}$

P＝tg^-1(sinα/tgβ)

其中α＝(车所在地经度Φ2-卫星地点经度Φ1)，β为车所在纬度，r为地球半径，R为同步轨道半径，A为方位角，E为俯仰角，P为极化角；

第五步：主控板(12)根据天线俯仰角的理论位置值，计算俯仰脉冲数，驱动卫星天线驱动器(8)使天线指向俯仰角的理论位置；

第六步：主控板(12)根据天线方位角的理论位置值，计算方位脉冲数，驱动卫星天线驱动器(8)使天线指向方位角的理论位置；

第七步：在天线到达预定理论位置后，根据实时采集自动增益控制(AGC)电压的强度，作回字型搜索，即先控制天线进行水平方向的扫描，如果AGC电压超过电压的预定阈值，则记录下AGC电压的阈值位置，如果未超过AGC电压的预定阈值，则控制天线在俯仰方向上移动一个步距，再继续进行水平扫描，如此循环下去，直至找到AGC电压超过预定阈值的位置点，此时停止回字型搜索；

第八步：在超过预定阈值的位置点作十字型扫描，求得卫星信号AGC电压的最大位置点，即先进行天线的水平扫描，记录下该AGC电压最大值位置，天线移动到水平方向的卫星信道信号的最强点位置，再进行垂直扫描，记录下AGC电压最大值位置，天线移动到俯仰方向的卫星信道信号的最强点位置；

第九步：调整极化角，自动寻星过程结束。

2、根据权利要求1所述的车载卫星通信自动寻星方法，其特征在于，

上述采集的AGC电压信号是卫星信号接收卡(10)接收来自天线组件中变频器的L波段的信道信号后取出的与其信道信号相关的电压信号。

3、根据权利要求1所述的车载卫星通信自动寻星方法，其特征在于，

***还可随时通过手动方式进行寻星。

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