CN101919115A - 具有改善的跟踪特性的卫星跟踪天线***及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有改善的跟踪特性的卫星跟踪天线***及其操作方法。该***根据车辆的移动对天线的仰角和方位角进行独立地控制、只在卫星仰角变化等于或大于参考值时控制天线的仰角,从而其可以提高卫星的跟踪速度和性能。该***包括:天线单元、GPS接收器、方位角陀螺传感器、控制台、以及电机单元。控制台包括仰角控制器和主控制器。电机单元包括仰角电机和方位角电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有改善的跟踪特性的卫星跟踪天线***以及用于控制该卫星跟踪天线***的方法,其中,该卫星跟踪天线***根据车辆的移动对天线的仰角和方位角进行独立地控制,并且只有当卫星仰角变化等于或大于参考值时控制天线的仰角,使得其可以提高卫星的跟踪速度和性能。
背景技术
通常,传统的卫星跟踪天线***安装在可移动的车辆中,从而其必须根据车辆的移动连续地跟踪卫星的位置,并且必须旋转天线的方向。
卫星跟踪天线***分为1-轴卫星跟踪天线***和2-轴卫星跟踪天线***。1-轴卫星跟踪天线***固定天线的指向仰角,只跟踪方位角。2-轴卫星跟踪天线***跟踪天线的仰角和方位角。
1-轴卫星跟踪天线***具有天线的固定卫星指向仰角。因此,在卫星信号的接收范围由于车辆的向远处移动而变得更宽并且卫星的仰角改变为另一角度的情况下,传统的卫星跟踪天线***不易于接收来自卫星的卫星信号。
近来,2-轴卫星跟踪天线***已经被广泛使用。这种2-轴卫星跟踪天线***即可以跟踪卫星的仰角和又可以跟踪卫星的方位角,使得其可以在更宽的范围内接收卫星信号。然而,这种2-轴卫星跟踪天线***必须跟踪仰角和方位角,使得其卫星跟踪算法比1-轴卫星跟踪天线***更复杂,导致跟踪速度和性能的劣化。为了解决上述的跟踪速度和性能的劣化问题,提出了一种新的使用诸如陀螺仪的陀螺传感器来跟踪卫星位置的方法。
然而,尽管使用了陀螺传感器,但是2-轴卫星跟踪天线***必须对仰角和方位角都进行调整以跟踪卫星位置,使得用于搜索卫星位置的初始捕获时间变得更长。如果2-轴卫星跟踪天线***经过了卫星信号被阻挡的盲区,则其需要很长的时间来再跟踪卫星位置。
发明内容
技术问题
因此,鉴于以上问题创造了本发明,本发明的目的在于提供一种具有改善的跟踪特性的卫星跟踪天线***,以及用于控制该卫星跟踪天线***的方法,其中,该卫星跟踪天线***使用GPS捕获/跟踪卫星的仰角、只有当卫星仰角变化等于或大于参考值时控制天线的仰角、以及独立于上述的仰角控制过程来捕获/跟踪卫星的方位角以控制天线的方位角,从而快速地、正确地执行卫星跟踪功能。
技术内容
根据本发明的一方面,上述的以及其他的目的可以通过提供卫星跟踪天线***来实现,该卫星跟踪天线***包括:天线单元,用于接收来自卫星的卫星信号;GPS接收器,用于接收来自GPS卫星的GPS信号;方位角陀螺传感器,用于检测车辆的方位角的移动;控制台,包括仰角控制器和主控制器,其中,仰角控制器用于分析从GPS接收器接收到的GPS信号、计算卫星的初始仰角位置、以及捕获计算得到的仰角位置,主控制器用于分析从天线单元接收到的卫星信号、捕获卫星的方位角、分析由方位角陀螺传感器检测到的车辆的方位角移动、以及用于跟踪卫星的方位角;以及电机单元,包括仰角电机和方位角电机,其中,仰角电机用于一旦接收到来自仰角控制器的控制信号,则将天线单元的仰角朝仰角指向位置旋转,方位角电机用于一旦接收到来自主控制器的控制信号,则将天线单元的方位角朝卫星的方位角指向位置旋转。
优选地,仰角控制器跟踪由车辆的移动引起的卫星仰角变化、如果仰角变化等于或大于参考值则控制仰角电机、以及朝改变的卫星仰角指向位置旋转天线单元的仰角。
优选地,仰角控制器将改变的卫星仰角信息存储在存储器中,确定当捕获到卫星的初始仰角时GPS信号是否被接收,并且将存储在存储器中的仰角确定为天线单元的指向仰角。
优选地,当天线单元的仰角改变为另一角度时,仰角控制器将仰角变化信号传输至主控制器。
在本发明的另一方面,提供了一种在卫星跟踪天线***中使用的卫星跟踪方法,该方法包括:a)分析从GPS卫星接收到的GPS信号、计算/捕获卫星的初始仰角、以及朝卫星的初始仰角指向位置旋转天线单元的仰角;b)分析从天线单元接收到的卫星信号、捕获卫星的方位角、分析由方位角陀螺传感器检测到的车辆的方位角移动、连续跟踪卫星的方位角、以及朝卫星的方位角指向位置旋转天线单元的方位角;以及c)跟踪由车辆的移动引起的卫星仰角变化、如果仰角变化等于或大于参考值则控制仰角电机、以及朝改变的卫星仰角指向位置旋转天线单元的仰角。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述,本发明的上述的以及其他的目的、特征和其他优点理解起来将更清楚,附图中:
图1是示出了根据本发明的卫星跟踪天线***的透视图;
图2是示出了根据本发明的卫星跟踪天线***的正视图;
图3是示出了根据本发明的卫星跟踪天线***的框图;
图4是示出了根据本发明的用于控制天线的仰角的方法的流程图;以及
图5是示出了根据本发明的用于控制天线的方位角的方法的流程图。
具体实施方式
现在,将参考附图详细地描述本发明的优选实施方式。在附图中,尽管在不同的图中描述这些元件,但是相同或相似的元件用相同的参考标号来表示。在以下的描述中,当本文中所结合的已知的功能和配置的详细描述会使本发明的主旨变得有些不清楚时,则将其省略。
图1是示出了根据本发明的卫星跟踪天线***的透视图。图2是示出了根据本发明的卫星跟踪天线***的正视图。图3是示出了根据本发明的卫星跟踪天线***的框图。
参照图1至图3,根据本发明的卫星跟踪天线***包括:天线单元100,用于接收卫星信号;方位角陀螺传感器400,用于检测车辆的方位角的移动;GPS接收器500,用于接收来自GPS(全球定位***)卫星的GPS信号;控制台200,用于分析在天线单元100、方位角陀螺传感器400、以及GPS接收器500中接收到的信号、以及用于捕获/跟踪卫星的位置;电机(motor)单元300,用于在接收到来自控制台200的控制信号之后将天线单元100向卫星的指向位置旋转;以及旋转接头(rotary joint)600,用于将从天线单元100接收到的卫星信号传输到卫星广播接收器700。
上述组成的组件安装在包含在壳体C中的底盘(BP)上。该底盘(BP)安装在壳体C中,使得以旋转接头600为基础可以对底盘进行水平旋转。盖(未示出)被连接至壳体C的顶部,使得其可以保护上述组件。
天线单元100包括:天线110,用于接收来自卫星的卫星信号;以及LNB(Low Noise Block down converter,低讯降频放大器)120,用于将接收到的卫星信号转换成中频(IF)卫星信号,并将IF卫星信号传输到控制台200。根据本发明的该实施例,天线100由平面型波导缝隙排列天线组成。
方位角陀螺传感器400用于跟踪由车辆的移动引起的卫星方位角的变化。方位角陀螺传感器检测由车辆移动引起的方位角角速度,并将检测到的角速度传输到控制台200。
GPS接收器500用于捕获/跟踪卫星的仰角。该GPS接收器500接收来自GPS卫星的GPS信号,并将所接收到的GPS信号传输到控制台200。
控制台200包括主控制器210、仰角控制器220、方位角电机驱动器230、以及仰角电机驱动器240。主控制器210分析所接收到的卫星信号的强度、捕获卫星的方位角、分析由方位角陀螺传感器400检测到的车辆的方位角的移动信息、以及连续跟踪卫星的方位角。仰角控制器220分析从GPS接收器00接收到的GPS信号,并根据分析的结果计算/捕获/跟踪卫星的仰角。方位角电机驱动器230在接收到来自主控制器210的控制信号之后驱动电机300的方位角电机310。仰角电机驱动器240在接收到来自仰角控制器220的控制信号之后驱动电机单元300的仰角电机320。
主控制器210包括存储器212和控制器211。存储器212存储方位角跟踪程序,其捕获卫星的初始方位角并根据车辆的移动连续跟踪卫星方位角。控制器211执行存储在存储器212中的方位角跟踪程序以捕获/跟踪卫星的方位角、控制方位角电机驱动器230以允许天线单元100面向卫星的方位角、以及驱动方位角电机310。
仰角控制器220包括存储器222和控制器221。存储器222存储仰角跟踪程序,其捕获/跟踪卫星的仰角。控制器221执行存储在存储器222中的仰角跟踪程序以捕获/跟踪卫星的仰角、控制仰角电机驱动器240以允许天线单元100面向卫星的仰角、以及驱动仰角电机320。
存储器222包含已经被控制器221计算/捕获的卫星仰角信息。主控制器210和仰角控制器220彼此独立地被驱动,使得它们能够控制天线单元100的方位角和仰角。
电机单元300包括方位角电机310和仰角电机320。方位角电机310被控制台200的方位角电机驱动器230驱动,并将天线单元100朝方位角旋转。仰角电机320被仰角电机驱动器240驱动,并将天线单元100朝仰角旋转。根据本发明的该实施方式,上述仰角电机320由线性电机组成。
控制台200的主控制器210将经由天线单元100接收到的卫星信号传输到旋转接头600。旋转接头600将从控制台200接收到的卫星信号传输到卫星广播接收器700。传输至卫星广播接收器700的卫星信号被显示在监视器800上。此外,上述旋转接头600接收来自外部部件的供电信号,并将供电信号传输到上述组件。
下文将参考图4和图5描述上述卫星跟踪天线***的操作。
应当注意,卫星跟踪天线***对天线的仰角和方位角彼此独立地控制。图4是示出了根据本发明的用于控制天线仰角的方法的流程图。图5是示出了根据本发明的用于控制天线方位角的方法的流程图。
下文将参考图4描述用于控制天线单元100的指向仰角的方法。
步骤S100和S110
在步骤S100处,如果卫星跟踪天线***被开启以便将供电信号施加到卫星跟踪天线***,则控制台200的仰角控制器220使用仰角电机驱动器240控制仰角电机320,从而在步骤S110中仰角电机320将天线单元110的指向仰角移动到初始位置。
步骤S120
如果天线单元100的仰角被初始化,则GPS接收器500接收来自GPS卫星的GPS信号,并将所接收到的GPS信号传输到仰角控制器220。
步骤S130和S121
仰角控制器220对GPS接收器500的GPS信号进行分析,并在步骤S130处计算卫星的仰角。由于期望接收信号的卫星的仰角被固定,所以仰角控制器220可以在车辆的当前位置经由GPS信号被识别的条件下计算卫星的仰角。如果GPS接收器500没有正常地接收GPS信号,则在步骤S121处,仰角控制器220提取存储在存储器222中的传统设置仰角信息。
步骤S140和S150
仰角控制器220控制仰角电机320,使得在步骤S140处,仰角电机将天线单元100的仰角向已经计算得到的或提取的仰角位置旋转,并在步骤S150处将所建立的仰角信息存储在存储器222中。
步骤S160
如果建立了天线单元100的仰角,则仰角控制器220将指示天线单元100的仰角已经改变为另一角度的仰角变化信号传输到主控制器210。
步骤S170和S180
在步骤S170处,如果***操作未被终止,则在步骤S180处,GPS接收器500接收GPS信号,并将所接收到的GPS信号传输到仰角控制器220。仰角控制器220分析GPS信号,并计算卫星的仰角。
步骤S190
仰角控制器220控制计算得到的仰角和由天线单元100当前对准的仰角的变化,并确定仰角的变化值是否大于参考值。如果仰角的变化值大于参考值,则在步骤S140处,仰角控制器220控制仰角电机320,并在步骤S150将仰角信息存储在存储器222中。
根据本发明的实施方式,仰角控制器220被设计为只在仰角的变化值大于参考值时将当前的仰角改变成另一个仰角,这是因为卫星信号的接收受仰角的微小或甚微的变化的影响很小。如果天线单元100的仰角随仰角的微小变化而连续地改变为另一角度,则该连续改变操作对***的处理速度等具有负面影响。根据本发明的实施方式,考虑到卫星信号的接收率和处理速度等,与仰角变化相关联的参考值可以设置为4°。
同时,下文将参考图5描述用于控制天线单元100的方位角的方法。
步骤S200
如果***被开启,则主控制器210从仰角控制器220接收指示天线单元100的仰角已经被改变成另一角度的仰角变化信号。
步骤S210
如果来自仰角控制器220的仰角变化信号被接收,则主控制器210执行校准以建立方位角陀螺传感器400的输出参考值。
步骤S220
在执行方位角陀螺传感器400的校正之后,主控制器210驱动方位角电机310旋转天线单元100,并搜索卫星的初始位置。
步骤S230和S231
在步骤S230处,如果天线单元100旋转360°时卫星信号未被接收,则主控制器210确定车辆处于车辆不能接收卫星信号的盲区,从而在步骤S231其将卫星跟踪模式切换到休眠模式,并在休眠模式下下保持待机状态。如果预定的时段已经过去,则主控制器210返回至步骤S220。
步骤S240
如果检测到接收卫星信号特定位置,则主控制器210对所接收到的卫星信号的强度进行分析,并捕获卫星的初始方位角位置。
步骤S250
如果捕获到卫星的初始方位角位置,则主控制器210对由方位角陀螺传感器400检测到的车辆的方位角移动信息进行分析,并跟踪随车辆的移动而改变的卫星方位角,使得其可以使用方位角电机310控制天线单元100的指向方位角。上述主控器210的卫星方位角跟踪过程是独立于仰角控制器220的卫星仰角控制过程执行的。
步骤S260
重复执行上述用于捕获/跟踪卫星的方位角的过程,直到***操作被终止。
尽管本发明已经披露了主控制器210在接收到来自仰角控制器220的初始仰角变化信号之后捕获/跟踪方位角,但是应当注意,该主控制器210也可以在***被开启的条件下捕获/跟踪方位角,而不考虑仰角变化信号的接收。
如上所述,根据本发明的仰角控制器220分析GPS信号,以计算卫星的仰角。仰角控制器220驱动仰角电机320,使得其允许天线单元100面向卫星的仰角。主控制器210分析所接收到的卫星信号的强度、捕获卫星的初始方位角位置、分析方位角陀螺传感器400的输出值、以及根据分析结果连续跟踪卫星的方位角。主控制器210驱动方位角电机310,并允许天线单元100面向卫星的方位角。
显然,对本领域的普通技术人员而言,在不背离本发明的精神或范围的前提下,可以对本发明进行各种修改和变化。因此,其旨在假如本发明的修改和变化落在所附权利要求和它们的等价物的范围之内,则本发明覆盖这些修改和变化。
工业应用
显然,根据以上描述,根据本发明的卫星跟踪天线***允许控制台的主控制器和仰角控制器对天线的仰角和方位角进行彼此独立地控制,使得其可以快速和稳定地跟踪卫星。
根据本发明的仰角控制器对GPS信号进行分析、计算卫星的仰角、只在卫星仰角变化等于或大于参考值时控制天线的仰角、以及防止仰角根据仰角的微小变化被频繁地控制,从而其可以提高卫星跟踪速度并防止不必要的功耗发生。此外,仰角控制器将卫星的改变的仰角存储在存储器中,并且即使在其不能接收到GPS信号时,使用存储在存储器中的先前的卫星仰角信息也能快速地控制天线的仰角。
尽管为了示意性目的公开了本发明的优选实施方式,但是本领域的技术人员将理解到,在不背离所附权利要求公开的本发明的范围和精神的前提下,各种修改、增加以及替代是可行的。
Claims (7)
1.一种卫星跟踪天线***,包括:
天线单元(100),用于接收来自卫星的卫星信号;
GPS接收器(500),用于接收来自GPS卫星的GPS信号;
方位角陀螺传感器(400),用于检测车辆的方位角的移动;
控制台(200)包括:
仰角控制器(220),用于分析从所述GPS接收器(500)接收到的所述GPS信号、计算所述卫星的初始仰角位置以及捕获计算得到的仰角位置,以及
主控制器(210),用于分析从所述天线单元(100)接收到的所述卫星信号、捕获所述卫星的方位角、分析由所述方位角陀螺传感器(400)检测到的车辆的方位角的移动、以及跟踪所述卫星的方位角;以及电机单元(300),包括:
仰角电机(320),用于一旦接收到来自所述仰角控制器(220)的控制信号,则将所述天线单元(100)的仰角朝仰角指向位置旋转,以及
方位角电机(310),用于一旦接收到来自所述主控制器(210)的控制信号,则将所述天线单元(100)的方位角朝所述卫星的方位角指向位置旋转。
2.根据权利要求1所述的卫星跟踪天线***,其中,所述仰角控制器(220)跟踪由车辆的移动引起的卫星仰角变化、如果所述仰角变化等于或大于参考值则控制所述仰角电机(320),并朝变化后的卫星仰角指向位置旋转所述天线单元(100)的所述仰角。
3.根据权利要求2所述的卫星跟踪天线***,其中,所述仰角控制器(220)将改变后的卫星仰角信息存储在存储器(222)中,确定当捕获到所述卫星的初始仰角时所述GPS信号是否被接收,并将存储在所述存储器(222)中的仰角确定为所述天线单元(100)的指向仰角。
4.根据权利要求2所述的卫星跟踪天线***,其中,当所述天线单元(100)的所述仰角改变为另一角度时,所述仰角控制器(220)将仰角变化信号传输至所述主控制器(210)。
5.根据权利要求1所述的卫星跟踪天线***,其中,所述主控制器(210)从所述仰角控制器(220)接收由所述卫星的初始仰角的捕获引起的仰角变化信号,并捕获/跟踪所述卫星的方位角。
6.一种在卫星跟踪天线***中使用的卫星跟踪方法,包括:
a)分析从GPS卫星接收到的GPS信号,计算/捕获所述卫星的初始仰角,并朝所述卫星的初始仰角指向位置旋转天线单元(100)的仰角;
b)分析从所述天线单元(100)接收到的卫星信号,捕获所述卫星的方位角,分析由方位角陀螺传感器(400)检测到的车辆的方位角移动,连续跟踪所述卫星的方位角,并朝所述卫星的方位角指向位置旋转所述天线单元(100)的方位角;
以及
c)跟踪由车辆的移动引起的卫星仰角变化,如果仰角变化等于或大于参考值则控制仰角电机(320),并朝变化后的卫星仰角指向位置旋转所述天线单元(100)的仰角。
7.根据权利要求6所述的卫星跟踪方法,还包括:
如果所述天线单元(100)的指向仰角改变为另一角度,则将改变后的卫星仰角信息存储在存储器(222)中,当捕获到所述卫星的初始仰角时确定所述GPS信号是否被接收,如果确定当捕获到所述卫星的初始仰角时未接收到所述GPS信号,则将存储在所述存储器(222)中的仰角确定为所述天线单元(100)的指向仰角。
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