CN101943913A - 便携卫星天线智能控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携卫星天线智能控制***及方法。本方法包括：天线初始化，天线主控制模块控制天线进行搜索，以一定的频率读取接收机模块输出的卫星信号电平数据，将天线的方位和俯仰角调整到最大卫星信号电平数据对应的方位和俯仰角；采用步进跟踪方式调整天线的方位和俯仰角，若本次调整后的电平数据大于上一次调整后的电平数据，则所述天线主控制模块控制电机在当前方向上调整一步；若本次调整后的电平数据小于上一次调整后的电平数据，则所述天线主控制模块控制电机在相反方向上调整一步，直至天线接收到最大信号电平。本发明能该提高对星效率和对星精确度，节省对星时间，简化对星操作。
Description
技术领域
本发明涉及卫星天线控制技术领域，特别涉及一种便携卫星天线智能控制***及方法。
背景技术
卫星天线负责将卫星信号反射到位于焦点处的馈源和高频头内。卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除杂讯。大多数卫星天线是抛物面状的，也有一些多焦点天线是由球面和抛物面组合而成。现有的便携卫星天线一般采用人工手动控制，操作人员手动转动天线的方位、俯角仰角及极化，并用仪表观察卫星信号，直到卫星信号最大，对准卫星。这种人工对星方式存在以下问题：一是对星操作复杂，需要专业人员配合专用仪表才能对星；二是对星效率低，对星耗费时间长；三是人工对星精确度差，不能精确对到所需卫星。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提高对星精确度和对星效率，减少对星时间，以及简化对星操作。
(二)技术方案
为此，本发明提供了一种便携卫星天线智能控制***，包括：
天线主控制模块(1)，与所述天线主控制模块(1)分别相连接的方位限位模块(2)、极化电位器模块(3)、GPS接收模块(4)、倾斜仪接收模块(5)、极化电机模块(6)、方位电机模块(7)、俯仰电机模块(8)、信标接收机模块(9)、DVB接收机模块(10)以及无线模块(11)，还包括：与所述无线模块(11)相连接的上位机，用于设置所述天线的参数，通过无线模块(11)将设置的参数发送至天线主控制模块(1)，天线主控制模块(1)用于根据所述参数对天线进行控制。
其中，所述上位机包括个人计算机，个人数字助理。
所述天线主控制模块包括：主控制单元(101)，与主控制单元(101)分别相连接的A/D采样单元(102)、电机驱动单元(103)、定时器设置单元(104)和显示单元(105)；所述A/D采样单元(102)用于对接收到的信标接收机(9)和DVB接收机(10)发送的直流电平进行数模转换；电机驱动单元(103)用于驱动极化电机模块(6)、方位电机模块(7)和俯仰电机模块(8)；定时器设置单元(104)用于实现计数和计时；显示单元(105)用于显示天线的各种实时数据。
本发明还提供了一种便携卫星天线智能控制方法，包括以下步骤：
步骤10、天线主控制模块根据存储的卫星跟踪参数和天线姿态参数计算得到天线理论极化角和理论俯仰角，控制所述天线的极化调整到理论极化角，控制所述天线的俯仰调整到理论俯仰角；
步骤20、所述天线主控制模块控制天线进行搜索，以一定的频率读取接收机模块输出的卫星信号电平数据，将天线的方位和俯仰角调整到最大卫星信号电平数据对应的方位和俯仰角；
步骤30、采用步进跟踪方式调整天线的方位和俯仰角，若本次调整后的电平数据大于上一次调整后的电平数据，则所述天线主控制模块控制电机在当前方向上调整一步；若本次调整后的电平数据小于上一次调整后的电平数据，则所述天线主控制模块控制电机在相反方向上调整一步，直至天线接收到最大信号电平。
所述步骤10之前还包括：
上位机对输入的账号和密码进行核对，若账号和密码正确，且网络连接正常，则所述上位机设置对星参数和对星方式并发送至天线主控制模块；
所述天线根据上位机发送的信息读取储存的卫星跟踪参数，通过倾斜仪接收模块读取天线姿态参数和初始俯仰参数，通过GPS接收模块读取地球站地理经纬度；根据卫星跟踪参数和天线姿态参数计算得到天线理论极化角和理论俯仰角；天线主控制模块控制所述天线的极化调整到理论极化角，控制所述天线的俯仰调整到理论俯仰角。
所述步骤20具体包括：
步骤21、所述天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块，使所述天线反射面的方位、俯仰按照网格形状进行搜索；
步骤22、所述A/D采样单元以一定的频率读取所述信标接收机和DVB接收机输出的卫星信号强度电平数据；并实时计算读取的电平数据与噪声信号直流电平的差值，当所述差值大于设定门限值时，进入闭环卫星信号跟踪模式。
所述步骤30具体包括：
步骤31、所述天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块，使所述天线方位和俯仰在设定的范围内进行调整；
步骤32、每调整一步，所述A/D采样单元都读取信标接收机和DVB接收机输出的卫星信号强度电平数据；
步骤33、将当前读取的电平数据与上一步调整后读取的电平数据进行比较，判断当前电平数据是否大于上一步调整后的电平数据，执行步骤34，否则执行步骤34’；
步骤34、所述天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块在当前的方向上再调整一步；
步骤34’、改变搜索方向，所述天线主控制模块驱动另一个方向的电机调整一步，直至天线收到最大信号电平；
步骤35、判断所述A/D采样单元读取的电平数据是否大于门限，是则天线指向处于保持状态；否则，执行步骤31。
所述步骤31中设定的范围具体包括：当前位置±3°的范围。
所述天线主控制模块实时采集天线的参数并将所述参数发送至上位机。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下有益效果：通过设置上位机，通过上位机给天线主控制模块控制指令，来实现天线的智能寻星、锁星及跟踪功能，使得便携天线在操作使用方面更加智能、高效，加快了天线的对星速度，提高了天线对星的精度，提高了寻星锁星的自动化程度，降低了操作人员的劳动强度。
附图说明
图1是本发明实施例的便携卫星天线智能控制***结构示意图；
图2是图1中天线主控制模块结构示意图；
图3是图1中伺服电机装置结构示意图；
图4是本发明实施例的便携卫星天线智能控制方法流程图；
图5是本发明天线初始化的方法流程图；
图6是本发明开环卫星信号搜索的方法流程图；
图7是本发明闭环卫星信号跟踪的方法流程图。
其中，1：天线主控制模块；2：方位限位模块；3：极化电位器模块；4：GPS接收模块；5：倾斜仪接收模块；6：极化电机模块；7：方位电机模块；8：俯仰电机模块；9：信标接收机模块；10：DVB接收机模块；11：WiFi无线模块；12：计算机模块；101：主控制单元；102：A/D采样单元；103：电机驱动单元；104：定时器设置单元；105：显示单元；21：方位右限位开关；22：方位左限位开关；23：方位中间限位开关；61：极化调整传动齿轮；62：极化电机；71：方位电机；72：方位减速器；81：俯仰电机；82：俯仰减速器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明实施例的便携卫星天线智能控制***结构示意图，本***包括天线主控制模块1，与天线主控制模块1相连接的方位限位模块2、极化电位器模块3、GPS接收模块4、倾斜仪接收模块5、极化电机模块6、方位电机模块7、俯仰电机模块8、信标接收机模块9、DVB接收机模块10以及WiFi无线模块11，该11个模块组成本实施例便携卫星天线智能控制***的下位机；还包括作为上位机的计算机模块12，计算机模块12用于监控天线，对天线的参数进行设置，天线主控制模块1通过WiFi无线模块11与计算机模块12进行通信，计算机模块12包括个人电脑(Personal Computer，PC)，个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)。天线主控制模块1、PC和PDA上都有相应的控制软件。
其中天线主控制模块1安装在天线下位机仓内，用于控制天线的方位、俯仰角度和极化角度的调整，实现智能寻星、锁星和跟踪卫星的功能；方位限位模块2安装在方位电机模块7和俯仰电机模块8的两侧，用于为天线主控制模块1提供天线反射面当前的位置状态，并用于保护天线，防止天线一直向一个方向转动；极化电位器模块3安装在馈源后方的波导管旁边，用于根据天线当前的极化角输出该极化角对应的电压值；GPS接收模块4安装在天线下位机仓内，用于读取地球站的地理经纬度；倾斜仪接收模块5安装在馈源下方的水平座上，用于读取天线姿态参数，天线反射面的初始俯仰角度；极化电机模块6装在馈源后方的波导管旁边，用于调整天线的极化角度；方位电机模块7安装在天线反射面后面的天线底座上，用于调整天线的方位；俯仰电机模块8安装在天线反射面后面的天线底座上，用于调整天线的俯仰角度；信标接收机9安装在天线下位机仓内，用于输出信标直流电平，DVB接收机10安装在天线下位机仓内，用于输出DVB直流电平，WiFi无线模块11用于天线主控制模块1与计算机模块12之间的通信。
再如图2所示，为图1中天线主控制模块的结构示意图，本实施例的天线主控制模块1包括主控制单元101，与主控制单元101分别相连接的A/D采样单元102、电机驱动单元103、定时器设置单元104和显示单元105。其中电机驱动单元103用于驱动极化电机模块6、方位电机模块7和俯仰电机模块8；定时器设置单元104用于实现程序中的计数和计时；A/D采样单元102对接收到的信标接收机9和DVB接收机10发送的直流电平进行数模转换；显示单元105用于显示天线的各种实时数据，在天线寻星过程中，天线主控制模块1会实时采集天线的参数进行显示，并发送给计算机模块12，供操作者查看天线的工作状态。
信标接收机9和DVB接收机10对接收到的卫星信号进行放大、滤波和检波处理，分别输出信标直流电平和DVB直流电平至A/D采样单元12，进行模数转换，为主控制单元11提供信号电平指示。
再如图3所示，为图1中伺服电机模块结构示意图，在本实施例中，伺服电机装置包括极化电机模块、俯仰电机模块和方位电机模块。极化电机模块6包括极化调整传动齿轮61和极化电机62；方位电机模块7包括方位电机71和方位减速器72；方位限位模块2包括方位右限位开关21、方位左限位开关22、方位中间限位开关23和俯仰下限位开关24；俯仰电机模块8包括俯仰电机81、俯仰减速器82。
其中，极化电机模块6用于完成天线极化角的调整，天线主控制模块1控制极化电机62转动，带动极化调整传动齿轮61调整天线的极化；方位电机模块7完成天线方位角的调整，天线主控制模块1控制方位电机71转动，经方位减速器72降低转动速度并提高扭矩，带动天线方位转动；方位右限位开关21、方位左限位开关22、方位中间限位开关23和俯仰下限位开关24用于进行天线运行状态定位，并防止天线超出运动范围；俯仰电机模块8完成天线俯仰角的调整，天线主控制模块1控制俯仰电机81转动，经俯仰减速器82降低转动速度并提高扭矩，带动天线俯仰转动。
如图4所示，为本发明实施例的便携卫星天线智能控制方法流程图，具体包括以下步骤：
步骤10、天线初始化的步骤：
本步骤主要完成极化调整和天线俯仰的调整。天线主控制模块根据存储的卫星跟踪参数和天线姿态参数计算得到天线理论极化角和理论俯仰角，控制所述天线的极化调整到理论极化角，控制所述天线的俯仰调整到理论俯仰角，如图5所示，为本发明天线初始化的方法流程图，包括以下子步骤：
步骤11、计算机模块对输入的账号和密码进行核对，若账号和密码都正确则执行步骤12，否则对重新输入的账号和密码执行步骤11；
步骤12、核对网络连接是否正常，正常则执行步骤13；否则执行步骤13’；
步骤13、设置对星参数和对星方式，并将对星参数和对星方式发送至天线主控制模块；
步骤14、天线主控制模块根据上位机的指示，读取储存的卫星跟踪参数，通过倾斜仪接收模块读取天线姿态参数和初始俯仰参数，通过GPS接收模块读取地球站地理经纬度；
步骤15、天线主控制器根据卫星跟踪参数和天线姿态参数计算得到天线理论极化角和理论俯仰角；
步骤16、天线主控制模块控制极化电机模块，使天线的极化角转至理论角度，完成天线极化调整；控制俯仰电机模块，使天线的俯仰角转到理论角度，完成天线俯仰调整，进入开环卫星信号搜索模式。
步骤20、开环卫星信号搜索的步骤：
开环卫星信号搜索的步骤完成天线对卫星信号的初步捕获，如图6所示，为本发明开环卫星信号搜索的方法流程图，具体包括以下子步骤：
步骤21、天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块，使天线反射面的方位、俯仰按照网格形状进行搜索；
具体地，天线反射面先在方位上进行调整，到达方位的最大搜索角度后在俯仰角上转动一步，然后保持该仰角在相反方向上运动，重复上述过程，直到搜索到卫星信号；即信标接收机输出的直流电平数据与噪声信号直流电平的差大于设定的门限值。
步骤22、A/D采样单元以一定频率读取L频段信标接收机和DVB接收机输出的卫星信号强度电平数据，不断地记录和刷新这个电平数据；并实时比较该电平数据与噪声信号直流电平，当两者之差大于设定门限值时，进入闭环卫星信号跟踪模式；
步骤30、闭环卫星信号跟踪的步骤：
本实施例使用闭环卫星信号跟踪模式完成天线对卫星信号的自动跟踪，采用的是步进跟踪方式，如图7所示，为本发明闭环卫星信号跟踪的方法流程图，具体包括以下子步骤：
步骤31、天线主控制模块控制方位电机模块/俯仰电机模块，使天线反射面方位在设定的小范围内进行调整；
该设定的范围可以是±3°的范围；
步骤32、每调整一步，A/D采样单元都要读取L频段信标接收机和DVB接收机输出的卫星信号强度电平数据；
步骤33、将当前读取的电平数据与上一步调整后读取的电平数据进行比较，如果当前电平数据大于上一步调整后的电平数据，执行步骤34，否则执行步骤34’；
步骤34、天线主控制模块控制方位电机模块/俯仰电机模块在当前的方位/俯仰方向上再调整一步；
步骤34’、改变搜索方向，天线主控制模块控制方位电机模块/俯仰电机模块驱动天线反射面向相反方向调整一步，这样一步一步地跟踪，直至天线收到最大信号电平；
步骤35、判断A/D采样单元读取的电平数据是否大于门限，是则天线指向处于保持状态；否则，天线自动进入步进跟踪方式，执行步骤31。
因此，天线指向始终对准卫星，保持最佳的接收性能。
本发明提供的便携卫星天线智能控制***及方法，通过设置上位机，通过上位机给天线主控制模块控制指令，来实现天线的智能寻星、锁星及跟踪功能，使得便携天线在操作使用方面更加智能、高效，加快了天线的对星速度，提高了天线对星的精度，提高了寻星锁星的自动化程度，降低了操作人员的劳动强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种便携卫星天线智能控制***，其特征在于，包括：天线主控制模块(1)，与所述天线主控制模块(1)分别相连接的方位限位模块(2)、极化电位器模块(3)、GPS接收模块(4)、倾斜仪接收模块(5)、极化电机模块(6)、方位电机模块(7)、俯仰电机模块(8)、信标接收机模块(9)、DVB接收机模块(10)以及无线模块(11)，与所述无线模块(11)相连接的上位机，用于设置所述天线的参数，通过无线模块(11)将设置的参数发送至天线主控制模块(1)，天线主控制模块(1)用于根据所述参数对天线进行控制。
2.如权利要求1所述的便携卫星天线智能控制***，其特征在于，所述上位机包括个人计算机，个人数字助理。
3.如权利要求1所述的便携卫星天线智能控制***，其特征在于，所述天线主控制模块包括：主控制单元(101)，与主控制单元(101)分别相连接的A/D采样单元(102)、电机驱动单元(103)、定时器设置单元(104)和显示单元(105)；所述A/D采样单元(102)用于对接收到的信标接收机(9)和DVB接收机(10)发送的直流电平进行数模转换；电机驱动单元(103)用于驱动极化电机模块(6)、方位电机模块(7)和俯仰电机模块(8)；定时器设置单元(104)用于实现计数和计时；显示单元(105)用于显示天线的各种实时数据。
4.一种便携卫星天线智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、天线主控制模块根据存储的卫星跟踪参数和天线姿态参数计算得到天线理论极化角和理论俯仰角，控制所述天线的极化调整到理论极化角，控制所述天线的俯仰调整到理论俯仰角；
步骤20、所述天线主控制模块控制天线进行搜索，以一定的频率读取接收机模块输出的卫星信号电平数据，将天线的方位和俯仰角调整到最大卫星信号电平数据对应的方位和俯仰角；
步骤30、采用步进跟踪方式调整天线的方位和俯仰角，若本次调整后的电平数据大于上一次调整后的电平数据，则所述天线主控制模块控制电机在当前方向上调整一步；若本次调整后的电平数据小于上一次调整后的电平数据，则所述天线主控制模块控制电机在相反方向上调整一步，直至天线接收到最大信号电平。
5.如权利要求4所述的便携卫星天线智能控制方法，其特征在于，所述步骤10之前还包括：
上位机对输入的账号和密码进行核对，若账号和密码正确，且网络连接正常，则所述上位机设置对星参数和对星方式并发送至天线主控制模块；
所述天线根据上位机发送的信息读取储存的卫星跟踪参数，通过倾斜仪接收模块读取天线姿态参数和初始俯仰参数，通过GPS接收模块读取地球站地理经纬度。
6.如权利要求4所述的便携卫星天线智能控制方法，其特征在于，所述步骤20具体包括：
步骤21、所述天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块，使所述天线反射面的方位、俯仰按照网格形状进行搜索；
步骤22、所述A/D采样单元以一定的频率读取所述信标接收机和DVB接收机输出的卫星信号强度电平数据；并实时计算读取的电平数据与噪声信号直流电平的差值，当所述差值大于设定门限值时，进入闭环卫星信号跟踪模式。
7.如权利要求4所述的便携卫星天线智能控制方法，其特征在于，所述步骤30具体包括：
步骤31、所述天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块，使所述天线方位和俯仰在设定的范围内进行调整；
步骤32、每调整一步，所述A/D采样单元都读取信标接收机和DVB接收机输出的卫星信号强度电平数据；
步骤33、将当前读取的电平数据与上一步调整后读取的电平数据进行比较，判断当前电平数据是否大于上一步调整后的电平数据，执行步骤34，否则执行步骤34’；
步骤34、所述天线主控制模块控制方位电机模块和俯仰电机模块在当前的方向上再调整一步；
步骤34’、改变搜索方向，所述天线主控制模块驱动另一个方向的电机调整一步，直至天线收到最大信号电平；
步骤35、判断所述A/D采样单元读取的电平数据是否大于门限，是则天线指向处于保持状态；否则，执行步骤31。
8.如权利要求7所述的便携卫星天线智能控制方法，其特征在于，所述步骤31中设定的范围具体包括：当前位置±3°的范围。
9.如权利要求4所述的便携卫星天线智能控制方法，其特征在于，还包括：所述天线主控制模块实时采集天线的参数并将所述参数发送至上位机。
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