CN108152811B - 基于概率的动态校准船载卫星通信地球站跟踪相位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出动态校准船载卫通站跟踪相位方法，以提高船载卫通站伺服***跟踪性能。动态环境下，伺服***跟踪目标时产生方位跟踪误差电压和俯仰跟踪误差电压。基于方位误差电压和俯仰误差电压，计算极坐标下误差综合角，在时间序列上比较误差综合角判定顺时针或逆时针旋转，统计顺时针或逆时针旋转频次并计算发生概率，推算相位调整方向及角度。本发明校准跟踪相位精度高，使船载卫通站伺服***工作在最佳相位点，大幅度提高跟踪性能；无须对船载卫通站进行硬件结构调整，便于实施、成本低。本发明还可应用于船载雷达等其他需要调整跟踪相位的无线电设备或***中，具有推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线电跟踪技术领域，特别涉及一种基于概率的动态校准船载卫星通信地球站跟踪相位方法。
背景技术
卫通通信是船舶进行岸船通信的最重要手段。由于船舶在海洋环境中摇动，卫星通信地球站需要采用伺服***实现天线的卫星指向。船载卫通站伺服***多采用单脉冲跟踪体制，其具有跟踪精度高，抗干扰能力强等特点。然而，温度、湿度变化等多种环境因素都会引起船载卫通站伺服***跟踪相位的变化，导致交叉耦合恶化，影响天线跟踪性能。
船载卫通站常用的校准相位方法有以下几种：手动校准相位，该方法需在静态条件下进行，校准相位精度依赖于船载卫通站对准目标中心的精度及操作员的经验；基于大地指向的自动校准相位，该方法的校准相位精度较低，误差约20°，在船舶大动态情况下失效；射频辅助校相，该方法需在船载卫通站上加装射频发射源，校准相位前需提供基准相位，由于存在近场效应，校准相位精度低且重复性差；基于圆锥扫描跟踪校相，该方法需在船载卫通站天线上加装圆锥扫描跟踪***，对伺服***硬件改动大，成本高。
在动态环境下，传统的船载卫通站伺服***相位校准方法存在精度差等问题，导致伺服***存在较大的交叉耦合，影响伺服跟踪性能。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法，该方法利用跟踪误差电压和统计概率对相位进行校准，在现有船载卫通站控制计算机实现自动校准，不改变船载卫通站硬件结构，操作简单、成本低，校相精度高，较大程度提高了船载卫通站伺服***性能。
本发明的目的是这样实现的：一种基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法，利用跟踪综合误差角顺时针、逆时针旋转概率校准相位；
基于时间序列判定综合误差角的顺时针、逆时针旋转方向；
统计综合误差角顺时针、逆时针旋转和不旋转频次，计算顺时针、逆时针旋转发生概率；
依据顺时针、逆时针旋转发生概率是否相等或相近，判定是否需要调整跟踪相位或终止；
由综合误差角顺时针、逆时针旋转发生概率推算跟踪相位偏移方向和大小；
完成一次调整跟踪相位后，重复校准相位流程，满足终止条件后停止。
进一步的，跟踪综合误差角是由方位跟踪误差电压和俯仰跟踪误差电压确定的极坐标角。
进一步的，方位跟踪误差电压和俯仰误差电压的采样频率不小于5赫兹、采集持续时间不小于10秒钟。
进一步的，方位跟踪误差电压和俯仰误差电压的数据采集在船舶动态条件下实施，船舶综合摇摆角平均值不小于2°。
本发明具有的有益效果是：
本发明的方法利用跟踪误差电压和统计概率对相位进行校准，在现有船载卫通站控制计算机实现自动校准，不改变船载卫通站硬件结构，操作简单、成本低，校相精度高，较大程度提高了船载卫通站伺服***性能；校准跟踪相位精度高，使船载卫通站伺服***工作在最佳相位点，大幅度提高跟踪性能；无须对船载卫通站进行硬件结构调整，便于实施、成本低。本发明还可应用于船载雷达等其他需要调整跟踪相位的无线电设备或***中，具有推广价值。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法流程图。
图2是本发明一个实施例的跟踪综合误差角顺时针、逆时针旋转极坐标示意。
图3本发明一个实施例的利用相交原理确定相位调整角示意图一。
图4本发明一个实施例的利用相交原理确定相位调整角示意图二。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的基于概率的动态校准船载卫星通信地球站跟踪相位方法。该方法可用于对船载卫通站在动态条件下进行相位校准。
图1是根据本发明一个实施例的基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法流程图。如图1所示，该方法由以下步骤构成：开始校准相位S11、采集方位俯仰误差电压S12、计算极坐标下综合误差角S13、统计顺时针和逆时针旋转频次并计算发生概率S14、判定顺逆旋转概率是否相等或相近S15、推算相位校准方向及大小S16、修改相位S17和结束S18。
具体地说，采集方俯仰误差电压Ue与方位误差电压Ua由伺服***计算机完成。在一些示例中，为了保证数据的有效性，数据采集在船舶动态条件下实施，船舶综合摇摆角平均值不小于2°，采样频率不小于5赫兹、采集持续时间不小于10秒钟。
在一些示例中，计算极坐标下综合误差角S13可以由俯仰误差电压Ue与方位误差电压Ua比值的反正切确定，符号规则满足极坐标系要求。跟踪综合误差角θ由如下公式计算：
在一些示例中，统计顺时针或逆时针旋转频次并计算发生概率S14，基于时间序列判定综合误差角的顺时针、逆时针旋转方向。如图2所示，误差电压点P1、P2、P3、P4分别由四个采样时刻的方位误差电压、俯仰误差电压在直角坐标系oxy下构造；其中误差电压点P2采样时刻晚于P1一个采样周期，误差电压点P4采样时刻晚于P3一个采样周期。在平面极坐标系下，采样点P1至采样点P2描述为逆时针旋转；采样点P3至采样点P4描述为顺时针旋转。用公式描述为：
若θi和θi+1分别为第i个和第i+1个采样点所对应的跟踪综合误差角，有如下判定规则：
如果θi+1-θi＞0，那么判定为逆时针旋转；
如果θi+1-θi＜0，那么判定为顺时针旋转；
如果θi+1-θi＝0，那么判定为不旋转；
沿采样序列，统计采集到的样本数据中发生顺时针旋转、逆时针旋转或不旋转的频次，分别为Ks、Kn和Ko。顺时针旋转发生概率ps、逆时针旋转发生概率pn通过如下公式计算：
在一些示例中，判定顺逆概率是否相等或相近S15，设定概率容差δ，按照如下规则判定：
如果|ps-pn|≤δ，那么S15判定为“是”；
如果|ps-pn|＞δ，那么S15判定为“否”。
概率容差δ的选取影响相位校准精度和相位校准所花费的时间，在一些实施例中，选取δ为0.05。
在一些示例中，推算相位校准方向及大小S16通过相交原理快速寻找最优校准相位。
S15第i次(i＝1,2,3...)判定为“否”时，当前相位调整角记为αi(其中α1＝0)，获得第i组顺时针、逆时针旋转概率分别为psi和pni。
当i＝1时，依据如下原则确定α2：psi-pni的符号确定增大或减小跟踪相位；依据|psi-pni|的大小选取调整相位值，|psi-pni|越大，调整相位值应越大，但通常不大于90°。
当i＞2时，推算相位校准方向及大小S16根据上一组顺时针旋转概率psi-1、本组顺时针旋转概率psi的连线与上一组逆时针旋转概率pni-1、本组逆时针旋转概率pni的连线相交，计算出下一次相位调整角αi+1；
修改相位S17依据推算相位校准方向及大小S16的结果修改相位后再次回到采集方位俯仰误差电压S12进行循环。
在一些示例中，相位校准精度优于5°。根据本发明的动态跟踪相位校准方法，具有成本低、操作简单、精度高的优点，尤其适用于船舶在远洋大动态环境下确定最优跟踪相位。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法，其特征在于，利用跟踪综合误差角顺时针、逆时针旋转概率校准相位；
基于时间序列判定综合误差角的顺时针、逆时针旋转方向；
统计综合误差角顺时针、逆时针旋转和不旋转频次，计算顺时针、逆时针旋转发生概率；
依据顺时针、逆时针旋转发生概率是否相等或相近，判定是否需要调整跟踪相位或终止；
由综合误差角顺时针、逆时针旋转发生概率推算跟踪相位偏移方向和大小：根据上一组顺时针旋转概率
、本组顺时针旋转概率 
的连线与上一组逆时针旋转概率
、本组逆时针旋转概率 
的连线相交，计算出下一次相位调整角 
；
完成一次调整跟踪相位后，重复校准相位流程，满足终止条件后停止。
2.根据权利要求1所述的基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法，其特征在于，跟踪综合误差角是由方位跟踪误差电压和俯仰跟踪误差电压确定的极坐标角。
3.根据权利要求1或2所述的基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法，其特征在于，方位跟踪误差电压和俯仰误差电压的采样频率不小于5赫兹、采集持续时间不小于10秒钟。
4.根据权利要求3所述的基于概率的动态校准船载卫通站跟踪相位方法，其特征在于，方位跟踪误差电压和俯仰误差电压的数据采集在船舶动态条件下实施，船舶综合摇摆角平均值不小于2°。
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