CN111026167A - 一种寻星***及寻星对星方法 - Google Patents

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CN111026167A CN201911346864.8A CN201911346864A CN111026167A CN 111026167 A CN111026167 A CN 111026167A CN 201911346864 A CN201911346864 A CN 201911346864A CN 111026167 A CN111026167 A CN 111026167A
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刘冰
吴晓文
辛振明
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
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Abstract

本发明提供了一种寻星罗盘***及寻星对星方法，所述寻星罗盘***包括卫星站和智能终端，所述卫星站包括电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携式卫星天线、卫星调制解调器、控制主板和电源模块，所述电子罗盘、电子倾角仪位于卫星天线的天线馈源支撑臂上，所述控制主板通过网络与智能终端连接，所述智能终端中存储有各卫星的参数，智能终端将所选目标卫星的参数发送给控制主板，控制主板计算出卫星天线应对准的目标方位角度、俯仰角度及极化角，反馈给智能终端；依次调整卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度，直到与目标参数对应。采用本发明的技术方案，解决了手动便携卫星天线的对星困难，提高了手动对星精度，并大幅缩短对星时间。

Description

一种寻星***及寻星对星方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种寻星***及寻星对星方法。
背景技术
GEO卫星处于地球36000公里的同步轨道，由于距离远，Ku/Ka频段无线信号损耗严重，地面通信天线必须和卫星上天线精确对准，才能进行通信，否则不仅无法通信，还会造成邻星干扰。便携卫星站广泛应用于公安、消防、应急、人防、新闻媒体、电网、石化、边防、军队等各个行业，用于应急抢险、维稳处突、管线巡检、新闻采访等各领域，是在地面公/专网无覆盖或瘫痪降级的情况下，提供安全高速数据通信链路的一种重要设备。
传统便携卫星站，有两种基本形态，一种是由伺服电机驱动对星的便携自动卫星天线及外接调制解调器（Modem）、收发机（Transceiver）构成，其卫星天线设置好卫星轨位参数后，具有一键对星，锁星速度较快，对星精度较高的优点，但由于采用了多个伺服电机进行天线方位及俯仰的驱动，造成便携自动卫星天线功耗大，重量重、体积大、驱动及传动装置复杂、携带不方便的缺点；另一种是由无伺服电机驱动的手动便携卫星天线和外接Modem、Transceiver构成，其卫星天线具有重量轻、功耗低，体积较小、传动装置简单、单人即可背负的优点。
传统手动便携卫星站在使用时，首先在卫星天线架设时通过卫星天线支撑脚调节进行水平位置找平，再通过GPS/北斗定位仪、指北针、倾角仪、频谱仪等外部辅助仪器仪表，根据所需对准的目标卫星轨位参数，结合GPS/北斗定位仪所测得地理位置信息，利用辅助工具或人工计算出卫星天线对星方位、俯仰、极化角度。开通过程分为五步，第一步，先将卫星天线极化角手动调至计算出的位置并锁紧；第二步，手动旋转卫星天线俯仰角度至计算所得俯仰角度并锁紧；第三步，手动旋转卫星天线方位角度逼近计算所得方位角度，同时仔细观察所接频谱仪或卫星调制解调器信号强度变化，如果发现信号，找到信号的最大点并锁紧，如果没有发现信号，微调俯仰角度，再旋转方位角度，如此反复，直到发现信号并找到方位角度上信号的最大点为止；第四步，微调卫星天线俯仰角，观察频谱仪或卫星调制解调器信号强度变化，找到卫星信号最优位置；第五步，设置卫星调制解调器参数，开通卫星通信。
传统手动便携卫星站在开通过程中，需依靠工作人员的经验，辅助以频谱仪等贵重的专业仪器仪表，并准确知道所对GEO卫星的轨道位置，手动旋转卫星天线方向来寻找卫星，由于要调整方位和俯仰两个维度的方向，依靠频谱仪显示的信号强度判断是否对准所选卫星，其开通难度非常高，即使受过专业培训的操作人员，也需要专业仪器仪表的辅助，才能在一定时间内对准卫星。以上两种便携卫星站都需要在卫星天线对准目标卫星后设置外接调制解调器参数来完成开通入网，开通时间较长。
目前有利用手机或PAD等智能智能终端自带的陀螺仪，指北针、倾角仪、GPS/北斗定位模块，将指定智能终端（主要是智能终端必须和卫星天线上安放位置尺寸一致）安放在便携卫星天线的特定位置，利用倾角仪辅助便携卫星天线架设在水平位置，然后根据目标卫星的轨位信息，计算出卫星天线方位、俯仰角，手动旋转卫星天线方位和俯仰位置，根据卫星调制解调器或频谱仪输出的信号强度判断是否对星成功，然后设置卫星调制解调器参数，开通入网。此种方法，利用的智能终端所带商用传感器存在灵敏度低、精度差、调整方位/俯仰姿态反应较慢、传感器易受周围环境影响、安放智能终端在卫星天线制定位置是否到位、卡紧等的弊病，在环境较恶劣地区，特别是磁场较复杂地区，基本上不能完成对星，即使勉强对上卫星，也不能保证是否是对星最佳位置，很容易造成邻星干扰，产生严重后果。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种寻星***及寻星对星方法，解决手动便携卫星天线对星困难的弊端，提高了手动对星精度，并大幅缩短对星时间。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种寻星罗盘***的寻星对星方法，所述寻星罗盘***包括卫星站和智能终端，所述卫星站包括电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携式卫星天线、卫星调制解调器、控制主板和电源模块，所述电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携卫星天线、卫星调制解调器分别与控制主板连接，所述电源模块与控制主板连接，所述电子罗盘、电子倾角仪位于便携式卫星天线的天线馈源支撑臂上，所述控制主板通过网络与智能终端连接，所述智能终端中存储有各卫星的参数；所述寻星对星方法包括：
在智能终端选择目标卫星，所述智能终端将所选择的目标卫星的参数发送给控制主板；
所述控制主板根据GPS/北斗模块的数据，获得当前卫星站的地理位置信息，依据大地坐标系及所选卫星轨道参数，计算出卫星天线应对准的目标方位角度、目标俯仰角度及目标极化角，反馈给智能终端；
所述智能终端在用户界面上显示目标方位角度信息、目标俯仰角度信息、以及应选择的极化角；后续根据以上信息引导用户调整便携式卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度；
所述控制主板获取电子罗盘、电子倾角仪传感器实时变量数据，计算出调整后的卫星天线姿态的当前方位角度信息及当前俯仰角度信息，并将上述信息和卫星调制解调器输出的信号强度值发送给智能终端，所述智能终端显示当前卫星天线的方位信息、俯仰信息和信号强度；
调整便携式卫星天线直到智能终端上显示的当前天线的方位信息、俯仰信息与目标方位、目标俯仰信息对应，且信号强度达到最大值，该最大值为通过比较后确定的最大值。
作为本发明的进一步改进，对星过程中，优选各角度调整的顺序为，首先完成极化角的调整并锁紧，其次完成俯仰角的调整并锁紧，最后完成方位角的调整并锁紧。
进一步的，得到目标卫星的参数后，调整便携式卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度时，先旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧，进一步的通过锁紧装置将卫星天线的极化角固定；然后调整卫星天线的俯仰角度，使其与目标俯仰角度对应，并锁紧，进一步的通过螺纹锁紧装置将卫星天线的俯仰角度锁紧；最后调整卫星天线的方位角度，使其与目标方位角度对应，进一步的通过螺纹锁紧装置将卫星天线的方位角度锁紧。
作为本发明的进一步改进，当电子罗盘受强磁场干扰的情况下，先旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧；然后调整卫星天线的俯仰角度，使其与目标俯仰角度对应，并锁紧；最后旋转卫星天线的方位角度，找到信号强度最大值的位置点，完成对星。上述方案为复杂环境模式进行对星的方法。
进一步的，复杂环境模式下，信号强度最大值采用以下公式（5）计算：
Emax=EN-2<EN-1<EN>EN+1>EN+2=EN (5)
其中， N表示一组采集到的信号强度基点的采集序号，N>2；EN代表第N次采集的信号强度，Emax为采用5次连续采集存储的信号强度做比较，取大值作为函数基点，如不满足公式（5），去除最前一次数据，再次采集一次信号强度值，编为一组数据。只有满足公式（5）的关系时表明找到信号最大点。进一步的，控制主板每1ms采集一次信号强度。
进一步的，控制主板每1ms采集一次信号强度。
作为本发明的进一步改进，所述智能终端根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，通过语音、文字或图像提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
作为本发明的进一步改进，所述目标方位角度A采用以下公式（1）计算得到，目标俯仰角度E采用以下公式（2）计算得到，
A=arctan
Figure 305706DEST_PATH_IMAGE001
（1）
目标俯仰计算：
E=arctan
Figure 513833DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度。
作为本发明的进一步改进，在进行对星之前，卫星站的控制主板先进行自检和传感器校准，所述自检和传感器校准包括GPS/北斗模块、电子罗盘、电子倾角仪的初始化，获取卫星站地理位置、方位、倾角的初始值。
作为本发明的进一步改进，倾角仪的误差校准包括：
所述控制主板获取卫星站地理位置以及电子罗盘的初始天线指向数据，将电子罗盘当地磁偏角量东偏、西偏进行消除，所述电子倾角仪根据初始倾角及GPS/北斗所获卫星站的高程，通过以下公式校准倾角仪误差：
星地距离D采用公式（3）计算得到：
D=R
Figure 561555DEST_PATH_IMAGE003
(3)
其中，R为地球半径6378km，h为同步轨道卫星高度-卫星站当前高程即35786-x km，x为GPS/北斗获取的卫星站当前高程，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪初始误差θ采用公式（4）计算得到：
θ=arctan(l/D)±λ (4)
其中，l为当前卫星站高程，D为星地距离，λ为初始水平误差角度即卫星站加电稳定后倾角仪的初始读数。
作为本发明的进一步改进，所述智能终端的用户界面包括俯仰表盘、方位表盘、极化角信息和信号强度能量条或表盘，所述目标方位角度信息、目标俯仰角度信息分别在俯仰表盘、方位表盘上以目标点的形式显示，所述当前方位角度信息及当前俯仰角度信息通过指针指向显示。
作为本发明的进一步改进，所述智能终端根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，通过表盘图形及语音提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
进一步的，本发明包括两种寻星模式，即标准模式寻星和复杂环境模式寻星：
标准模式寻星包括以下步骤：
步骤S1，架设卫星站，电子罗盘、电子倾角仪位于便携式卫星天线的天线馈源支撑臂上，开通电源；
步骤S2，卫星站的控制主板进行自检和传感器校准，获取卫星站地理位置、方位、倾角初始值；
步骤S3，智能终端与控制主板开通网络连接，在智能终端选择目标卫星；
步骤S4，控制主板读取GPS/北斗模块的数据，获得当前的地理位置信息与目标卫星轨道信息，采用大地坐标系计算出卫星天线应对准的目标方位、目标俯仰及目标极化角，反馈给智能终端，得到目标位置参数点，并在智能终端显示极化角度，生成方位、俯仰表盘上的目标点；
步骤S5，将极化角度调整到位，手动旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧；
步骤S6，调整卫星天线的俯仰角度，所述控制主板实时获取电子罗盘、电子倾角仪传感器的变量数据，并反馈给智能终端，智能终端根据当前变量数据判断与目标位置参数点的差距，用俯仰表盘上的指针直观体现是否对准表盘上应指向的目标点，采用图形及语音引导用户转动卫星天线的俯仰角度，直到表盘上的指针对准目标点，完成与目标位置参数点的俯仰角度对应，并锁紧；
步骤S7，调整卫星天线的方位角度，所述控制主板实时获取电子罗盘、电子倾角仪传感器的变量数据，并反馈给智能终端，智能终端根据当前变量数据判断与目标位置参数点的差距，用方位表盘上的指针直观体现是否对准表盘上应指向的目标点，采用图形及语音引导用户转动卫星天线的方位角度，直到表盘上的指针对准目标点，完成与目标位置参数点的方位角度对应，并锁紧。
其中，复杂环境模式寻星包括如下步骤：
步骤S1-步骤S6与标准模式寻星一致；
当电子罗盘处于受强磁场干扰的情况下，用户会发现方位表盘上的指针抖动较大，对准目标红点时，智能终端上图形信号能量条中信号强度低。步骤S7中，在智能终端上将标准模式切换到复杂环境模式，旋转调整便携式卫星天线方位，通过智能终端能量表盘上当前能量指针是否对准搜寻到过的最大信号点，逼近找到信号强度最大值的位置点，完成对星，并用螺纹锁紧装置锁紧方位转盘。
作为本发明的进一步改进，步骤S7对星完成后，对接收到的信号进行频率和调制方式识别，并进行调制解调器参数设置，开通入网。
本发明还公开了一种寻星罗盘***，所述寻星罗盘***包括卫星站和智能终端，所述卫星站包括电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携式卫星天线、卫星调制解调器、通信模块、控制主板和电源模块，所述电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携卫星天线、卫星调制解调器分别与控制主板连接，所述电源模块与控制主板连接，所述电子罗盘、电子倾角仪位于便携式卫星天线的天线馈源支撑臂上，所述控制主板通过通信模块与智能终端连接；
所述控制主板根据GPS/北斗模块获得当前卫星站的地理位置信息，依据大地坐标系及所选卫星轨道参数，计算出卫星天线应对准的目标方位、目标俯仰及目标极化角；并根据电子罗盘、电子倾角仪传感器实时变量数据，计算出调整的卫星天线姿态当前方位及俯仰角度；
所述智能终端包括存储模块，用于存储各卫星的参数；
用户界面，供用户选择目标卫星，并显示卫星天线应对准的目标方位角度、目标俯仰角度及目标极化角，以及当前卫星天线的方位信息、俯仰信息、极化角和信号强度。
作为本发明的进一步改进，所述智能终端还包括：引导提示模块，根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，语音、文字或图像提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
作为本发明的进一步改进，所述控制主板包括：
目标方位角度计算模块，采用以下公式（1）计算得到目标方位角度：
A=arctan
Figure 513330DEST_PATH_IMAGE001
（1）
目标俯仰角度计算模块，采用以下公式（2）计算得到目标俯仰角度E：
E=arctan
Figure 251479DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪误差校准模块，电子倾角仪根据初始倾角及GPS/北斗所获卫星站的高程，倾角仪误差校准模块通过以下公式校准倾角仪误差：
星地距离D采用公式（3）计算得到：
D=R
Figure 896087DEST_PATH_IMAGE005
(3)
其中，R为地球半径6378km，h为同步轨道卫星高度-卫星站当前高程即35786-x km，x为GPS/北斗获取的卫星站当前高程，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪初始误差θ采用公式（4）计算得到：
θ=arctan(l/D)±λ (4)
l为当前卫星站高程，D为星地距离，λ为初始水平误差角度即卫星站加电稳定后的初始读数。
进一步的，所述智能终端包括处理模块和显示屏，所述显示屏上显示俯仰角度表盘和方位角度表盘，所述处理模块根据选择的目标卫星参数，在俯仰角度表盘上显示目标卫星的俯仰目标点，在方位角度表盘上显示方位目标点；所述处理模块根据控制主板反馈的卫星天线的当前姿态，在俯仰角度表盘上用指针显示当前俯仰角度，在方位角度表盘上用指针显示当前方位角度，并显示卫星调制解调器输出的信号强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，将多种传感器与人工智能相结合解决手动便携卫星天线对星困难的弊端，利用传感器和智能终端使手动便携卫星天线达到自动便携卫星天线的对星精度，并较自动便携卫星天线大幅缩短对星时间，同时根据卫星频段及调制方式的智能识别，完成卫星调制解调器自动开通入网。智能终端中的对星算法采用直观的表盘指针及语音提示引导操作人员快速完成对星，并自动开通入网，无需人工设置，提升了用户体验。
本发明的技术方案具有广泛的适用性，不仅可应用在便携卫星站对星开通过程中，也可应用在固定卫星站、静中通卫星站对星开通和微波接力站天线对准过程中。
附图说明
图1是本发明的卫星站对星开通流程图的流程图。
图2是本发明的标准模式下智能终端寻星罗盘APP用户界面图。
图3是本发明的复杂环境模式下智能终端寻星罗盘APP用户界面图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
一种寻星罗盘***，所述寻星罗盘***包括卫星站和智能终端，所述卫星站包括电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携式卫星天线、卫星调制解调器、通信模块、控制主板和电源模块，所述电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携卫星天线、卫星调制解调器分别与控制主板连接，所述电源模块与控制主板连接，所述电子罗盘、电子倾角仪位于便携式卫星天线的天线馈源支撑臂上，所述控制主板通过通信模块与智能终端连接；
所述控制主板根据GPS/北斗模块获得当前卫星站的地理位置信息，依据大地坐标系及所选卫星轨道参数，计算出卫星天线应对准的目标方位、目标俯仰及目标极化角；并根据电子罗盘、电子倾角仪传感器实时变量数据，计算出调整的卫星天线姿态当前方位及俯仰角度；
所述智能终端包括存储模块，用于存储各卫星的参数；
用户界面，供用户选择目标卫星，并显示卫星天线应对准的目标方位角度、目标俯仰角度及目标极化角，以及当前卫星天线的方位信息、俯仰信息、极化角和信号强度。
进一步的，所述智能终端还包括：引导提示模块，根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，语音、文字或图像提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
进一步的，所述控制主板包括目标方位角度计算模块、目标俯仰角度计算模块和倾角仪误差校准模块：
目标方位角度计算模块，采用以下公式（1）计算得到目标方位角度：
A=arctan
Figure 398481DEST_PATH_IMAGE001
（1）
目标俯仰角度计算模块，采用以下公式（2）计算得到目标俯仰角度E：
E=arctan
Figure 419527DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪误差校准模块，电子倾角仪根据初始倾角及GPS/北斗所获卫星站的高程，倾角仪误差校准模块通过以下公式校准倾角仪误差：
星地距离D采用公式（3）计算得到：
D=R
Figure 559653DEST_PATH_IMAGE006
(3)
其中，R为地球半径6378km，h为同步轨道卫星高度-卫星站当前高程即35786-x km，x为GPS/北斗获取的卫星站当前高程，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪初始误差θ采用公式（4）计算得到：
θ=arctan(l/D)±λ (4)
l为当前卫星站高程，D为星地距离，λ为初始水平误差角度即卫星站加电稳定后的初始读数。
进一步的，所述智能终端包括处理模块和显示屏，所述显示屏上显示俯仰角度表盘和方位角度表盘，所述处理模块根据存储的各卫星的参数，在俯仰角度表盘上显示目标卫星的俯仰目标点，在方位角度表盘上显示方位目标点；所述处理模块根据控制主板反馈的卫星天线的当前姿态，在俯仰角度表盘上显示当前俯仰角度，在方位角度表盘上显示当前方位角度，并显示卫星调制解调器输出的信号强度。
上述寻星罗盘***的寻星对星方法包括：
在智能终端选择目标卫星，所述智能终端将所选择的目标卫星的参数发送给控制主板；
所述控制主板根据GPS/北斗模块的数据，获得当前卫星站的地理位置信息，依据大地坐标系及所选卫星轨道参数，计算出卫星天线应对准的目标方位角度、目标俯仰角度及目标极化角，反馈给智能终端；
所述智能终端在用户界面上显示目标方位角度信息、目标俯仰角度信息、以及应选择的极化角；调整便携式卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度；
所述控制主板获取电子罗盘、电子倾角仪传感器实时变量数据，计算出调整后的卫星天线姿态的当前方位角度信息及当前俯仰角度信息，并将上述信息和卫星调制解调器输出的信号强度值发送给智能终端，所述智能终端显示当前卫星天线的方位信息、俯仰信息和信号强度；
调整便携式卫星天线直到智能终端上显示的当前天线的方位信息、俯仰信息与目标方位、目标俯仰信息对应，且信号强度达到最大值，该最大值为通过比较后确定的最大值。
对星过程中，优选各角度调整的顺序为，首先完成极化角的调整并锁紧，其次完成俯仰角的调整并锁紧，最后完成方位角的调整并锁紧。进一步的，得到目标卫星的参数后，调整便携式卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度时，先旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧，进一步的通过锁紧装置将卫星天线的极化角固定；然后调整卫星天线的俯仰角度，使其与目标俯仰角度对应，并锁紧，进一步的通过螺纹锁紧装置将卫星天线的俯仰角度锁紧；最后调整卫星天线的方位角度，使其与目标方位角度对应，进一步的通过螺纹锁紧装置将卫星天线的方位角度锁紧。
如果当电子罗盘受强磁场干扰的情况下，则先旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧；然后调整卫星天线的俯仰角度，使其与目标俯仰角度对应，并锁紧；最后旋转卫星天线的方位角度，逼近找到信号强度最大值的位置点，完成对星。上述方案为复杂环境模式进行对星的方法。
进一步的，复杂环境模式下，信号强度最大值采用以下公式（5）计算：
Emax=EN-2<EN-1<EN>EN+1>EN+2=EN (5)
其中， N表示一组采集到的信号强度基点的采集序号，N>2；EN代表第N次采集的信号强度，Emax为采用5次连续采集存储的信号强度做比较，取大值作为函数基点，如不满足公式（5），去除最前一次数据，再次采集一次信号强度值，编为一组数据。只有满足公式（5）的关系时表明找到信号最大点。进一步的，控制主板每1ms采集一次信号强度。
进一步的，对星过程中，所述智能终端根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，通过语音、文字或图像提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
所述目标方位角度A采用以下公式（1）计算得到，目标俯仰角度E采用以下公式（2）计算得到，
A=arctan
Figure 375162DEST_PATH_IMAGE001
（1）
目标俯仰计算：
E=arctan
Figure 53268DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度。
在进行对星之前，卫星站的控制主板先进行自检和传感器校准，所述自检和传感器校准包括GPS/北斗模块、电子罗盘、电子倾角仪的初始化，获取卫星站地理位置、方位、倾角的初始值；倾角仪的误差校准包括：
所述控制主板获取卫星站地理位置以及电子罗盘的初始天线指向数据，将电子罗盘当地磁偏角量东偏、西偏进行消除，所述电子倾角仪根据初始倾角及GPS/北斗所获卫星站的高程，通过以下公式校准倾角仪误差：
星地距离D采用公式（3）计算得到：
D=R
Figure 885130DEST_PATH_IMAGE006
(3)
其中，R为地球半径6378km，h为同步轨道卫星高度-卫星站当前高程即35786-x km，x为GPS/北斗获取的卫星站当前高程，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪初始误差θ采用公式（4）计算得到：
θ=arctan(l/D)±λ (4)
其中，l为当前卫星站高程，D为星地距离，λ为初始水平误差角度即卫星站加电稳定后倾角仪的初始读数。
进一步的，所述智能终端的用户界面包括俯仰表盘、方位表盘、极化角信息和信号强度能量条或表盘，所述目标方位角度信息、目标俯仰角度信息分别在俯仰表盘、方位表盘上以目标点的形式显示，所述当前方位角度信息及当前俯仰角度信息通过指针指向显示。所述智能终端根据控制主板反馈的星站实际位置的参数与目标卫星的参数，通过表盘图形及语音提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。具体而言，如图1所示，上述寻星罗盘***的寻星对星方法包括：
1、架设好卫星站，开通电源后，首先卫星站进行自检及对各传感器进行校准，获取卫星站倾角初始值，控制主板读取GPS/北斗模块数据，根据公式（3）、（4）计算出倾角仪初始误差θ。读取电子倾角仪的初始值，作为初始***误差，这样便携卫星站无需水平放置，后续在对星时将此倾角值带入计算，同时利用便携卫星站控制主板上自带的WIFI热点与智能终端进行连接；
2、通过智能终端的APP软件用户界面选择目标卫星（可对目标卫星进行管理，增减及参数录入），将指令和数据下发到便携卫星站；
3、便携卫星站根据接收到的目标卫星参数，通过控制主板上的GPS/北斗模块获得地理位置信息，控制主板采用公式（1）、（2）准确计算出卫星天线应对准的方位、俯仰及极化角，传递给智能终端APP软件，在智能终端APP软件用户界面的俯仰表盘和方位表盘上分别生成目标红点，并显示极化角度（左旋或右旋）。
4、对星过程中，先将极化角调整到位，并通过螺纹锁紧装置锁紧；调整卫星天线的俯仰角度，控制主板1ms读取一次倾角仪数据，并将读数减去初始误差θ，获取倾角仪准确水平夹角度数。并将数据传输给智能终端，观察APP上俯仰表盘上指针变化或语音提示，根据提示转动卫星天线的俯仰角度，待指针对准俯仰表盘的目标红点即完成卫星天线俯仰对星。
5、标准模式下，调整卫星天线方位角度，控制主板1ms读取一次电子罗盘，并将读数减去磁偏值，获取电子罗盘准确真北读数。并将数据传输给智能终端，观察APP上方位表盘上指针变化或语音提示，根据提示转动卫星天线的方位角度，待指针对准方位表盘的目标红点即完成卫星天线方位对星。界面如图2所示。
6、复杂环境模式下，由于电子罗盘易受强磁场干扰，而电子倾角仪非常准确可靠，APP软件将由标准模式切换到复杂环境模式，该模式下，旋转卫星天线方位360度，控制主板1ms读取一次信号强度，满足公式（5）即为信号最大值。观察APP用户界面上信号强度表盘上指针的变化，当逼近达到测量到的最大信号值时，完成对星操作，见附图3；
上述对星过程中，优选各角度调整的顺序为，首先完成极化角的调整并锁紧，其次完成俯仰角的调整并锁紧，最后完成方位角的调整并锁紧；
7、对星完成后，通过宽带接收机对频率及调制方式的智能识别，在宽带模式下对接收到的信号进行频率和调制方式识别，完成调制解调器参数设置，自动开通入网。卫星站开通完成。
采用本实施例的技术方案，***初始化过程中，即对各高精度传感器进行了误差校准或初始数据采集，在后续的卫星天线方位、俯仰和极化角计算中剔除误差或进行综合带入计算，极大提高了对星精度；采用人工智能算法及表盘指针和语音引导操作方式，消除了强光下操作人员无法看清图形界面或嘈杂环境中无法听清语音的弊病，使便携卫星站对星简便快捷，站点自动开通入网，无需人工设置，极大智能化了便携卫星站。
另外，配置标准模式和复杂环境模式两种对星方式，解决了复杂环境下强磁场对电子罗盘影响造成方位无法准确对准的问题；智能频率及调制方式识别，完成卫星调制解调器的参数设置，极大提升了用户体验。
该***和方法具有广泛的适用性，不仅可应用在便携卫星站对星开通过程中，也可应用在固定卫星站、静中通卫星站对星开通和微波接力站天线对准过程中。适用频段包含S/C/X/Ku/K/Ka。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：所述寻星罗盘***包括卫星站和智能终端，所述卫星站包括电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携式卫星天线、卫星调制解调器、控制主板和电源模块，所述电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携卫星天线、卫星调制解调器分别与控制主板连接，所述电源模块与控制主板连接，所述电子罗盘、电子倾角仪位于卫星天线的天线馈源支撑臂上，所述控制主板通过网络与智能终端连接，所述智能终端中存储有各卫星的参数；所述寻星对星方法包括：
在智能终端选择目标卫星，所述智能终端将所选择的目标卫星的参数发送给控制主板；
所述控制主板根据GPS/北斗模块的数据，获得当前卫星站的地理位置信息，依据大地坐标系及所选卫星轨道参数，计算出卫星天线应对准的目标方位角度、目标俯仰角度及目标极化角，反馈给智能终端；
所述智能终端在用户界面上显示目标方位角度信息、目标俯仰角度信息、以及应选择的极化角；后续根据以上信息引导用户调整便携式卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度；
所述控制主板获取电子罗盘、电子倾角仪传感器实时变量数据，计算出调整后的卫星天线姿态的当前方位角度信息及当前俯仰角度信息，并将上述信息和卫星调制解调器输出的信号强度值发送给智能终端，所述智能终端显示当前卫星天线的方位信息、俯仰信息和信号强度；
调整便携式卫星天线直到智能终端上显示的当前天线的方位信息、俯仰信息与目标方位、目标俯仰信息对应，且信号强度达到最大值。
2.根据权利要求1所述的寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：得到目标卫星的参数后，调整便携式卫星天线的极化角、俯仰角度和方位角度时，先旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧；然后调整卫星天线的俯仰角度，使其与目标俯仰角度对应，并锁紧；最后调整卫星天线的方位角度，使其与目标方位角度对应。
3.根据权利要求1所述的寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：当电子罗盘受强磁场干扰的情况下，先旋转天线馈源到对应的左旋或右旋位置，并锁紧；然后调整卫星天线的俯仰角度，使其与目标俯仰角度对应，并锁紧；最后旋转卫星天线的方位角度，逼近找到信号强度最大值的位置点，完成对星。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：所述智能终端根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，语音、文字或图像提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：所述目标方位角度A采用以下公式（1）计算得到，目标俯仰角度E采用以下公式（2）计算得到，
A=arctan
Figure 383251DEST_PATH_IMAGE001
（1）
E=arctan
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度。
6.根据权利要求5所述的寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：在进行对星之前，卫星站的控制主板先进行自检和传感器校准，所述自检和传感器校准包括GPS/北斗模块、电子罗盘、电子倾角仪的初始化，获取卫星站地理位置、方位、倾角的初始值，其中，倾角仪的误差校准包括：
所述控制主板获取卫星站地理位置以及电子罗盘的初始天线指向数据，将电子罗盘当地磁偏角量东偏、西偏进行消除，所述电子倾角仪根据初始倾角及GPS/北斗所获卫星站的高程，通过以下公式校准倾角仪误差：
星地距离D采用公式（3）计算得到：
D=R
Figure 972496DEST_PATH_IMAGE003
(3)
其中，R为地球半径6378km，h为同步轨道卫星高度-卫星站当前高程即35786-x km，x为GPS/北斗模块获取的卫星站当前高程，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪初始误差θ采用公式（4）计算得到：
θ=arctan(l/D)±λ (4)
其中，l为当前卫星站高程，D为星地距离，λ为初始水平误差角度。
7.根据权利要求6所述的寻星罗盘***的寻星对星方法，其特征在于：所述智能终端的用户界面包括俯仰表盘、方位表盘、极化角信息和信号强度能量条或表盘，所述目标方位角度信息、目标俯仰角度信息分别在俯仰表盘、方位表盘上以目标点的形式显示，所述当前方位角度信息及当前俯仰角度信息通过指针指向显示。
8.一种寻星罗盘***，其特征在于：所述寻星罗盘***包括卫星站和智能终端，所述卫星站包括电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携式卫星天线、卫星调制解调器、通信模块、控制主板和电源模块，所述电子罗盘、电子倾角仪、GPS/北斗模块、便携卫星天线、卫星调制解调器分别与控制主板连接，所述电源模块与控制主板连接，所述电子罗盘、电子倾角仪位于便携式卫星天线的天线馈源支撑臂上，所述控制主板通过通信模块与智能终端连接；
所述控制主板根据GPS/北斗模块获得当前卫星站的地理位置信息，依据大地坐标系及所选卫星轨道参数，计算出卫星天线应对准的目标方位、目标俯仰及目标极化角；并根据电子罗盘、电子倾角仪传感器实时变量数据，计算出调整的卫星天线姿态当前方位及俯仰角度；
所述智能终端包括存储模块，用于存储各卫星的参数；
用户界面，供用户选择目标卫星，并显示卫星天线应对准的目标方位角度、目标俯仰角度及目标极化角，以及当前卫星天线的方位信息、俯仰信息、极化角和信号强度。
9.根据权利要求8所述的寻星罗盘***，其特征在于：所述智能终端还包括：引导提示模块，根据控制主板反馈的卫星天线实际位置的参数与目标卫星的参数，语音、文字或图像提示引导操作人员将卫星天线转动到指定位置，完成对星操作。
10.根据权利要求8所述的寻星罗盘***，其特征在于：所述控制主板包括：
目标方位角度计算模块，采用以下公式（1）计算得到目标方位角度
A=arctan
Figure 283391DEST_PATH_IMAGE001
（1）
目标俯仰角度计算模块，采用以下公式（2）计算得到目标俯仰角度E
E=arctan
Figure 586590DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪误差校准模块，电子倾角仪根据初始倾角及GPS/北斗所获卫星站的高程，倾角仪误差校准模块通过以下公式校准倾角仪误差：
星地距离D采用公式（3）计算得到：
D=R
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(3)
其中，R为地球半径6378km，h为同步轨道卫星高度-卫星站当前高程即35786-x km，x为GPS/北斗获取的卫星站当前高程，ωe、φ为卫星天线当前地理位置经纬度，ωs为卫星轨道经度；
倾角仪初始误差θ采用公式（4）计算得到：
θ=arctan(l/D)±λ (4)
l为当前卫星站高程，D为星地距离，λ为初始水平误差角度。
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