專利名稱：一種基于平板天線的移動衛星通信裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及衛星通訊技術領域，特別是涉及一種基于平板天線的移動衛星通信裝置。
背景技術：
衛星通信具有傳輸距離遠、覆蓋范圍大、不受地形地貌影響的優點，無論高山、丘陵、大河、荒漠、草原，只要在衛星波束覆蓋范圍內，都可進行話音、數據及圖像通信，而且具有通信質量好、信道穩定、誤碼率低、組網方式靈活、通信費用與通信距離無關的優點；因而，衛星通信成為無線通信的主要手段，在現代信息傳輸中起著越來越重要的作用。移動衛星通信裝置，因其具有靈活、機動、通信距離遠、保密性強的優點，在軍用和民用領域，都是一種發展潛力大、經濟效益顯著的衛星通信系統。現有的車載移動衛星通信技術主要基于拋物面天線和伺服穩定平臺構成。但是， 拋物面天線由于尺寸較大，為滿足公路運輸限高4. : 的要求，需要對車體進行改造、代價較大；并且，由于其重量較大，很大程度上提高了對伺服系統的要求。另外，由于載體在運動過程中，運動方式受到外界環境的影響，會有較大擾動出現，為了能夠實時隔離擾動，實現天線的快速穩定對星，保證良好的通信效果，這不僅要求裝置具有快速實時處理的能力， 還要有高效穩定的控制策略。目前市場上的產品因采用較為傳統的數據處理方法和控制策略，使得在載體移動過程中出現長時間的遮擋和干擾信號導致丟星時，重新跟蹤衛星的過程較長，甚至無法重新找到衛星，無法滿足快速響應的實際需求。因此，載體移動過程中的快速尋星、對準和穩定跟蹤是目前產品急需解決的一大技術難題。為此有必要設計一款具有低剖面、易共形、穩定跟蹤能力強的移動通信裝置。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基于平板天線的移動衛星通信裝置，用以解決現有技術存在的上述問題。為解決上述技術問題，一方面，本發明提供一種基于平板天線的移動衛星通信裝置，安裝在移動載體上，所述裝置包括平板天線，用于接收衛星信號，并通過功分器將所述衛星信號分為通信信號和信標跟蹤信號，其中，所述通信信號提供給用戶設備使用，所述信標跟蹤信號反饋給信號獲取單元；信號獲取單元，用于接收所述信標跟蹤信號，以及獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息、所述裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息和所述載體的姿態信息；信號處理單元，用于根據所述信號獲取單元獲取的信息，計算所述平板天線對準所述衛星的指令角；伺服控制單元，用于根據所述指令角，控制所述平板天線對準所述衛星。進一步，所述信號獲取單元包括
信標接收機，用于接收所述信標跟蹤信號；衛星信號接收機，用于獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息；天線控制單元A⑶，用于獲取所述裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息；捷聯慣導，用于獲取所述載體的姿態信息。進一步，所述伺服控制單元包括方位電機，用于調整所述平板天線的方位方向；俯仰電機，用于調整所述平板天線的俯仰方向；伺服驅動器，用于根據所述指令角，控制所述方位電機和俯仰電機的旋轉。進一步，所述裝置還包括極化調整器，用于在所述信號處理單元的控制下，調整所述平板天線的極化角，使其與所述衛星信號的極化角度匹配。進一步，所述信號處理單元包括主控CPU，計算所述平板天線對準所述衛星的初指令角，以及負責跟蹤環路和極值跟蹤環路的切換控制和對方位電機的控制；從控CPU，接收來自所述主控CPU的指令，負責對俯仰電機的控制；信息結算CPU，用于實時采集捷聯慣導和衛星信號接收機的信息，完成所述裝置的初始化，以及利用捷聯慣導獲取的載體的姿態信息構成系統的前饋控制環路。進一步，所述載體的姿態信息包括所述載體的航向、縱搖和橫滾姿態信息。進一步，所述衛星信號經低噪聲下變頻器LNB低噪聲放大之后，由功分器分為通信信號和信標跟蹤信號兩路。進一步，所述衛星信號接收機通過接收全球定位系統GPS衛星信號或北斗衛星信號來獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息。本發明有益效果如下本發明采用平板天線接收衛星信號，具有低輪廓、輕質量的優點，在實際應用中不需要對載體做大量修改，有利于與載體實現共形設計；本裝置在高速運行狀態下采用信標跟蹤和慣導穩定跟蹤相結合的天線控制策略，具有跟蹤穩定度高、掃描速度快、對星精度高、成本低的特點。
圖1是本發明實施例中信息處理單元采用三片CPU陣列的功能處理示意圖；圖2是本發明實施例中一種基于平板天線的移動衛星通信裝置的結構示意圖；圖3是本發明實施例中一種基于平板天線的移動衛星通信裝置的對星處理流程圖；圖4是本發明實施例中一種基于平板天線的移動衛星通信裝置俯仰方向控制示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種基于平板天線的移動衛星通信裝置，以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。本發明的目的在于提供一種基于平板天線的快速移動平臺上實時與衛星通信的裝置，該裝置具有低輪廓、輕質量、高效穩定跟蹤的特性，同時具備高速的數據通信能力，可以為政府應急通信、企事業機構移動通信、安全部門緊急通信領域提供有力保障。其低輪廓特性使其可以與高鐵、滑艇、車輛等載體實現無縫共形。本發明實施例主要是針對車載移動平臺開發的一種在車輛載體移動過程中可以實現與衛星實時、不間斷的通信，對視頻圖像、 語音及其他數據信息進行傳輸的裝置。本發明實施例涉及一種基于平板天線的移動衛星通信裝置，安裝在移動載體上， 該裝置包括平板天線，用于接收衛星信號，并通過功分器將所述衛星信號分為通信信號和信標跟蹤信號，其中，所述通信信號提供給用戶設備使用，所述信標跟蹤信號反饋給信號獲取單元；信號獲取單元，用于接收所述信標跟蹤信號，以及獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息、所述裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息和所述載體的姿態信息；信號處理單元，用于根據所述信號獲取單元獲取的信息，計算所述平板天線對準所述衛星的初指令角；伺服控制單元，用于根據所述指令角，控制所述平板天線對準所述衛星。其中，平板天線物理指標為IOOOmm(長)X 250mm(寬)X 70mm(厚)，平板天線在有效口徑與拋物面天線相同的情況下，可以有效降低裝置的高度，從而滿足低剖面的特性。并且具有低輪廓、輕質量的優點，在實際應用中不需要對載體做大量修改，有利于與載體實現共形設計。本實施例裝置的信號獲取單元包括信標接收機，用于接收所述信標跟蹤信號；衛星信號接收機，用于獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息；衛星信號接收機可以接收BD (北斗衛星定位系統)或GPS (Global Positioning System，全球定位系統) 衛星信號進行定位，來確定裝置所處位置的地理坐標。天線控制單元(ACU，Antenna Control Unit)，用于獲取所述裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息；捷聯慣導，用于獲取所述載體的姿態信息。移動載體在行駛過程中，由于受到各種因素影響，經常出現偏航、縱搖或橫滾，所以，可利用捷聯慣導測量載體的航向、縱搖和橫滾姿態信息。信號處理單元計算平板天線對準所述衛星的指令角，具體如下首先，解算出地理坐標系下天線的方位角、俯仰角地理坐標系OXgYJg的原點在車輛載體的重心處，OZg軸垂直于大地水平面，向上為正；XgOYg與經過原點的大地水平面重合；0 軸指向正東；OYg軸指向正北；又稱為東北天坐標系，地理坐標系通常簡稱為g系。由于需要跟蹤的衛星為同步衛星，位于地球赤道上空，因此其緯度為零度，設經度為As，同步衛星距地面的高度為H ;GPS測得的載體當前所在地的經度為入…緯度為 地面距地心的距離為R，則天線在地理坐標系下的俯仰角ELg為
權利要求
1.一種基于平板天線的移動衛星通信裝置，安裝在移動載體上，其特征在于，所述裝置包括平板天線，用于接收衛星信號，并通過功分器將所述衛星信號分為通信信號和信標跟蹤信號，其中，所述通信信號提供給用戶設備使用，所述信標跟蹤信號反饋給信號獲取單元；信號獲取單元，用于接收所述信標跟蹤信號，以及獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息、所述裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息和所述載體的姿態信息；信號處理單元，用于根據所述信號獲取單元獲取的信息，計算所述平板天線對準所述衛星的指令角；伺服控制單元，用于根據所述指令角，控制所述平板天線對準所述衛星。
2.如權利要求1所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述信號獲取單元包括信標接收機，用于接收所述信標跟蹤信號； 衛星信號接收機，用于獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息； 天線控制單元A⑶，用于獲取所述裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息； 捷聯慣導，用于獲取所述載體的姿態信息。
3.如權利要求2所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述伺服控制單元包括方位電機，用于調整所述平板天線的方位方向； 俯仰電機，用于調整所述平板天線的俯仰方向；伺服驅動器，用于根據所述指令角，控制所述方位電機和俯仰電機的旋轉。
4.如權利要求1 3任一項所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述裝置還包括極化調整器，用于在所述信號處理單元的控制下，調整所述平板天線的極化角，使其與所述衛星信號的極化角度匹配。
5.如權利要求3所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述信號處理單元包括主控CPU，計算所述平板天線對準所述衛星的初指令角，以及負責跟蹤環路和極值跟蹤環路的切換控制和對方位電機的控制；從控CPU，接收來自所述主控CPU的指令，負責對俯仰電機的控制； 信息結算CPU，用于實時采集捷聯慣導和衛星信號接收機的信息，完成所述裝置的初始化，以及利用捷聯慣導獲取的載體的姿態信息構成系統的前饋控制環路。
6.如權利要求1或2所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述載體的姿態信息包括所述載體的航向、縱搖和橫滾姿態信息。
7.如權利要求1 5任一項所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述衛星信號經低噪聲下變頻器LNB低噪聲放大之后，由功分器分為通信信號和信標跟蹤信號兩路。
8.如權利要求2所述的基于平板天線的移動衛星通信裝置，其特征在于，所述衛星信號接收機通過接收全球定位系統GPS衛星信號或北斗衛星信號來獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息。
全文摘要
本發明公開了一種基于平板天線的移動衛星通信裝置，安裝在移動載體上，包括平板天線，用于接收衛星信號，并通過功分器將所述衛星信號分為通信信號和信標跟蹤信號，其中，通信信號提供給用戶設備使用，信標跟蹤信號反饋給信號獲取單元；信號獲取單元還獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息、裝置要跟蹤衛星的經度、緯度坐標信息和載體的姿態信息；信號處理單元，用于根據信號獲取單元獲取的信息，計算平板天線對準衛星的指令角；伺服控制單元，用于根據指令角，控制平板天線對準所述衛星。本發明具有低輪廓、輕質量的優點，有利于與載體實現共形設計；且具有跟蹤穩定度高、掃描速度快、對星精度高、成本低的特點。
文檔編號H01Q3/08GK102347791SQ201110362060
公開日2012年2月8日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者任曉松, 劉巖, 張雪輝, 李睿, 貝超, 賀啟林, 陳雷 申請人:中國航天科工信息技術研究院