[发明专利]一种用于站间卫星通信的天线跟踪和自校准的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航系统站间卫星通信领域，涉及一种用于天线跟踪和自校准的装置和方法。

背景技术

卫星导航系统通常分为三个部分：一是由卫星组成、实现导航信号播发的空间星座部分，二是由地面站组成、实现系统运行控制的地面运控部分，三是由终端设备组成、接收导航信号实现定位的用户设备部分。卫星导航系统地面运控部分实现系统的运行控制，由主控站、监测站和注入站组成。

监测站与主控站之间、主控站与注入站之间可靠的数据传输是地面运控部分实现系统运行控制功能的基础。在我国卫星导航系统中，为提高站间数据传输的可靠性，除了采用地面网络外，同时还采用卫星通信的方式利用GEO(Geosynchronous Orbit，地球同步轨道)卫星(该GEO卫星播发导航信号，属于空间星座部分)进行站间数据传输。站间卫星通信使用卫星通信天线(以下简称“卫通天线”)进行射频(RF，Radio Frequency)信号的发射与接收。为保障站间卫星通信信号质量，卫通天线必须保持较高的天线增益，这就要求天线电轴(天线波束中心轴)能够精确地对准通信卫星。

在系统实际运行过程中，GEO卫星在同步轨道上存在漂移，天线运行过程中会受到风、雨雪、温度等的影响，这些均会使天线电轴偏离卫星，引起天线增益的下降，降低通信质量，甚至导致通信中断。为此，需要设计天线跟踪方法，以确保在卫星漂移及环境条件的干扰下，天线电轴能够对准卫星。

以往的站间卫星通信天线跟踪方法采用步进跟踪方式，过程主要有两步：一是进行天线指向校准，以减小从天线角度传感器回传的天线电轴指向与实际的天线电轴指向之间的偏差：利用事先获取的卫星数据，计算出卫星的方位角和俯仰角，然后控制卫通天线发射单载波信号，并驱动天线电轴粗略指向卫星，接下来驱动卫通天线在方位和俯仰方向分别进行来回扫描，在扫描过程中利用专用功率测量仪器(如频谱仪)对天线接收的卫星转发的该单载波信号的功率进行测量，并记录功率值最大时天线角度传感器回传的天线电轴的方位和俯仰角，在扫描结束后驱动天线指向信号功率最大时记录下的方位角和俯仰角，重复以上扫描过程数次后，天线电轴将准确指向卫星，计算出此时的卫星方位角A和俯仰角E，并将此时天线角度传感器获取的天线电轴的方位角校准为A、俯仰角校准为E，从而完成天线指向校准；二是进行天线跟踪：在完成天线指向校准后，天线电轴已经准确指向卫星，此时可以控制卫通天线发射站间数据信号进行站间卫星通信，在通信过程中，地面站实时通过信号接收终端测量接收信号功率，当接收信号功率减小时，控制天线电轴的方位轴和俯仰轴往接收信号功率增大的方向进行步进，从而保证在通信过程中天线电轴始终准确指向卫星。上述天线步进跟踪方式利用的是天线电轴指向卫星越准，其接收信号功率越大的原理，但是在实际应用过程中，由于存在偶发的信号功率畸变情况，导致长期跟踪过程中会偶尔出现跟踪失败的情况，引发站间卫星通信中断，影响系统正常运行，需要人员携带仪器上站维护，重新进行校准和跟踪。另外，卫通天线在长期运行过程中缓慢积累的机械变形也会让天线角度传感器回传的天线电轴指向与实际指向的偏差逐步增大，需要阶段性的由技术人员进行天线指向校准工作。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于站间卫星通信的天线跟踪和自校准的装置及方法，能够增强卫星导航系统站间卫星通信天线跟踪的可靠性，同时在跟踪过程中实现天线的自校准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于站间卫星通信的天线跟踪和自校准的装置，包括站间信号接收终端和天线跟踪与自校准处理单元，所述的站间信号接收终端接收卫星转发的站间传输信号，输出接收信号功率值信息至天线跟踪与自校准处理单元；所述的天线跟踪与自校准处理单元包括卫星位置计算模块和天线跟踪与自校准模块，卫星位置计算模块根据接收机发送过来的卫星导航电文数据计算卫星位置，输出卫星方位角和俯仰角至天线跟踪与自校准模块；天线跟踪与自校准模块接收卫星位置计算模块发送的卫星方位角和俯仰角，接收站间信号接收终端发送的接收信号功率信息，接收天线控制单元发送的由天线角度传感器回传的天线电轴指向信息，包括方位角和俯仰角，发送卫星位置至天线控制单元进行跟踪，根据接收信号功率信息判断天线指向状态，根据天线指向状态将天线指向自校准信息发送至天线控制单元。

本发明还提供一种用于站间卫星通信的天线跟踪和自校准的方法，包括以下步骤：

(1)从卫通天线主体分出一路接收信号，连接至站间信号接收终端；

(2)接收机接收卫星导航信号，将卫星导航电文信息发送至天线跟踪与自校准处理单元；