專利名稱：一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通訊技術領域，特別是涉及一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置。
背景技術：
衛(wèi)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(yōu)點，無論高山、丘陵、大河、荒漠、草原，只要在衛(wèi)星波束覆蓋范圍內，都可進行話音、數(shù)據及圖像通信，而且具有通信質量好、信道穩(wěn)定、誤碼率低、組網方式靈活、通信費用與通信距離無關的優(yōu)點；因而，衛(wèi)星通信成為無線通信的主要手段，在現(xiàn)代信息傳輸中起著越來越重要的作用。移動衛(wèi)星通信裝置，因其具有靈活、機動、通信距離遠、保密性強的優(yōu)點，在軍用和民用領域，都是一種發(fā)展?jié)摿Υ?、經濟效益顯著的衛(wèi)星通信系統(tǒng)?，F(xiàn)有的車載移動衛(wèi)星通信技術主要基于拋物面天線和伺服穩(wěn)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(tǒng)的要求。另外，由于載體在運動過程中，運動方式受到外界環(huán)境的影響，會有較大擾動出現(xiàn)，為了能夠實時隔離擾動，實現(xiàn)天線的快速穩(wěn)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(wěn)定的控制策略。目前市場上的產品因采用較為傳統(tǒng)的數(shù)據處理方法和控制策略，使得在載體移動過程中出現(xiàn)長時間的遮擋和干擾信號導致丟星時，重新跟蹤衛(wèi)星的過程較長，甚至無法重新找到衛(wèi)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(wěn)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(wěn)定跟蹤能力強的移動通信裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置，用以解決現(xiàn)有技術存在的上述問題。為解決上述技術問題，一方面，本發(fā)明提供一種基于平板天線的移動衛(wèi)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(wèi)星信號，并通過功分器將所述衛(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息和所述載體的姿態(tài)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(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息；捷聯(lián)慣導，用于獲取所述載體的姿態(tài)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(wèi)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(wèi)星的初指令角，以及負責跟蹤環(huán)路和極值跟蹤環(huán)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(lián)慣導和衛(wèi)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(lián)慣導獲取的載體的姿態(tài)信息構成系統(tǒng)的前饋控制環(huán)路。進一步，所述載體的姿態(tài)信息包括所述載體的航向、縱搖和橫滾姿態(tài)信息。進一步，所述衛(wèi)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(wèi)星信號接收機通過接收全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星信號或北斗衛(wèi)星信號來獲取所述裝置所處位置的經、緯度定位信息。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明采用平板天線接收衛(wèi)星信號，具有低輪廓、輕質量的優(yōu)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(xiàn)共形設計；本裝置在高速運行狀態(tài)下采用信標跟蹤和慣導穩(wěn)定跟蹤相結合的天線控制策略，具有跟蹤穩(wěn)定度高、掃描速度快、對星精度高、成本低的特點。


圖1是本發(fā)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(fā)明實施例中一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置的結構示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置的對星處理流程圖；圖4是本發(fā)明實施例中一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置俯仰方向控制示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置，以下結合附圖以及實施例，對本發(fā)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(fā)明，并不限定本發(fā)明。本發(fā)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(wèi)星通信的裝置，該裝置具有低輪廓、輕質量、高效穩(wěn)定跟蹤的特性，同時具備高速的數(shù)據通信能力，可以為政府應急通信、企事業(yè)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(xiàn)無縫共形。本發(fā)明實施例主要是針對車載移動平臺開發(fā)的一種在車輛載體移動過程中可以實現(xiàn)與衛(wèi)星實時、不間斷的通信，對視頻圖像、 語音及其他數(shù)據信息進行傳輸?shù)难b置。本發(fā)明實施例涉及一種基于平板天線的移動衛(wèi)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(wèi)星信號，并通過功分器將所述衛(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息和所述載體的姿態(tài)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(wèi)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(wèi)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(yōu)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(xiàn)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(wèi)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(wèi)星信號接收機可以接收BD (北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng))或GPS (Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)) 衛(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息；捷聯(lián)慣導，用于獲取所述載體的姿態(tài)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(xiàn)偏航、縱搖或橫滾，所以，可利用捷聯(lián)慣導測量載體的航向、縱搖和橫滾姿態(tài)信息。信號處理單元計算平板天線對準所述衛(wèi)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(wèi)星為同步衛(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)星信號，并通過功分器將所述衛(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息和所述載體的姿態(tài)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(wèi)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(wèi)星。
2.如權利要求1所述的基于平板天線的移動衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息； 捷聯(lián)慣導，用于獲取所述載體的姿態(tài)信息。
3.如權利要求2所述的基于平板天線的移動衛(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)星的初指令角，以及負責跟蹤環(huán)路和極值跟蹤環(huán)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(lián)慣導和衛(wèi)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(lián)慣導獲取的載體的姿態(tài)信息構成系統(tǒng)的前饋控制環(huán)路。
6.如權利要求1或2所述的基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置，其特征在于，所述載體的姿態(tài)信息包括所述載體的航向、縱搖和橫滾姿態(tài)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(wèi)星通信裝置，其特征在于，所述衛(wèi)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(wèi)星通信裝置，其特征在于，所述衛(wèi)星信號接收機通過接收全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星信號或北斗衛(wèi)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(fā)明公開了一種基于平板天線的移動衛(wèi)星通信裝置，安裝在移動載體上，包括平板天線，用于接收衛(wèi)星信號，并通過功分器將所述衛(wèi)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(wèi)星的經度、緯度坐標信息和載體的姿態(tài)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(wèi)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(wèi)星。本發(fā)明具有低輪廓、輕質量的優(yōu)點，有利于與載體實現(xiàn)共形設計；且具有跟蹤穩(wěn)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(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)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