本發明專利技術公開了一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法及其系統，通過獲取GPS地理位置信息、GPS航向信息和運動載體慣性信息，并通過卡爾曼濾波器進行組合計算，準確計算出衛星的所在位置，同時通過檢測衛星功率信息并通過最大功率計算方法估算指向誤差，對天線的位置進行微調，實現天線的準確指向；本發明專利技術特別適用于混合電機與電子掃描結合的低輪廓天線終端，不僅能有效降低成本，而且準確性高，能在行駛的狀態下保持對衛星的指向、捕獲和跟蹤，確保通信的暢通，有效提高天線終端的發射、接收效果，能保持暢通的通信，有效提高社會效益和經濟效益，對于低輪廓衛星系統的推廣起到很大作用。?
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及移動跟蹤通信
，特別涉及適用于車載(船載、或機載)衛星移動通信的一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法及其系統。
技術介紹
在衛星通信領域、特別是在靜止狀態使用的情況下，大多使用拋物面碟形天線，這類天線價格低廉，因而具有很大的市場。然而，由于衛星的距離遙遠，不僅要求天線有很大的增益，而且需要有極高的對星精度。對于運動狀態，而非靜止狀態下的應用(如，車船載或機載)，要能在行駛中保持通信的暢通，系統就要復雜得多。車載(船載或機載)衛星移動通信系統通常又稱為“動中通”。動中通以往大多采用拋物面碟形天線，其致命缺點是輪廓高(即高度高)，體積大、重量重、在行駛中阻力大、對星捕星速度慢，因而不適合在高速行駛的情況下使用。相對而言，平板天線具有低輪廓的優勢，特別適合在高速行駛的載體上使用。平板天線通常包含有一塊或多塊平面輻射板及波束形成網絡，每塊板上有若干個輻射元，波束形成網絡可采用不同的技術(波導、電纜、微帶、懸帶線等)來實現。為了使平板天線終端設備中的天線板形成的電磁波束在運動中始終能對準衛星， 一般可采用以下三種不同的方式來加以控制完全用電機控制，又稱全機械掃描；完全用電子控制(即用相移法實現)，又稱全電子掃描 ；混合電機與電子控制，又稱混合掃描。通常， 采用電機控制的系統成本最低廉；用相移法實現的系統因用到許多復雜的電子元器件，價格最昂貴；而用混合法實現的系統在成本、復雜性、輪廓高度和捕星速度方面則介于前兩者之間。在混合法的方式下，為了保證天線能準確地對準衛星，需要相應配套的指向、捕獲與跟蹤系統及其方法對天線進行精確的控制。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術的目的在于提供能準確實現衛星指向、捕獲與跟蹤的一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法及其系統。本專利技術解決其問題所采用的技術方案是一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，獲取天線終端的GPS地理位置信息、 GPS航向信息和運動載體慣性信息，通過卡爾曼濾波器計算獲得天線的準確航向信息，系統根據航向信息通過機械驅動系統控制天線指向衛星，并檢測衛星功率信息，結合最大功率計算方法估算指向誤差對天線進行微調，實現精確指向，并根據航向信息和功率信息的變化不斷對天線位置進行調整，實現對衛星的捕獲及跟蹤。本專利技術“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，通過將GPS地理位置信息、GPS航向信息和運動載體慣性信息通過卡爾曼濾波器進行組合處理，獲得當前天線終端準確的航向信息，可準確計算出衛星的所在位置，確地讓天線對準衛星，同時通過檢測衛星功率信息并通過最大功率計算方法估算指向誤差，對天線的位置進行微調，實現天線的準確指向，特別適用于混合電機與電子掃描結合的低輪廓天線終端，不僅能有效降低成本，而且準確性高， 能在行駛的狀態下保持對衛星的指向、捕獲和跟蹤，確保通信的暢通，有效提高天線終端的發射、接收效果，能保持暢通的通信，有效提高社會效益和經濟效益，對于低輪廓衛星系統的推廣起到了很大的作用。進一步，所述最大功率計算方法為通過在衛星理論指向位置點附近進行少量偏移，測量由此引起的功率變化，并估算指向誤差，根據誤差微調天線的指向位置，最終可實現精確指向。由于運動載體在行駛的過程中需要不斷對天線的位置進行調整，因此在處理過程中產生的誤差將不斷地積累，其結果是導致天線只能指向衛星的理論位置附近，而不能準確地指向衛星，最大功率計算方法是根據接收到的信號功率電平來修正所產生的指向誤差，即在每個方向軸上進行少量的偏移變化，然后觀察所檢測的功率信號是增加還是減少，不僅在方位角和俯仰角上進行少量偏移，而且在天線的移相器中也進行少量的偏移，這樣能大大改善接收效果，通過稍微改變移相器的相位，同時天線板接收信號的電相位也相應改變，通過其檢測的功率誤差即可估算出天線的誤差，進行修正，讓天線始終對準衛星信號功率最大的方位，從而實現準確的指向和對衛星的捕獲、跟蹤。進一步，當天線指向衛星時，所檢測的衛星功率信息需要高于預設的門限值時才允許天線發射信號，以避免對鄰近衛星產生干擾。該設計能有效避免天線對相鄰衛星的影響，提供系統的穩定性和實用性。進一步，當無GPS航向信息可利用時，先根據運動載體慣性信息對衛星的位置進行初步的估算，在搜索衛星的同時對接收的功率信號進行檢測，當發現接收到功率信號時， 便根據估算的航向信息對卡爾曼濾波器進行初始化，并通過最大功率計算方法對天線的方向進行微調。進一步，指向、捕獲與跟蹤系統啟動時，進行以下操作I)系統初始化系統啟動后，進行初始化，并產生所有任務進程，并進入本地搜索模式；2)本地搜索在系統初始化后執行，找到天線終端系統各個本地傳感器所在位置， 并確認電機所處的絕對位置；3)正常操作通過獲取GPS地理位置信息、運動載體慣性信息和衛星功率信息，通過計算并控制天線指向、捕 獲及跟蹤衛星。進一步，在正常操作中，通過以下步驟完成對衛星的指向、捕獲及跟蹤A)等待GPS信號，若能收到GPS提供的位置信息和GPS航向信息，則對卡爾曼濾波器進行初始化，并轉到步驟D進行衛星指向；若至接收到GPS的地理位置信息，而無航向信息，則轉至步驟B進行搜索，若GPS數據完全消失，則轉至步驟C的等待狀態；B)當GPS提供的數據只有位置信息而無足夠的GPS航向信息時，利用磁羅盤提供的航向信息讓天線指向衛星所在位置；若檢測到GPS航向信息時，初始化卡爾曼濾波器并轉至步驟D ;若持續一端時間仍沒有GPS信息，則轉至步驟C ；C)天線繼續等待GPS數據，當同時獲得GPS地理位置信息和GPS航向信息時，則轉至步驟D，若只有GPS地理位置信息而無GPS航向信息，則轉至步驟B ；D)卡爾曼濾波器通過GPS提供地理位置信息、GPS航向信息、提供車輛運動姿態的運動載體慣性信息，通過卡爾曼濾波器對測量數據進行合并，對車輛的實際航向作出精確的估算，將天線轉向衛星的理論位置，等待衛星的信號，對衛星進行跟蹤及通過最大功率計算方法估算指向誤差對天線進行微調，對衛星進行鎖定，當衛星鎖定成功后，轉至步驟E ; 若在這過程中GPS航向信息丟失，則轉至步驟B，若GPS信息完全丟失，則轉至步驟C ；E)天線終端鎖定衛星的位置，通過最大功率計算方法計算天線的最佳指向，并檢測衛星發送的功率信息，若所檢測的衛星功率信息高于預設的門限值時，開啟天線的射頻功率放大器，否則禁止天線發射信號；若衛星失鎖，若同時存在GPS地理位置信息和GPS航向信息，則轉至步驟D，若衛星失鎖的同時只有GPS地理位置信息，則轉至步驟B，若衛星失鎖的同時GPS信息完全丟失，則轉至步驟C。進一步，上述步驟B中可通過4中不同的方式實現對衛星的搜索(1)理論指星子狀態快速、近似地指向衛星所在的位置；(2)探測子狀態在衛星的理論位置附近進行緩慢搜索；(3)等待鎖定子狀態若在一定的等待時間里無法鎖定，將做出判決；(4)跳轉子狀態判決的結果是，利用第二旁瓣對衛星進行搜索。一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤系統，其特征在于包括GPS系統，用于提供天線終端當前的GPS地理位置信息和GPS航向信息；慣性測量單元，用于提供運動載體慣性信息；功率檢測器，用于檢測衛星信號的功率大小；中央處理單元，分別與GPS系統、慣性測量單元和功率檢測器連接，通過獲取GPS地理位置信息、GPS航向信息、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，其特征在于：?獲取天線終端的GPS地理位置信息、GPS航向信息和運動載體慣性信息，通過卡爾曼濾波器計算獲得天線的準確航向信息，系統根據航向信息通過機械驅動系統控制天線指向衛星，并檢測衛星功率信息，結合最大功率計算方法估算指向誤差對天線進行微調，實現精確指向，并根據航向信息和功率信息的變化不斷對天線位置進行調整，實現對衛星的捕獲及跟蹤。
【技術特征摘要】
1.一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，其特征在于獲取天線終端的GPS地理位置信息、GPS航向信息和運動載體慣性信息，通過卡爾曼濾波器計算獲得天線的準確航向信息，系統根據航向信息通過機械驅動系統控制天線指向衛星，并檢測衛星功率信息，結合最大功率計算方法估算指向誤差對天線進行微調，實現精確指向，并根據航向信息和功率信息的變化不斷對天線位置進行調整，實現對衛星的捕獲及跟蹤。2.根據權利要求1所述的一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，其特征在于所述最大功率計算方法為通過在衛星理論指向位置點附近進行少量偏移，測量由此引起的功率變化，并估算指向誤差，根據誤差微調天線的指向位置，最終可實現精確指向。3.根據權利要求1所述的一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，其特征在于當天線指向衛星時，所檢測的衛星功率信息需要高于預設的門限值時才允許天線發射信號，以避免對鄰近衛星產生干擾。4.根據權利要求1所述的一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，其特征在于當無GPS航向信息可利用時，先根據運動載體慣性信息對衛星的位置進行初步的估算，在搜索衛星的同時對接收的功率信號進行檢測，當發現接收到功率信號時，便根據估算的航向信息對卡爾曼濾波器進行初始化，并通過最大功率計算方法對天線的方向進行微調。5.根據權利要求1-4任一所述的一種“動中通”衛星指向、捕獲與跟蹤方法，其特征在于在正常操作中，通過以下步驟完成對衛星的指向、捕獲及跟蹤 A)等待GPS信號，若能收到GPS提供的位置信息和GPS航向信息，則對卡爾曼濾波器進行初始化，并轉到步驟D進行衛星指向；若至接收到GPS的地理位置信息，而無航向信息，則轉至步驟B進行搜索，若GPS數據完全消失，則轉至步驟C的等待狀態； B)當GPS提供的數據只有位置信息而無足夠的GPS航向信息時，利用磁羅盤提供的航向信息讓天線指向衛星所在位置；若檢測到GPS航向信息時，初始化卡爾曼濾波器并轉至步驟D ;若持續一端時間仍沒有GPS信息，則轉至步驟C ； C)天線繼續等待GPS數據，當同時獲得GPS地理位置信息和GPS航向信息時，則轉至步驟D，若只有GPS地理位置信息而無GPS航向信息，則轉至步驟B ； D)卡爾曼濾波器通過GPS提供地理位置信息、GPS航向信息、提供車輛運動姿態的運動載體慣性信息，通過卡爾曼濾波器對測量數據進行合并，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁釗，雷劍平，何塞·阿隆索，索蘭·思維特科偉克，伊凡·卡巴里羅，伊凡·卡揚，戴維斯·谷提樂茨，
申請(專利權)人：廣東隆伏通訊設備有限公司，TTI公司，
類型：發明
國別省市：
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