一种车载卫星地面站中基于伺服控制的天馈系统

摘要

本发明公开了一种车载卫星地面站中基于伺服控制的天馈系统，包括天线座架、天馈单元、伺服控制单元和计算机设备；所述天馈单元复合馈源以及与所述复合馈源配合的天线，所述天线为抛物面天线，复合馈源通过支架固定于抛物面天线的焦点处；所述天线座驾，包括用于安装所述抛物面天线的X‑Y型天线座和用于带动所述X‑Y型天线座转动的伺服电机；所述伺服控制单元，用于测量天馈系统的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，传输给计算机设备，并根据计算机设备的控制指令，控制座驾中的伺服电机动作，带动所述X‑Y型天线座转动，保证天馈单元与目标卫星的对齐。本发明能够有效保证卫星地面站与目标卫星的对齐，并具有较高的对齐精度。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星地面站，特别是涉及一种车载卫星地面站中基于伺服控制的天馈系统。

背景技术

传统的卫星地面站有多种类型，其中小型卫星地面站一般只承担观测和中继等功能。一种最典型的小型卫星地面站就是卫星通信关口站(Gateway Station)，其功能是将卫星通信系统的卫星信号与地面通信网络相连接，例如将卫星电话接入地面有线电话网络，或者将卫星宽带数据接入地面光纤网络，它完成卫星通信系统信令协议的解释、转换和与地面网络的信息交换，但是，传统的卫星地面站在与目标卫星的对齐精度上还有所不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车载卫星地面站中基于伺服控制的天馈系统，能够有效保证卫星地面站与目标卫星的对齐，并具有较高的对齐精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种车载卫星地面站中基于伺服控制的天馈系统，包括天线座架、天馈单元、伺服控制单元和计算机设备；

所述天馈单元复合馈源以及与所述复合馈源配合的天线，所述天线为抛物面天线，复合馈源通过支架固定于抛物面天线的焦点处；

所述天线座驾，包括用于安装所述抛物面天线的X-Y型天线座和用于带动所述X-Y型天线座转动的伺服电机；

所述伺服控制单元，用于测量天馈系统的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，传输给计算机设备，并根据计算机设备的控制指令，控制座驾中的伺服电机动作，带动所述X-Y型天线座转动，保证天馈单元与目标卫星的对齐；

所述计算机设备，用于根据伺服控制单元测量得到的信息，生成控制指令，传输给伺服控制单元，由伺服控制单元根据控制指令控制伺服电机动作。

优选地，所述复合馈源包括采用密封罩密封在一起的Ka左旋圆极化馈源、L左旋圆极化馈源和L右旋圆极化馈源。所述Ka左旋圆极化馈源、L左旋圆极化馈源和L右旋圆极化馈源均连接有信号端口。所述信号端口为SMA接口，用于通过电缆与卫星地面站中的设备进行信号传输。

其中，所述伺服控制单元包括：GPS/北斗定位定向测姿设备、天线控制器、电机驱动器、限位开关及角编码器；

所述GPS/北斗双天线定位定向测姿设备, 用于测量天馈系统的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，通过RS232接口传输给计算机设备；

所述天线控制器，用于通过RS232接口接收来自计算机设备的控制指令，进行解析后传输给电机驱动器；

限位开关及角编码器，用于根据电机驱动器接收到的信号，对所述电机驱动器进行转动角度编码和限位编码，得到编码信息；

所述电机驱动器，用于根据限位开关及角编码器的编码信息，驱动座驾中的伺服电机动作，带动X-Y型天线座转动，使得天馈单元与目标卫星的对齐。

所述计算机设备包括：

计算单元，根据GPS/北斗双天线定位定向测姿设备测量得到的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，结合卫星位置，计算出卫星相对于天馈系统的角度和方向；

控制指令生成单元，用于根据计算单元获得的角度与方向，确定需要控制伺服电机需要转动的角度与方向，并据此生成控制指令，通过RS232接口传输给天线控制器；

所述卫星位置根据当前时间和卫星系统中已知的卫星随时间的运转规律确定。

本发明的有益效果是：本发明能够根据GPS/北斗双天线定位定向测姿设备测量得到的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，结合卫星位置，计算出卫星相对于天馈系统的角度和方向；然后根据获得的角度与方向，确定需要控制伺服电机需要转动的角度与方向，并据此生成控制指令，传输给天线控制器控制伺服电机转动，有效保证卫星地面站与目标卫星的对齐，并具有较高的对齐精度。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为实施例中复合馈源的布局示意图；

图3为实施例中L波段的左右旋圆极化原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种车载卫星地面站中基于伺服控制的天馈系统，包括天线座架、天馈单元、伺服控制单元和计算机设备；

所述天馈单元复合馈源以及与所述复合馈源配合的天线，所述天线为抛物面天线，复合馈源通过支架固定于抛物面天线的焦点处；

所述天线座驾，包括用于安装所述抛物面天线的X-Y型天线座和用于带动所述X-Y型天线座转动的伺服电机；

所述伺服控制单元，用于测量天馈系统的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，传输给计算机设备，并根据计算机设备的控制指令，控制座驾中的伺服电机动作，带动所述X-Y型天线座转动，保证天馈单元与目标卫星的对齐；

所述计算机设备，用于根据伺服控制单元测量得到的信息，生成控制指令，传输给伺服控制单元，由伺服控制单元根据控制指令控制伺服电机动作。

优选地，所述复合馈源包括采用密封罩密封在一起的Ka左旋圆极化馈源、L左旋圆极化馈源和L右旋圆极化馈源。所述Ka左旋圆极化馈源、L左旋圆极化馈源和L右旋圆极化馈源均连接有信号端口。所述信号端口为SMA接口，用于通过电缆与卫星地面站中的设备进行信号传输。

在本申请的实施例中，所述Ka左旋圆极化馈源为喇叭形式的左旋圆极化馈源，L波段由四个双极化微带馈源复合而成，如图2所示，四个双极化微带馈源分别为A、B、C、D，中间的馈源为Ka左旋圆极化馈源；L波段的左右旋圆极化原理如图3所示，A和D合成接收水平极化波，输出水平分量，记为：Ex = EmSin（ωt），B和C合成接收垂直极化波，输出垂直分量，记为：Ey = EmCos（ωt），合成后信号方向为 tgθ = Ey/Ex = tg（ωt）。相当于电场方向以ωt角速度旋转。当Ex 超前Ey 90°相位时，电场矢量反时针旋转；当Ex 滞后Ey 90°相位时，电场矢量顺时针旋转；因此可以形成左右旋圆极化。

其中，所述伺服控制单元包括：GPS/北斗定位定向测姿设备、天线控制器、电机驱动器、限位开关及角编码器；

所述GPS/北斗双天线定位定向测姿设备, 用于测量天馈系统的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，通过RS232接口传输给计算机设备；

所述天线控制器，用于通过RS232接口接收来自计算机设备的控制指令，进行解析后传输给电机驱动器；

限位开关及角编码器，用于根据电机驱动器接收到的信号，对所述电机驱动器进行转动角度编码和限位编码，得到编码信息；

所述电机驱动器，用于根据限位开关及角编码器的编码信息，驱动座驾中的伺服电机动作，带动X-Y型天线座转动，使得天馈单元与目标卫星的对齐。

所述计算机设备包括：

计算单元，根据GPS/北斗双天线定位定向测姿设备测量得到的载车方向、倾斜、侧滚、经度、维度和海拔高度，结合卫星位置，计算出卫星相对于天馈系统的角度和方向；

控制指令生成单元，用于根据计算单元获得的角度与方向，确定需要控制伺服电机需要转动的角度与方向，并据此生成控制指令，通过RS232接口传输给天线控制器；

所述卫星位置根据当前时间和卫星系统中已知的卫星随时间的运转规律确定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。