移动卫星通信天线极化跟踪方法和跟踪系统技术方案

本发明专利技术提供了用于移动卫星通信天线的极化跟踪系统和极化跟踪方法，所述系统包括：卫星通信天线，包括接收天线和发射天线，用于接收和发射正交极化的卫星信号；极化隔离度测量部分，用于获取并测量一对正交极化信号的信号电平，计算所得信号电平的比值并将所述比值与预定阈值进行比较；和跟踪控制部分，用于基于所述极化隔离度测量部分输出的比较结果同步控制天线发射和接收极化角度的调节。所述极化隔离度测量部分包括正交极化信号分解部分，用于根据从接收天线接收的卫星信号分解产生一对互为正交的极化信号。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了用于移动卫星通信天线的极化跟踪系统和极化跟踪方法，所述系统包括：卫星通信天线，包括接收天线和发射天线，用于接收和发射正交极化的卫星信号；极化隔离度测量部分，用于获取并测量一对正交极化信号的信号电平，计算所得信号电平的比值并将所述比值与预定阈值进行比较；和跟踪控制部分，用于基于所述极化隔离度测量部分输出的比较结果同步控制天线发射和接收极化角度的调节。所述极化隔离度测量部分包括正交极化信号分解部分，用于根据从接收天线接收的卫星信号分解产生一对互为正交的极化信号。【专利说明】移动卫星通信天线极化跟踪方法和跟踪系统
本专利技术涉及一种移动卫星/微波通信天线的极化跟踪方法及跟踪系统，具体来说涉及基于卫星天线的极化隔离度执行控制来跟踪和对准卫星的方法及系统。
技术介绍
动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动的载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要。 相对于固定卫星通信系统而言，移动卫星通信系统的关键环节在于全自动卫星跟踪通信天线(全自动卫星跟踪通信天线俗称“动中通”天线)。此种天线需要具有在运动中自动卫星跟踪对准的能力，因此，在安装此种天线之后，卫星天线可以在运动中保持卫星的对准，从而使得卫星通信系统在运动中保持不间断的通信能力。 全自动卫星跟踪通信天线的跟踪能力通常体现在对以下四个物理量的跟踪/保持上，这四个跟踪/保持的物理量分别是:方位角、俯仰角、横滚角、极化角。也就是说，全自动卫星跟踪天线系统应该具有在载体运动中保持相对于卫星的方位角、俯仰角、横滚角、极化角不变的能力。 就目前的全自动卫星跟踪通信天线而言，由于在天线方位角、俯仰角、横滚角动态测量方面拥有成熟的传感器和跟踪控制方法，因此，大多天线系统均可以对方位角、俯仰角、横滚角等物理参数进行精确动态闭环跟踪和控制。但是，对于天线的极化角度而言，由于至今没有理想的天线极化参量动态测量方法，因此天线极化角的动态跟踪和保持，一直是一件工程上的难题。这也是至今为止，动中通天线一直难以满足卫星公司入网要求的一个主要原因。 近年来很多研究和实践在此领域进行，但是研究和实践大多建立在以下两种方法之上: 1、卫星定位辅助惯性测量方法 利用惯性测量和卫星定位装置，对载体的运动/角位移及位置进行动态的精确测量，系统将测量到的方位、俯仰、横滚等角度和位移，通过建立的运动学数学模型以及天线、载体间的坐标转换模型计算，计算出对应的极化角偏差量，再经由伺服系统对极化角偏差量进行调节，最终实现极化角的动态跟踪和控制。此种跟踪方法目前广泛地应用在全自动卫星跟踪通信天线系统的设备之中(见专利文献I)。 由于此种跟踪控制方法并没有对天线的极化角或者极化角误差进行直接测量，因此这种方法实际上是一种间接的极化角跟踪方法，即利用测量到的方位、俯仰、横滚等角度及位移推算极化角调节量的一种方法。由于无法对极化角和误差进行直接测量和反馈控制，从控制理论上来讲，此种方法仍然属于一种极化角开环控制方法。此种方法实施的基础依赖于对载体姿态的惯性测量和对载体的定位，并且惯性系统随时间产生的“漂移”难以避免，这使得系统的测量误差随使用时间的增加而增加，最终发生跟踪“失效”。这种跟踪“失效”虽然可以采用更加精确的惯性测量系统来推迟“失效”的发生，或者将误差在一定程度上进行控制/校准。但由于惯性测量装置异常昂贵，付出的成本代价往往使人望而生畏。因此，采用这种跟踪方法的天线系统，在极化跟踪性能和成本费用上总是不够理想。 2、卫星信号强度测量方法 利用卫星信号的强度来调节卫星天线极化角的对准是另外一种常用的极化对准/匹配方法。从理论上讲，卫星天线在极化对准/匹配的情况下，信号将得到最好的接收效果，此时，卫星信号的强度也最强。但是，由于外部干扰信号的存在和卫星信号在传输过程中的去极化效应，常常使得测量出的信号最强角度不一定就是正确的极化角度。而且，由于天线原理、天线设计、天线制造、信号测量上的种种原因，使得卫星信号强度并不能十分敏感地反映出天线极化角度的变化。因此，使用此种方法进行极化跟踪往往带来较大的极化角匹配误差。 以上所述方法的主要问题是在天线无法对极化角或者极化角误差进行自我测量的情况下，不得不进行间接地推算，因为推算采用的物理量与极化角之间的关系过于间接，或不够敏感，加上推算出的极化角或者极化角偏差量最终无法测量和验证，故测量的误差、计算误差、执行误差难以度量，无法进行闭环的误差控制，因而产生较大误差，系统难以实现较闻的跟踪精度。 专利文献1:CN101916908A，“动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法”
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述问题，专利技术人提出通过对天线接收的极化信号进行分解和对分解后信号的极化隔离度进行测量和跟踪来实现对极化角的跟踪和对准。根据本专利技术的天线极化跟踪方法和跟踪系统，能够在获得更高的跟踪精度的同时降低系统成本。 专利技术人认识到移动卫星通信中电磁极化波的如下特征:当天线与卫星极化电磁波的极化角匹配正确之后，将同时伴随而来两个特征:1、极化角匹配后天线接收到的极化电磁波信号最强；2、极化角匹配后在与正确极化垂直/正交的极化方向上天线接收的信号最弱。而且这两种特性同时相伴产生，相互对应。一个特性成立时必然伴随另一个特性的存在。一个特性不存在另一个伴随的特性也必然丧失。具体来说，设极化失配角为△，极化损耗为Lp，交叉极化隔离度为Sp，则根据电磁波理论可以得到它们之间的关系为: Lp=-201g (cos Δ ) dB Sp=_201g (sin Δ ) dB(I) 由此可见，极化角的失配/误差将直接导致交叉极化隔离度下降。反之，交叉极化隔离度的提高必然对应极化角误差的减小。 由电磁波理论可知，任意极化电磁波信号均可以分解为两个正交的极化电磁波信号，反之，两个正交极化电磁波信号也可以合成为单一的极化电磁波信号。 例如:一个线极化电磁波就可以分解为两个振幅相等、旋向相反的正交圆极化波。 设沿Z轴传播的直线极化波E与Y轴的夹角为ω t，则 E=E0e_J 0 z= e_J0z (2) 根据欧拉公式coscotKePt+eft)/〗和 sin ω t= (e.^-e_jUt)/2j,得到如下表达式: E=1/2E0 (exeJω'+jeye_Jω') e_Jωt+l/2E0 (exeJω'-jeye_Jω') e_Jω' (3) 在该表达式中，右边第一项为左旋圆极化波，第二项为右旋圆极化波，而且两者振幅均为1/2&。通过对接收天线的极化角度进行调节，测量并比较上述获得的一对正交信号的幅值，能够在二者比值取得最大值时确定天线极化角的正确匹配。 本专利技术的核心是采用天线极化隔离动态测量方法替代难以工程实现的极化角动态测量或者如前所述的间接极化角测量方法，从而实现天线极化的动态对准。在工程上反映天线极化隔离情况的物理参数称为:极化隔离度。本方法还可以描述为用极化隔离度的测量替代极化角测量，通过保持足够的极化隔离度(比如:极化隔离度> 3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于移动卫星通信天线的极化跟踪系统，包括：卫星通信天线，包括接收天线和发射天线，用于接收和发射正交极化的卫星信号；极化隔离度测量部分，用于获取并测量一对正交极化信号的信号电平，计算所得信号电平的比值并将所述比值与预定阈值进行比较；和跟踪控制部分，用于基于所述极化隔离度测量部分输出的比较结果同步控制天线发射和接收极化角度的调节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝志强，
申请(专利权)人：郝志强，
类型：发明
国别省市：北京;11