一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统，粗调模块包括：输入模块；定位模块；用于根据接收机地理位置和卫星位置计算粗调所需角的角度计算模块；用于显示角度计算结果的角度显示模块；微调模块包括：用于接收卫星下行信标信号的信号接收模块；用于根据下行信标信号进行信号功率计算的卫星信号功率计算模块；用于根据用户的手动微调实时显示信号功率的功率显示模块。本发明专利技术功率显示模块实时显示微调过程中带宽内的信号强度，直观地展示微调操作的结果是否准确，微调操作方便且速度快；信号接收模块接收卫星下行信标信号并通过卫星信号功率计算模块实现信号强度的测量，无需由天线发射信号，可有效避免临星干扰，信号强度测量精更高。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统
本专利技术涉及卫星通信
，特别是涉及一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统。
技术介绍
卫星通信具有三维无缝覆盖能力、独特灵活的普遍服务能力、覆盖区域的可移动性、广域复杂网络构成能力、广域Internet交互连接能力，以及特有的广域广播与多播能力，可以适用于多种业务，在军事通信、移动通信、应急通信和广播电视领域得到了越来越广泛的应用。迄今为止，已经出现了多种业务能力、多种售价的卫星地面站以满足不同的场景应用需求，如车载“动中通”通常应用于车载平台，且价格较为昂贵，但是局限是在某些汽车不能到达的地方则无法使用。便携式卫星接收机就是一种不受任何载体限制、成本低廉的卫星通信终端。在使用过程中，工作人员携带或背负便携式卫星接收机到达使用现场，展开接收机的天线，锁定卫星（对星）后即可建立与指挥中心的连接。然而，传统的便携式卫星接收机卫星快速锁定系统大多只完成到粗调就结束对星操作了，锁定卫星信号的准确度较低，卫星通信系统的通信可靠性较差。另外，由于传统便携式接收机的固有原因使得俯仰、方位、极化角的标示不能无限细化，通常只能精确到度（°），这对手动直接操作的精确程度造成了一定阻碍。如ZL200410064896.6，便携式卫星接收机快速搜星方法和装置，根据接收地纬度和接收星座，由人工查表预置接收天线反射面方位和俯仰角度，将以预置方位为中心的±90°空域分成若干搜索区，逐个区域搜索，直到信号最大锁定方位和俯仰。该传统搜星方法和装置存在以下问题：（1）利用机械化设计对空域实现区域螺旋扫描，结构较为复杂，且设计成本较高；（2）由人工查表预置接收天线反射面方位和俯仰角度，人工工作量较大，智能化程度低，且角度计算精确度不够高；（3）锁定卫星的过程中只考虑俯仰角和方位角，未考虑接收机天线的极化角，无法保证极化振子调整到与电磁波一致的方向，容易出现极化干扰，直接影响对星精确度，从而影响卫星信号接收效果。又如ZL201210286953.X，便携式窄带卫星通信设备及其控制方法，根据GPS模块提取的本地信息，计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角；根据方位角、俯仰角和极化角进行粗调对星；信标接收机使用第一带宽判断信号强度值，根据信号强度值细调方位角、俯仰角和极化角，直到信号强度值最大。该对星方法存在以下问题：（1）在卫星信号强度的测量过程中，该对星方法需要使用两个带宽，存在带宽数量的限制；（2）在卫星信号强度的测量过程中：首先由天线发送一个射频信号，然后再接收经卫星转发下来的射频信号。由于在信号强度测量时接收机天线只完成了粗调，并未完全对准卫星，因此在向卫星发射信号时会因角度偏差而造成临星干扰，直接影响了卫星信号强度的测量精确度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对星精确度高的便携式卫星接收机卫星快速锁定系统，角度计算模块根据欲锁定卫星的位置和接收机本地位置自主计算粗调所需方位角、俯仰角和极化角，计算精确度高、智能化程度高、使用方便；功率显示模块在微调过程中一直显示带宽内的信号强度，直观地展示微调操作的结果是否准确，微调操作方便且速度快；综合考虑方位角、俯仰角和极化角，调整极化角使得极化振子调整到与电磁波一致的方向，振子感应的信号强度最大，可避免出现极化干扰，使得接收效果最佳，对星精确度更高；首先检测当前接收的信号强度，得到最大点后渐进减少带宽，没有带宽数量的限制，使得用户看得更加清晰明了；信号接收模块接收卫星下行信标信号并通过卫星信号功率计算模块实现信号强度的测量，无需由天线发射信号，可有效避免临星干扰的影响，使得卫星信号强度的测量精确度更高。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统，包括粗调模块和微调模块。所述的粗调模块包括：用于输入和选择欲锁定卫星的输入模块；用于定位接收机地理位置的定位模块；用于根据接收机地理位置和所选卫星位置计算粗调所需俯仰角、方位角、极化角的角度计算模块；角度计算模块包括俯仰角计算子模块、方位角计算子模块和极化角计算子模块。卫星接收机与静止卫星的连接线称为直视线，直视线在地面上的投影，即卫星接收机与星下点间的弧线称为卫星接收机对静止卫星的方位线，方位线与直视线确定的平面称为方位面。方位角是指卫星接收机所在经线的正南方向按顺时针方向与方位面所构成的夹角，用∠MAN表示，俯仰角是指卫星接收机的方位线与直视线的夹角。图1给出了静止卫星S与卫星接收机A之间的几何关系。图中，A表示卫星接收机，S表示静止卫星，O表示地球地心，B为卫星接收机A的经线与赤道的交点，O与S的连线在地球表面上的交点C称为星下点，地球表面上通过A点和C点的弧线AC称为方位线，AN为AC的切线，AM为AB的切线，面OAS为方位角，D为切线AM与赤道平面的交点，E为切线AN与赤道平面的交点。设卫星接收机A的经度和纬度分别为和θ1，静止卫星经度为经度差以下具体给出卫星接收机天线对准卫星所需的方位角φa、俯仰角φe和极化角φj的公式推导过程。方位角的计算过程如下：由图1可得：AD＝ODsinθ1；由以上三式可以得出卫星接收机天线的方位角：利用上式求出的方位角是以正南方向为基准求得的，按规定，方位角都是以正北方向为基准的，故实际的方位角除了按照天线与卫星的精度关系以及位置需要进行换算外，还要转换到正北方向为基准的坐标系。俯仰角的计算过程如下：为求出俯仰角，做EA的平行线SF，OA的延长线与SF相交于点F，由平行关系可知在直角三角形AFS中：又：OF＝OScosα＝(OC+CS)cosα；FS＝OSsinα＝(OC+CS)sinα；故有：上式中OA及OC为卫星接收机距地球地心的距离，用R表示，取地球平均半径6378公里；所有的地球同步卫星都分布在赤道上空，其高度用h表示，取35860公里，带入上式得：故俯仰角：极化角的计算过程如下：天线辐射的电磁波都是极化的，电磁波的极化是按照电磁波在传播过程中电场矢量的方向来定义的，如果电磁波的电场矢量投影在与传播方向垂直平面上的轨迹是一直线，则称之为线极化；如果电场矢量投影轨迹为圆或椭圆，则为圆极化或椭圆极化，卫星辐射极化波的极化和地平面接收天线的极化定义基准不同，对于一个卫星地球接收站来说，其天线的极化是以地平面为基准定义的。电场矢量平面与地球表面的电波为水平极化，即馈源矩形波导口的窄边垂直于地面。当卫星接收机的经度与卫星在轨经度相等时，极化波的电场分量正好平行（或垂直）于卫星接收机的地平面，此时极化角为零。只要卫星接收机与卫星不在一个经度上，卫星传送来的极化波中的电场与地平面就存在一个夹角，这个夹角即称为极化角。为了达到好的接收效果，调整接收机天线的方位角和俯仰角外，还应根据极化角的数值来调整馈源矩形波导口的方向，使得极化振子调整到与电磁波一致的方向，此时极化完全匹配与卫星传送来的极化，振子感应的信号强度最大，接收效果最佳。不同地理位置的卫星接收机其极化角也不同，卫星接收机天线对准卫星所需的理论极化角为：进一步地，所述的步骤S103完成卫星相对于便携式卫星接收机的俯仰角、方位角及极化角计算后，还包括一个根据便携式卫星接收机和卫星经度关系修正方位角的步骤。用于显示角度计算结果、指导用户手动调整接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统，包括粗调模块和微调模块，其特征在于：所述的粗调模块包括：用于输入和选择欲锁定卫星的输入模块；用于定位接收机地理位置的定位模块；用于根据接收机地理位置和所选卫星位置计算粗调所需俯仰角、方位角、极化角的角度计算模块；用于显示角度计算结果、指导用户手动调整接收机角度以完成粗调的角度显示模块；所述的微调模块包括：用于接收卫星下行信标信号的信号接收模块；用于根据所接收到的卫星下行信标信号进行一定可调带宽内卫星信号功率计算并找出最大功率点的卫星信号功率计算模块；用于根据用户的手动微调实时显示卫星信号功率的功率显示模块。

【技术特征摘要】
1.一种便携式卫星接收机卫星快速锁定系统，包括粗调模块和微调模块，所述的粗调模块包括：用于输入和选择欲锁定卫星的输入模块；用于定位接收机地理位置的定位模块；用于根据接收机地理位置和所选卫星位置计算粗调所需俯仰角、方位角、极化角的角度计算模块；用于显示角度计算结果、指导用户手动调整接收机角度以完成粗调的角度显示模块；所述的微调模块包括：用于接收卫星下行信标信号的信号接收模块；用于根据所接收到的卫星下行信标信号进行一定可调带宽内卫星信号功率计算并找出最大功率点的卫星信号功率计算模块；用于根据用户的手动微调实时显示卫星信号功率的功率显示模块，其特征在于：粗调模块操作步骤如下：S101：定位模块利用定位装置确定便携式卫星接收机的位置和方位；S102：通过输入模块输入并选择欲锁定的卫星；S103：根据卫星及便携式卫星接收机的位置信息，由角度计算模块计算出该卫星相对于接收机的俯仰角、方位角及极化角信息；S104：根据各角度信息手动调整接收机的角度，使其大致对准欲锁定的卫星，完成粗调；微调模块操作步骤如下：S201：在粗调基础上，信号接收模块接收卫星下行信标信号，并由卫星信号功率计算模块进行一定可调带宽内的卫星信号功率计算；S202：得出卫星信号的最大功率点；S203：在功率显示模块的功率指示下微调便携式卫星接收机的俯仰角和方位角，使之对准该最大功率点；S204：微调极化角并观察可视化终端的最大功率点，选定微调过程中使得功率最大的极化角，完成微调；调整极化角使得极化振子调整到与电磁波一致的方向，振子感应的信号强度最大；首先检测当前接收的信号强度，得到最大点后渐进减少带宽；信号接收模块接收卫星下行信标信号并通过卫星信号功率计算模块实现信号强度的测量，无需由天线发射信号；所述卫星接收机的经度和纬度分别为和θ1，静止卫星经度为经度差AD＝ODsinθ1；tanφa＝DE/AD，其中，φa卫星接收机天线对准卫星所需的方位角，A表示卫星接收机，S表示静止卫星，O表示地球地心，B为卫星接收机A的经线与赤道的交点，O与S的连线在地球表面上的交点C称为星下点，地球表面上通过A点和C点的弧线AC称为方位线，AN为AC的切线，AM为AB的切线，面OAS为方位角，D为切线AM与赤道平面的交点，E为切线AN与赤道平面的交点；为求出俯仰角，做EA的平行线SF,OA的延长线与SF相交于点F，由平行关系可知，在直角三角形AFS中：其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟，张春阳，张敏，
申请(专利权)人：成都国恒空间技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51