一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法和系统，包括数据存储模块、数据解算模块、坐标转换模块、伺服控制模块、导航定位模块和惯性测量模块；接收外部终端的操作任务，进行数据解算；根据系统位置与姿态信息，对解算数据进行坐标转换，进而计算出天线指向数据；天线指向数据与天线系统数据，计算输出伺服电机驱动器控制信号。本发明专利技术在无通信等支撑条件的情况下，实现快速、精确的全自动一键对星，在提升天线指向精度的同时，能够减小天线尺寸。小天线尺寸。小天线尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法和系统


[0001]本专利技术属于卫星通信系统
，特别是涉及一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法和系统。

技术介绍

[0002]随着小卫星技术的成熟及成本的降低，低轨道卫星移动通信系统已成为移动通信发展的重点方向。
[0003]低轨卫星在距地面120～2000km高度的特定轨道上绕地球高速运行，地面站天线需要保持相对卫星的连续、高精度随动跟踪；另外，低轨卫星通信采用组网(星座)方式，使用窄波束与地面终端通信，多颗按一定规则排列的卫星协同工作，以保证地面特定区域在时间上的信号连续覆盖，地面站天线则需要相应地进行越区切换动作。
[0004]基于上述低轨卫星通信系统的特点，相对高轨(HEO，High Earth Orbit)卫星通信侦收，低轨卫星地面侦收天线的跟踪精度和动态特性有更高的要求。目前已公开的类似系统，均通过接收星历广播获取星历数据，通过终端计算机PC端软件实现卫星位置、速度解算。对于侦收任务而言，无法通过星历广播获取目标的星历信息，只能使用自建星历数据，另外，车载站终端应用场景复杂多变，通常需要在通信受限，无外部支撑的条件下独立完成侦收任务。并且，传统的天线指向控制装置通过手动操控或通过信标接收机信号实现闭环控制，无法适应低轨卫星高速跟踪和频繁越区切换应用需求，基于星历广播和计算机软件的星历解算方案对外界支撑条件要求高，适应性弱。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法和系统，在无通信等支撑条件的情况下，实现快速、精确的全自动一键对星，在提升天线指向精度的同时，能够减小天线尺寸。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，包括步骤：
[0007]S10,接收外部终端的操作任务，进行数据解算；
[0008]S20,根据系统位置与姿态信息，对解算数据进行坐标转换，进而计算出天线指向数据；
[0009]S30,天线指向数据与天线系统数据，计算输出伺服电机驱动器控制信号。
[0010]进一步的是，步骤S10中，所述数据解算包括步骤：
[0011]根据指定任务的目标星座及当前的精确时间，通过内置的星历数据解算目标星座卫星实时位置及速度；
[0012]通过内置的转发器、卫星波束数据解算卫星波束在终端位置的场强值；根据转发关系和系统当前位置的波束场强值选择目标卫星。
[0013]进一步的是，步骤S20中，根据系统位置与姿态信息，将述解算出的目标卫星实时
位置和速度信息转换为系统坐标系下的位置和速度，进而计算出天线指向仰角、方位角及极化角。
[0014]进一步的是，所述天线系统数据包括天线位置传感器数据、信标接收机输出信号幅度电压及锁定指示信号。
[0015]进一步的是，步骤S30中，根据获取的天线指向仰角、方位角及极化角与天线位置传感器数据、信标接收机输出信号幅度电压及锁定指示信号，计算输出伺服电机驱动器控制信号。
[0016]进一步的是，通过导航定位模块，接收GPS/北斗导航信号，获取系统精确位置和时间；通过惯性测量模块，通过惯性测量传感器获取平台姿态信息及真北方向，并将信息传送至坐标转换模块。
[0017]进一步的是，在所述步骤30中：
[0018]先根据星历解算结果对天线指向进行PID控制初调：
[0019][0020]e(t)＝r(t)-c(t)；，
[0021]μ(t)为输出值,e(t)为偏差值，r(t)为设定值，c(t)为实际值，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数；
[0022]天线指向按解算结果粗调到位后，按信标接收机输出的幅度电压和锁定指示信号微调修正天线指向。
[0023]另一方面，本专利技术还提供了一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制系统，包括数据存储模块、数据解算模块、坐标转换模块、伺服控制模块、导航定位模块和惯性测量模块；
[0024]所述数据存储模块：存储执行任务所需的目标星座相关星历、转发器、卫星波束数据，并将数据传输给数据解算模块；
[0025]所述数据解算模块：系统接收外部终端的操作任务；根据指定的目标星座任务及当前的精确时间，通过星历、转发器、卫星波束数据解算目标星座卫星实时位置及速度；获取卫星波束在终端位置的场强值；根据转发关系和系统当前位置的波束的场强值选择目标卫星；
[0026]所述坐标转换模块：根据系统位置与姿态信息，将述数据解算模块解算出的目标卫星实时位置和速度信息转换为系统坐标系下的位置和速度，进而计算出天线指向仰角、方位角及极化角；
[0027]所述伺服控制模块：根据坐标转换模块获取的天线指向仰角、方位角及极化角与天线位置传感器数据、信标接收机输出信号幅度电压及锁定指示信号，计算输出伺服电机驱动器控制信号；
[0028]所述导航定位模块，接收GPS/北斗导航信号，获取系统精确位置和时间，并将信息传送至数据解算模块；
[0029]所述惯性测量模块，通过惯性测量传感器获取平台姿态信息及真北方向，并将信息传送至坐标转换模块。
[0030]进一步的是，所述伺服控制模块直接接收外部终端操控指令并向伺服电机驱动器输出控制信号；完成人工介入操作。
[0031]进一步的是，还包括数据输入接口和数据输出接口，所述数据输入接口包括星历数据接收接口、导航定位数据接收接口、惯性测量数据接收接口、终端设置信息接口、天线位置传感器数据接收接口、信标接收机数据接收接口以及外部终端操控模块指令接口；所述数据输出接口包括伺服电机驱动器控制输出接口。
[0032]采用本技术方案的有益效果：
[0033]本专利技术通过接收导航卫星信号获取当前的精确时间以及平台的精确位置，通过平台惯性测量传感器获取真北方向及平台姿态信息，对终端指定的目标卫星星座，通过内置的星历、转发器、卫星波束数据，解算出目标卫星实时位置及速度，向伺服电机驱动器输出运动控制命令，控制天线指向目标卫星。在无通信等支撑条件的情况下，实现快速、精确的全自动一键对星，在提升天线指向精度的同时，能够减小天线尺寸。
[0034]本专利技术通过内置星历、转发器、卫星波束及解算模块，降低了天线伺服系统对外界支撑条件的依赖，自动化程度更高，对星速度快，通过星历、转发器、卫星波束解算实现天线初始指向控制后，再通过信标接收完成闭环，对星准确
[0035]本专利技术可用于卫星通信及通信信号侦收天线实现，尤其适用于但不限于在低轨卫星车载站侦收终端天线中使用。在低轨卫星车载站终端应用场景下意义重大，随着低轨卫星通信应用的快速发展，具有广阔的应用前景和经济价值。
附图说明
[0036]图1为本专利技术的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法的流程示意图；
[0037]图2为本专利技术的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制系统的结构示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，包括步骤：S10,接收外部终端的操作任务，进行数据解算；S20,根据系统位置与姿态信息，对解算数据进行坐标转换，进而计算出天线指向数据；S30,天线指向数据与天线系统数据，计算输出伺服电机驱动器控制信号。2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，步骤S10中，所述数据解算包括步骤：根据指定任务的目标星座及当前的精确时间，通过内置的星历数据解算目标星座卫星实时位置及速度；根据内置的转发器、卫星波束数据解算卫星波束在系统位置的场强值；根据转发关系和系统当前位置的波束场强值选择目标卫星。3.根据权利要求2所述的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，步骤S20中，根据系统位置与姿态信息，将述解算出的目标卫星实时位置和速度信息转换为系统坐标系下的位置和速度，进而计算出天线指向仰角、方位角及极化角。4.根据权利要求3所述的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，所述天线系统数据包括天线位置传感器数据、信标接收机输出信号幅度电压及锁定指示信号。5.根据权利要求4所述的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，步骤S30中，根据获取的天线指向仰角、方位角及极化角与天线位置传感器数据、信标接收机输出信号幅度电压及锁定指示信号，计算输出伺服电机驱动器控制信号。6.根据权利要求5所述的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，通过导航定位模块，接收GPS/北斗导航信号，获取系统精确位置和时间；通过惯性测量模块，通过惯性测量传感器获取平台姿态信息及真北方向，并将信息传送至坐标转换模块。7.根据权利要求5所述的一种低轨卫星通信系统的天线伺服电机控制方法，其特征在于，在所述步骤30中：先根据星历解算结果对天线指向进行PID控制初调：E(t)＝r(t)-c(t)；μ(t)为输出值,e(t)为偏差值，r(t)为设定值，c(t)为实际值，T

【专利技术属性】
技术研发人员：姚慰，张海堂，杜健，蒋卫锋，汪峰，王志，许华，李亚飞，
申请(专利权)人：成都戎星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：