业余卫星地面站天线姿态补偿方法、补偿装置及跟踪系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于卫星通讯技术领域，涉及一种业余卫星地面站天线姿态补偿方法、补偿装置及跟踪系统，方法包括：S1、获取目标卫星方位角和俯仰角、天线偏航角和俯仰角；S2、基于第一差值即目标卫星方位角与天线偏航角的差值确定水平旋转器补偿转动方向；基于第二差值即目标卫星俯仰角与天线俯仰角的差值确定俯仰旋转器补偿转动方向；S3、基于第一差值绝对值确定水平旋转器转动步长，基于第二差值绝对值确定俯仰旋转器转动步长，根据确定步长和方向驱动水平旋转器和俯仰旋转器转动；S4、重复步骤S1

【技术实现步骤摘要】
业余卫星地面站天线姿态补偿方法、补偿装置及跟踪系统


[0001]本专利技术属于卫星通讯技术，涉及业余卫星通讯地面站控制技术，具体地说，涉及一种业余卫星地面站天线姿态补偿方法、补偿装置及跟踪系统。

技术介绍

[0002]现有的卫星地面站跟踪系统对卫星的跟踪方式主要有以下三种：(1)手动跟踪，手动跟踪是指根据收到的信号大小用人工方式操纵地面站跟踪系统，使得接收到的信号最强，或者根据预知的目标位置数据(如卫星轨道位置)随时间变化的规律人工调整天线指向。(2)自动跟踪，自动跟踪是指根据地面站收到的卫星发射的信标信号来驱动地面站跟踪系统，使天线自动对准卫星。(3)程序跟踪，程序跟踪是指利用计算机处理卫星星历数据和地面站天线地理坐标及姿态数据信息，从而计算、预测卫星的轨道信息，实时计算卫星角度和天线角度的差值，并根据二者的差值驱动地面站跟踪系统带动天线消除误差角度，使天线实时对准卫星。
[0003]就业余卫星而言，业余无线电爱好者们搭建的卫星地面站跟踪系统大多由两部分组成：卫星位置计算部分和天线伺服控制部分。卫星位置计算部分的作用是预报卫星轨道，实时计算卫星的方位角、俯仰角。该卫星位置计算部分通过程序实现，即在PC上通过一些卫星位置计算模型(如SGP4模型)计算卫星位置及其对应的方位角、俯仰角。该卫星位置计算部分也可以直接通过专门的业余卫星追踪软件来实现，常见的卫星追踪软件有SatSat、Orbitron、PreviSat、Gpredict、追星3.3等。这些卫星追踪软件基于卫星星历获取卫星的数据，其作用是预报卫星轨道，实时计算卫星的方位角、俯仰角、速度等相关信息。天线伺服控制部分的作用是基于卫星位置计算部分得到的卫星角度信息驱动天线转动相应的角度，使得天线实时跟踪和对准卫星。该天线伺服控制部分可以依赖一些天线旋转器控制软件来实现，常见的控制软件如PstRotator等。
[0004]上述这种卫星地面站跟踪系统的主要运行思路就是先通过卫星位置计算部分实时获取卫星的方位角和俯仰角，并将计算的角度信息实时发送给天线伺服控制部分，天线伺服控制部分驱动天线转动相应的角度以实时指向卫星。其主要存在以下问题：
[0005](1)系统难以应用于移动平台，无法对追踪卫星过程中系统姿态的变化进行实时补偿。在追踪卫星的过程中，若系统的姿态发生变化导致天线对卫星的指向产生一定的偏差，系统无法对偏差的角度进行实时补偿，从而难以实现实时对准卫星以完成通联实验。
[0006](2)系统的运行需要依赖PC或者一些卫星追踪软件，不能够脱离PC独立运行。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术存在的无法对追踪卫星过程中系统姿态的变化进行实时补偿等上述问题，提供了一种业余卫星地面站天线姿态补偿方法、补偿装置及跟踪系统。在追踪卫星过程中，当跟踪系统姿态发生变化导致天线对卫星的指向产生偏差时，对偏差的角度进行实时补偿，实现实时对准卫星以完成通联实验。本专利技术第一方面，提供了一种业余卫
星地面站天线姿态补偿方法，其步骤为：
[0008]S1、获取目标卫星方位角、目标卫星俯仰角、天线偏航角及天线俯仰角；
[0009]S2、以目标卫星方位角与天线偏航角的差值为第一差值，以目标卫星俯仰角与天线俯仰角的差值为第二差值，基于第一差值确定水平旋转器补偿转动的方向；基于第二差值确定俯仰旋转器补偿转动的方向；
[0010]S3、基于第一差值的绝对值确定水平旋转器需要转动的步长，基于第二差值的绝对值确定俯仰旋转器需要转动的步长，根据确定的步长和方向驱动水平旋转器和俯仰旋转器转动；
[0011]S4、重复步骤S1
‑
S3，直至第一差值和第二差值的绝对值≤0.5度，完成姿态补偿。
[0012]在一些实施例中，在步骤S2中，若第一差值大于0，则水平旋转器补偿转动方向为正向，所述正向为角度变大的方向；若第一差值小于0，则水平旋转器补偿转动方向为反向，所述反向为角度变小的方向；若第二差值大于0，则俯仰旋转器补偿转动方向为正向；若第二差值小于0，则俯仰旋转器补偿转动方向为反向。
[0013]本专利技术第二方面，提供了一种业余卫星地面站天线姿态补偿装置，包括：GPS模块，用于获取地面站坐标和当前时间；IMU惯导模块，用于实时获取天线偏航角及天线俯仰角；控制器，内设：
[0014]数据获取模块，用于获取目标卫星星历数据；
[0015]角度计算模块，用于根据目标卫星星历数据、地面站坐标和当前时间计算目标卫星方位角和目标卫星俯仰角；
[0016]方向确定模块，以目标卫星方位角与天线偏航角的差值为第一差值，以目标卫星俯仰角与天线俯仰角的差值为第二差值，基于第一差值确定水平旋转器补偿转动的方向，第二差值确定俯仰旋转器补偿转动的方向；
[0017]步长确定模块，基于第一差值的绝对值确定水平旋转器需要转动的步长，基于第二差值的绝对值确定俯仰旋转器需要转动的步长；
[0018]控制模块，被设置为：根据确定的步长和方向驱动水平旋转器和俯仰旋转器转动，直至第一差值和第二差值的绝对值≤0.5度。
[0019]本专利技术第三方面，提供了一种卫星地面站跟踪系统，包括：基座；水平旋转器，安装在基座上；俯仰旋转器，安装于水平旋转器上；天线，安装于俯仰旋转器上；GPS模块，安装于基座上，正面朝上，用于获取地面站坐标和当前时间；IMU惯导模块，安装于所述天线上，位于所述天线与所述俯仰旋转器连接处上方，用于实时获取天线偏航角及天线俯仰角；控制器，设有：
[0020]数据获取模块，用于获取目标卫星星历数据；
[0021]角度计算模块，用于根据地面站坐标、当前时间和目标卫星星历数据计算目标卫星方位角和目标卫星俯仰角；
[0022]方向确定模块，以目标卫星方位角与天线偏航角的差值为第一差值，以目标卫星俯仰角与天线俯仰角的差值为第二差值，基于第一差值确定水平旋转器补偿转动的方向；基于第二差值确定俯仰旋转器补偿转动的方向；
[0023]步长确定模块，基于第一差值的绝对值确定水平旋转器需要转动的步长，基于第二差值的绝对值确定俯仰旋转器需要转动的步长；
[0024]控制模块，所述控制模块被设置为：驱动水平旋转器转动目标卫星方位角对应角度，驱动俯仰旋转器转动目标卫星俯仰角对应角度；驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动确定步长，以及驱动俯仰旋转器在俯仰旋转器原转动角度的基础上转动确定步长，以对天线姿态进行补偿。
[0025]在一些实施例中，所述控制模块还被设置为：在目标卫星过境的方位角包含0
°
但不包含180
°
时，采用方式一得到水平旋转器的转动角度；在目标卫星过境的方位角包含180
°
但不包含0
°
时，采用方式二得到水平旋转器的转动角度；在目标卫星过境的方位角不包含0
°
和180
°
时，采用方式一或方式二得到水平旋转器的转动角度；所述控制器根据得到的转动角度驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种业余卫星地面站天线姿态补偿方法，其特征在于，其步骤为：S1、获取目标卫星方位角、目标卫星俯仰角、天线偏航角及天线俯仰角；S2、以目标卫星方位角与天线偏航角的差值为第一差值，以目标卫星俯仰角与天线俯仰角的差值为第二差值，基于第一差值确定水平旋转器补偿转动的方向；基于第二差值确定俯仰旋转器补偿转动的方向；S3、基于第一差值的绝对值确定水平旋转器需要转动的步长，基于第二差值的绝对值确定俯仰旋转器需要转动的步长，根据确定的步长和方向驱动水平旋转器和俯仰旋转器转动；S4、重复步骤S1
‑
S3，直至第一差值和第二差值的绝对值≤0.5度，完成姿态补偿。2.如权利要求1所述的业余卫星地面站天线姿态补偿方法，其特征在于，在步骤S2中，若第一差值大于0，则水平旋转器补偿转动方向为正向，所述正向为角度变大的方向；若第一差值小于0，则水平旋转器补偿转动方向为反向，所述反向为角度变小的方向；若第二差值大于0，则俯仰旋转器补偿转动方向为正向；若第二差值小于0，则俯仰旋转器补偿转动方向为反向。3.如权利要求1所述的业余卫星地面站天线姿态补偿方法，其特征在于，在步骤S3中，预设幅度K
p
，预设m,m≥8个偏差阈值，预设n,n＝m+1个步长，第一偏差阈值E1>第二偏差阈值E2>...>第m
‑
1偏差阈值E
m
‑1>第m偏差阈值E
m
>0.5度，第一步长step1>第二步长step2>...>第n
‑
1步长step
n
‑1>第n步长step
n
；若第一差值的绝对值>E1，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step1；若第一差值的绝对值>E2且≤E1，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step2；...若第一差值的绝对值>E
m
且≤E
m
‑1，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step
n
‑1；若第一差值的绝对值≤E
m
，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step
n
；若第二差值的绝对值>E1，驱动俯仰旋转器在俯仰旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step1；若第二差值的绝对值>E2且≤E1，驱动俯仰旋转器在俯仰旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step2；...若第二差值的绝对值>E
m
且≤E
m
‑1，驱动俯仰旋转器在俯仰旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step
n
‑1；若第二差值的绝对值≤E
m
，驱动俯仰旋转器在俯仰旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step
n
。4.一种业余卫星地面站天线姿态补偿装置，其特征在于，包括：GPS模块，用于获取地面站坐标和当前时间；IMU惯导模块，用于实时获取天线偏航角及天线俯仰角；
控制器，内设：数据获取模块，用于获取目标卫星星历数据；角度计算模块，用于根据地面站坐标、当前时间和目标卫星星历数据计算目标卫星方位角和目标卫星俯仰角；方向确定模块，以目标卫星方位角与天线偏航角的差值为第一差值，以目标卫星俯仰角与天线俯仰角的差值为第二差值，基于第一差值确定水平旋转器补偿转动的方向；基于第二差值确定俯仰旋转器补偿转动的方向；步长确定模块，基于第一差值的绝对值确定水平旋转器需要转动的步长，基于第二差值的绝对值确定俯仰旋转器需要转动的步长；控制模块，被设置为：根据确定的步长和方向驱动水平旋转器和俯仰旋转器转动，直至第一差值和第二差值的绝对值≤0.5度。5.如权利要求4所述的业余卫星地面站天线姿态补偿装置，其特征在于，所述控制器被设置为：在根据确定的步长和方向驱动水平旋转器和俯仰旋转器转动时，若第一差值的绝对值>E1，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step1；若第一差值的绝对值>E2且≤E1，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step2；...若第一差值的绝对值>E
m
且≤E
m
‑1，驱动水平旋转器在水平旋转器原转动角度的基础上转动K
p
*step
n
‑1；若第一差值的绝对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立强，张焕星，刘云中，朱兴保，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：