动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法，其系统包括：对移动载体姿态与位置进行实时测量的状态信息检测单元、据所测量信息计算出移动载体静态及动态极化角的主控制器、对双极化平板天线收发信号进行极化调整的电子变极化单元和对电子变极化单元进行控制的辅控制器；其变极化方法如下：移动载体状态信息实时检测与同步传送，静态及动态极化角计算，确定电子变极化单元工作参数的实时调整量，对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配。本发明专利技术系统结构简单、体积小且极化控制方法简单、可实现快速极化调整，能满足低轮廓天线系统的设计要求，能有效适用于移动载体卫星通信中的极化对准，有效解决平板天线的变极化问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动卫星通信中的平板天线变极化
，尤其是涉及一种动中通 平板天线电子变极化系统及电子变极化方法。
技术介绍
动中通是“移动中的卫星通信系统”的简称，通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等 移动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动中通系统很好地实现 了各种车辆、轮船、飞机等移动载体在运动中通过地球同步卫星，实时不断地传递语音、数 据、图像、高清晰的动态视频图像等多媒体信息，是通信领域的一次重大的突破，在军民两 个领域都有极为广阔的发展前景。综上，动中通卫星通信系统是指移动载体(例如汽车、火 车、飞机、轮船等)在快速运行过程中实现与目标卫星(静止或定点卫星，即同步轨道卫星) 实时通信的系统。实际工作中，因为目标卫星距地面的距离很远(约4万公里)，要实现卫 星与地面载体间高码速率的多媒体通信，就必须采用高增益天线。由于这种天线的波束宽 度很窄，要保证载体在快速移动过程中能够正常且不间断地与卫星通信，则必须使其天线 波束始终准确地对准卫星。Ku频段卫星系统采用线极化方式，因而载体行进过程中，姿态和地理位置的持续 变化会导致波束的滚动问题，如果只在指向上对准卫星，接收卫星信号时会存在极化失配 问题，造成增益损失，严重极化失配时发射信号会给卫星的其它用户带来较强的极化干扰， 影响卫星正常工作。动中通卫星通信系统的天线一般分为反射面天线和平板天线两种。通 过一个反射面天线和一个电动变极化馈源就可以实现异频双极化和变极化功能，这一技术 已经成熟，但其在高度、机械特性等方面还不能满足大部分应用场合的要求。对于平板天线 构成的低轮廓动中通卫星通信系统，由于极化轴固定连接在天线孔径上，因而通过旋转天 线来调整极化显然起不到降低高度的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简 单、体积小、接线方便且使用操作简便、极化匹配效果好的动中通平板天线电子变极化系 统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种动中通平板天线电子变极 化系统，其特征在于包括对承载Ku频段双极化平板天线的移动载体的姿态与位置信息进 行实时检测的状态信息检测单元、根据状态信息检测单元所检测信息计算得出所述移动载 体在静态及动态条件下的极化角的主控制器、对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相 位与幅度进行调整以实现实时对Ku频段双极化平板天线进行极化匹配的电子变极化单元 和根据主控制器的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位或 者相位与幅度进行调整的调整量并根据所计算出来的调整量相应对电子变极化单元进行控制的辅控制器，所述状态信息检测单元与主控制器相接，主控制器与辅控制器相接，辅控 制器与电子变极化单元相接，且电子变极化单元分别与Ku频段双极化平板天线的水平极 化端口和垂直极化端口相接；所述电子变极化单元为双通道变极化系统或单通道变极化系 统，所述状态信息检测单元包括位置检测单元和姿态检测单元且所述位置检测单元和姿态 检测单元均与主控制器相接，所述电子变极化单元通过上变频器或下变频器与通讯设备相 接。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述Ku频段双极化平板天线包 括双极化接收天线和双极化发射天线，所述电子变极化单元包括与双极化接收天线的垂直 极化与水平极化端口相接的电子变极化单元一和与双极化发射天线的垂直极化与水平极 化端口相接的电子变极化单元二，所述电子变极化单元一和电子变极化单元二均与辅控制 器相接；所述电子变极化单元一和电子变极化单元二分别通过下变频器和上变频器与通讯 设备相接。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述辅控制器为单片机 MSP430。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述位置检测单元为GPS定位 系统，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述单片机MSP430与主控制器 之间通过SPI接口进行连接。同时，本专利技术还提供了一种步骤简单、控制简便、可实现快速极化调整且适用面广 的动中通平板天线电子变极化方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、移动载体状态信息实时检测与同步传送所述位置检测单元对所述移动 载体当前所处位置的经纬度进行实时检测并将检测结果同步传送至主控制器；同时，所述 姿态检测单元对所述移动载体的相关姿态参数进行实时检测并将检测结果同步传送至主 控制器；步骤二、静态及动态条件下的极化角计算首先，主控制器根据公式代计算得出所述移动载体在静态条件下的极化角θ S即静态极化角，式中 tanyΔ识为地面接收站所在地经度与星下点经度之差即步骤一所测得所述移动载体当前所处位 置的经度与Ku频段双极化平板天线所跟踪目标卫星的星下点经度之差，γ为地面接收站 所在地的纬度即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置的纬度；其次，主控制器根据公式 丄,sinacosj3cosAy +sinyffsinA,、 …Od = arctan(--η ■ ^ ■ ^ ο \ ^ ^ -^―计算得出 Ku 频smacospsinAzsinEz-sinpcosAzsiriEz+cosacospcosEz段双极化平板天线的天线极化面相对于地面接收站当地水平面的波束滚动角θ d，式中，,,sin a sin β cos E cos(^4 -φ) + cos a cos E sin(J -φ)- sin a cos β sin E.A, = arctgi----———---^---)，‘cos β cos E cos(^4 -φ) + sin β sin EEz = arcsin(sin α cosEsin(Α-Φ)-cos α cosEsinβ cos(Α-Φ)+cos α cos β sin E)，α、β和Φ分别为步骤一中所述姿态检测单元所测得所述移动载体的横滚角、纵摇角 和航向角；之后，主控制器根据公式θ = θ s+θ d计算得出所述移动载体在动态条件下的极 化角θ即动态极化角，且主控制器同步将计算出来的动态极化角θ传送至辅控制器；步骤三、电子变极化单元工作参数的实时调整量确定及同步调整辅控制器根据 动态极化角θ且经内部处理运算实时确定当前状态下为实现Ku频段双极化平板天线的极 化匹配，需对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位与幅度进行调整的调整量；再根据 计算得出的相位与幅度调整量，且经内部处理运算换算得出电子变极化单元工作参数的实 时调整量并相应对电子变极化单元的工作参数进行同步调整；所述电子变极化单元为双通 道变极化系统或单通道变极化系统；步骤四、对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配通过步骤三中工作 参数调整后的电子变极化单元对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位或者相位与幅 度进行相应调整，使得Ku频段双极化平板天线所收发信号的调整情况与所述移动载体的 当前位置和姿态改变情况相抵消，从而实现所述移动载体移动过程中Ku频段双极化平板 天线的准确及快速极化匹配。上述动中通平板天线电子变极化方法，其特征是步骤三中所述单通道变极化系 统包括单通道变极化接收系统和单通道变极化发射系统；其中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：包括对承载Ｋｕ频段双极化平板天线（５）的移动载体的姿态与位置信息进行实时检测的状态信息检测单元（１）、根据状态信息检测单元（１）所检测信息计算得出所述移动载体在静态及动态条件下的极化角的主控制器（２）、对Ｋｕ频段双极化平板天线（５）所收发信号的相位与幅度进行调整以实现实时对Ｋｕ频段双极化平板天线（５）进行极化匹配的电子变极化单元（４）和根据主控制器（２）的计算结果相应推算出需对Ｋｕ频段双极化平板天线（５）所收发信号的相位或者相位与幅度进行调整的调整量并根据所计算出来的调整量相应对电子变极化单元（４）进行控制的辅控制器（３），所述状态信息检测单元（１）与主控制器（２）相接，主控制器（２）与辅控制器（３）相接，辅控制器（３）与电子变极化单元（４）相接，且电子变极化单元（４）分别与Ｋｕ频段双极化平板天线（５）的水平极化端口和垂直极化端口相接；所述电子变极化单元（４）为双通道变极化系统或单通道变极化系统，所述状态信息检测单元（１）包括位置检测单元和姿态检测单元且所述位置检测单元和姿态检测单元均与主控制器（２）相接，所述电子变极化单元（４）通过上变频器（６）或下变频器（７）与通讯设备（８）相接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚敏立，贾维敏，沈晓卫，蔡国新，田海南，许华春，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二炮兵工程学院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]