摘 要： 論述一種新型便攜衛(wèi)星通信地面站，對(duì)靜中通系統(tǒng)的組成、主要功能、基本原理進(jìn)行詳細(xì)地描述和介紹，針對(duì)環(huán)境干擾問(wèn)題，著重設(shè)計(jì)了一種新型的衛(wèi)星跟蹤模式，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方法能夠解決環(huán)境干擾帶來(lái)的問(wèn)題，在地面各種環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤，提高了設(shè)備的環(huán)境適用性。

關(guān)鍵詞： 衛(wèi)星通信； 便攜站； 跟蹤技術(shù)； 校準(zhǔn)法

中圖分類號(hào)： TN927?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）09?0070?03

Abstract： A new portable earth station for satellite communication is discussed. The component， the main function and basic principle in statics aiming satellite system are described in detail. A new type of satellite tracking mode is focused on the design considering the environmental interference problem. The experiment result shows that the problem caused by environmental interference is solved by proposed method， and satellite tracking is achieved in various environments on the ground， the environmental applicability of the equipment is improved.

Keywords： satellite communication； portable station； tracking technology； calibration method

便攜衛(wèi)星地面站作為衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分，在應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)中的作用逐漸擴(kuò)大，該設(shè)備安裝簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活，不受地理?xiàng)l件的限制，隨時(shí)隨地能夠快速展開(kāi)使用，建立穩(wěn)定可靠的應(yīng)急通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、音視頻和廣域網(wǎng)接入功能的多媒體通信業(yè)務(wù)。同時(shí)該設(shè)備重量輕、體積小、便于攜帶，能夠提供快速的通信覆蓋，提高對(duì)突發(fā)應(yīng)急事件的指揮處理能力。

1 組成及工作原理

便攜衛(wèi)星地面站由天饋?zhàn)酉到y(tǒng)，射頻子系統(tǒng)和伺服子系統(tǒng)組成，其組成如圖1所示。

天饋?zhàn)酉到y(tǒng)主要由反射面、饋源喇叭、正交模耦合器、發(fā)阻濾波器、極化調(diào)整裝置、俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、功放旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等部分組成。信號(hào)接收過(guò)程如下：天線把衛(wèi)星來(lái)波信號(hào)聚焦到饋源波紋喇叭上，通過(guò)正交模耦合器，耦合到發(fā)阻濾波器，輸入LNB，供后端數(shù)據(jù)解調(diào)。而發(fā)射過(guò)程是：由正交模耦合器發(fā)射端輸入的信號(hào)，從正交模耦合器耦合進(jìn)入圓波導(dǎo)，由波紋喇叭輻射出去。正交模耦合器的收端和發(fā)端的隔離是由極化隔離和發(fā)阻濾波器的隔離共同完成。

射頻子系統(tǒng)由接收和發(fā)射兩路組成，其中接收支路由LNB下變頻低噪放、功分器及信標(biāo)接收機(jī)組成；發(fā)射支路由BUC（功放）組成。當(dāng)天線指向目標(biāo)衛(wèi)星時(shí)，天饋將衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的射頻載波傳輸給LNB，LNB將其處理為中頻信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)功分器后分為兩路信號(hào)，一路信號(hào)調(diào)制處理后給基帶終端，通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶，另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)信標(biāo)接收機(jī)，信標(biāo)機(jī)根據(jù)接收到能量的大小將其轉(zhuǎn)換為AGC電平送給伺服控制器。發(fā)射支路將通信設(shè)備處理的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)為射頻載波發(fā)送到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。

伺服子系統(tǒng)由伺服控制器（MCU）、執(zhí)行電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)、電子羅盤、傾角儀及定位設(shè)備組成。伺服控制器根據(jù)GPS或北斗定位的經(jīng)度、緯度和高度信息，電子羅盤和傾角儀的航向角度信息，結(jié)合目標(biāo)衛(wèi)星的在軌經(jīng)度，計(jì)算出理論方位角、俯仰角和極化角，控制器根據(jù)理論角驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的角度，完成天線的初對(duì)準(zhǔn)，隨后進(jìn)行步進(jìn)跟蹤，當(dāng)信標(biāo)接收機(jī)提供的AGC電平被伺服捕獲后，伺服根據(jù)跟蹤算法，驅(qū)動(dòng)天線向信號(hào)能量最大值位置移動(dòng)，最終將天線指向衛(wèi)星位置，完成衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤。

2 跟蹤算法研究

目前市面上的便攜站由于成本和使用環(huán)境的問(wèn)題，需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是電子羅盤的干擾問(wèn)題，二是磁偏角的糾正問(wèn)題。對(duì)于便攜式設(shè)備，由于體積小、集成度高，因此，電子羅盤就需要集成在設(shè)備箱體里，然而復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)磁阻電子羅盤的干擾異常復(fù)雜，需將設(shè)備內(nèi)器件對(duì)電子羅盤的電磁干擾進(jìn)行糾正，設(shè)備中采用校準(zhǔn)法對(duì)磁場(chǎng)變化而引起的誤差進(jìn)行修正，使電子羅盤在設(shè)備中處于0誤差狀態(tài)。由于采用磁阻電子羅盤，其方位角傳感器的采集值是以磁北為標(biāo)準(zhǔn)，因此采集值和理論值之間存在一個(gè)差值，即磁偏角。計(jì)算出的對(duì)星參數(shù)理論值需要根據(jù)磁偏角進(jìn)行修正。根據(jù)IGRF2005地磁場(chǎng)模型，利用NOAA的NGDC提供的磁偏角計(jì)算程序，用磁偏角對(duì)方位角進(jìn)行修正。此時(shí)，方位角的修正問(wèn)題已解決，但是當(dāng)使用環(huán)境附近具有強(qiáng)磁場(chǎng)或有較強(qiáng)的電磁干擾，這時(shí)電子羅盤自身無(wú)法進(jìn)行環(huán)境的修正，就無(wú)法提供準(zhǔn)確的方位角信息，天線就無(wú)法進(jìn)行正確的指向，也無(wú)法建立起正常的通信，對(duì)于攜行通信設(shè)備來(lái)講帶來(lái)了不便性，因此需要研究一種新的跟蹤算法，解決外部干擾對(duì)電子羅盤帶來(lái)的影響，確保設(shè)備的正常使用。

3 軟件算法

設(shè)備使用時(shí)，先將設(shè)備根據(jù)機(jī)械式指南針?lè)胖糜诿嫦蛘系姆较?，隨后開(kāi)啟一鍵通按鈕，MCU根據(jù)設(shè)定的閾值對(duì)電子羅盤的誤差值進(jìn)行預(yù)判：首先MCU根據(jù)電子羅盤提供的方位信息進(jìn)行判斷，將理論方位值與實(shí)際方位值進(jìn)行比較；如果之間的差值超過(guò)了設(shè)定的閾值，MCU會(huì)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將天線角度引導(dǎo)至理論角度；如果二者之間的差值沒(méi)有超過(guò)閾值，則MCU會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將天線按照電子羅盤提供的方位信息進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，隨后根據(jù)信標(biāo)機(jī)的值進(jìn)行步進(jìn)跟蹤。其軟件算法流程圖見(jiàn)圖2。

4 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)改進(jìn)后的跟蹤算法，在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)備如圖3所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文論述了一種新型便攜衛(wèi)星靜中通的系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新型跟蹤控制算法，采用新的控制算法后，環(huán)境適應(yīng)能力大大增強(qiáng)，使得系統(tǒng)的適應(yīng)性擴(kuò)大，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，新的跟蹤控制算法能使系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地對(duì)星，彌補(bǔ)了現(xiàn)有市面產(chǎn)品的缺陷，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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