[发明专利]使用极化控制的卫星跟踪的星载天线系统

说明书

技术领域

概括地说，本发明涉及星载天线系统，具体地说，本发明涉及用于卫星通信的相控阵天线系统。

背景技术

民用或军用飞行器和地面之间的通信通常经由卫星信道。通常所称的SATCOM通信系统实现地球同步卫星星群，并提供世界范围的覆盖。不同于固定地指向地球同步卫星的地面天线，安装在飞行器上的天线必须在飞行期间追踪卫星，并且确保持续将其波束瞄准用于通信的转发器。现有技术中考虑了一些类型的星载天线系统来实现这一追踪。具体地从文献US-B-6483458中了解到的是使用动力天线，其能够在方向角和仰角上定向，实现圆锥扫描，也称为“顺序波瓣”，以便持续地将天线的口面瞄准转发器。具体地从文献US-B-6650291和WO-A-92/21162了解到的是使用相控阵天线进行电子瞄准。传统方式是通常通过向阵列的每个基元天线发送的或者接收的信号施加给定的相位偏移来使波束定向到期望方向。这种天线的第一个优势在于，其允许极迅速的波束瞄准，而不存在机械惯性。这种天线的第二个优势在于，能够将其视为共形天线，即，厚度很小并且适合机身的曲率的平面天线。

大多数卫星根据两个正交极化发射并接收信号，在一些情况下，是以严格一致的频率。从而，只有极化能够分开不同转发器的通信信道。例如，第一转发器根据垂直极化发射/接收，即使用垂直于地表的电场；并且，第二邻近转发器根据水平极化发射/接收，即使用平行于地表的电场，其能够发送第二信号。在特定的情况下，地球同步卫星根据右圆极化或者左圆极化发射和接收信号。

正如必须确保波束动态地瞄准卫星一样，在飞行期间，保持发射信号的极化或者根据其接收信号的极化是必要的。实际上，在飞行期间，该极化可取决于飞行器的位置以及倾斜角和航向角。具体地说，对于具有较大覆盖区域的卫星，在飞行器的运动期间，极化的方向会在该区域内变化。

在申请WO-A-92/21162中描述的星载天线系统能够控制波束的极化。为了做到这一点，其使用相控阵列，包括具有垂直和水平极化的基元天线。闭环控制控制两个基元天线之间的相位偏移，从而，保持信号的极化不变。

上述天线系统在连接了闭环控制时运行正常。然而，在卫星搜索阶段，即，在初始瞄准期间或者在切换期间，则很难直接获得具有正确极化的发射或接收波束。由于邻近卫星的转发器或者甚至是相同卫星的多个转发器可使用具有不同极化的一致接收频率，所以在卫星瞄准阶段发射波束的不正确极化会导致所述转发器处的串扰。同样，在转发器瞄准卫星期间，接收波束的不正确极化会导致在飞行器上的接收机处的串扰。

因此，本发明的第一个目的在于：在搜索阶段或者切换期间，能够以良好的初始极化快速和准确地瞄准发射/接收波束。

此外，随着空中交通的增长，转发器的占用率明显增加。在给定的时刻，特定卫星的特定转发器可能已饱和，而其它的转发器仅仅是略微占用。因此，本发明的另一个目的在于：提供一种能够在飞行期间进行自适应动态转发器分配的星载天线系统。

发明内容

本发明涉及一种设计用于在飞行器中安装的天线系统，包括：由多个极化控制基元天线构成的相控阵天线，相控阵天线连接到至少一个波束形成器，该系统包括：

-计算器，其用于从飞行器的位置和姿态信息、通信卫星的坐标以及所述卫星的转发器的极化特性中计算相位偏移值和衰减系数(α_V，α_H)；

-极化控制模块，其使用所述相位偏移值和所述衰减系数来控制所述基元天线的极化。

有利的是，所述系统包括RF调制/解调级，以便对基带或者中频天线信号进行调制或者解调，该解调信号由所述计算器控制的VCO提供。

波束形成器用于使用由计算器提供的多个相位偏移(ψ_k^r/a_k^r，ψ_k^e/a_k^e)形成发射和接收波束，所述相位偏移很方便地由计算器从飞行器的位置和姿态信息以及目标卫星的坐标中获得。

发射或接收波束形成器更适宜对要在基带中发射的信号或者在基带中接收的信号进行操作，并且使用复数乘法获得相位偏移。

根据一个实施例，该系统包括数据库，其包括可用地球同步卫星的列表，其中有它们相应的坐标、所述卫星的不同转发器的极化特性以及发射/接收频率。

该数据库根据地面上的中央数据库动态更新，并且包括要用于发射和/或接收的转发器的实时分配。