[发明专利]基于数字波束跟踪的动中通天线系统及跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种基于数字波束跟踪的动中通天线系统及跟踪方法。

背景技术

动中通卫星通信系统(简称"动中通")是指将卫星天线安装在移动载体平台上(如汽车、火车、飞机、轮船等)，卫星天线能够与静止卫星(即同步轨道卫星)建立稳定的通信链路，并能够在载体快速运动的过程中保持通信链路的稳定与畅通，以实现实时通信的系统。由于静止卫星距地面的距离很远(约36000公里)，链路损失大，因此要实现移动载体平台与静止卫星间的宽带通信，就必须采用高增益的定向天线。同时高增益的天线的波束很窄，必须使天线波束始终以一定的精度对准卫星才能保证通信链路的稳定性。

动中通卫星天线跟踪原理是根据接收到的卫星信号检测出天线波束指向与卫星方向之间的角度误差，跟踪伺服主控器根据误差调整天线指向，从而达到跟踪卫星的目的。为了提高天线增益，动中通天线通常由两个天线单元或者更多天线单元组成。其中两个天线单元组成的动中通天线体积小，重量轻，但是天线增益较四天线单元要低。四天线单元组成的动中通天线增益要高，但是同时体积和重量要大。

综上所述，动中通天线系统的关键是如何在移动载体平台运动状态下，使天线波束始终对准通信卫星，核心技术是天线波束的稳定和跟踪技术。其中，天线波束的稳定基于系统时钟、晶振或微机械(MEMS)技术的稳定性，元件一般存在温度变化、线性加速度和其它等因素变化时使它们的偏置和比例系数产生误差。因此，一个系统稳定跟踪的技术关键是如何用跟踪信息以校正天线指向的误差。

动中通跟踪方式的基本原理是根据接收到的卫星信号检测出天线波束指向与卫星方向间的误差角，控制器利用该误差控制天线，使天线向误差信号减小的方向运动。显然，这是一种闭环跟踪卫星方式。目前用于卫星通信常用的跟踪方式有步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪等方式。其中，圆锥扫描跟踪和步进跟踪都是建立在一个天线波束的基础上，利用单波束在卫星方向的周围扫描，利用幅度的边缘界定方向。实现结构简单、造价低，但同时跟踪精度低，并且由于圆锥波束扫描跟踪偏离卫星方向而使系统增益下降，而且对于非圆锥波束存在不对称的问题。步进跟踪方式天线波束不能停留在对准卫星的方向上，而是在该方向的周围不断摆动，由于天线是在俯仰面和方位面上重复交替转动以实现天线波束逐步对准卫星，跟踪收敛速度较慢；另外，步进跟踪是以接收信号电平为依据判断天线是否对准卫星，当接收信号电平变化幅度较大时，天线跟踪将存在较大偏差。而单脉冲自跟踪能够实现高精度跟踪而且跟踪速度很快，但系统设备复杂，超过了系统对体积、重量和成本限制的要求。

当通信卫星没有信标，且采用突发式的通信方式。此时采用传统的几种方式进行跟踪都因为没有连续的接收信号功率用于角度误差的校正，效果都会明显下降。

发明内容

本发明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、设计合理、实现及使用操作方便、跟踪速度快、跟踪精度高、适用范围广的基于数字波束跟踪的动中通天线系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于数字波束跟踪的动中通天线系统，其特征在于：包括数字波束跟踪接收机、卫星接收机和与数字波束跟踪接收机相接的跟踪控制主控器，所述数字波束跟踪接收机的输入端接有两路信号接收处理电路，每路所述信号接收处理电路均包括依次连接的天线、双工器、低噪声放大器、下变频器、滤波器和A/D转换器，所述天线安装在天线底座上，所述卫星接收机的输入端接有射频接收模块，所述卫星接收机的输出端接有射频发射模块，所述双工器与射频发射模块的输出端连接，所述射频接收模块与低噪声放大器的输出端连接；所述跟踪控制主控器的输入端接有导航模块和惯性测量模块，所述跟踪控制主控器的输出端接有用于带动天线跟踪卫星的俯仰伺服电机和方位伺服电机。