一种新型便携卫星通信地面站跟踪技术研究

阎凯，谢钊，郇一恒，赵丽强

（航天恒星科技有限公司，北京100086）

一种新型便携卫星通信地面站跟踪技术研究

阎凯，谢钊，郇一恒，赵丽强

（航天恒星科技有限公司，北京100086）

论述一种新型便携卫星通信地面站，对静中通系统的组成、主要功能、基本原理进行详细地描述和介绍，针对环境干扰问题，着重设计了一种新型的卫星跟踪模式，通过试验验证，该方法能够解决环境干扰带来的问题，在地面各种环境中实现对卫星的跟踪，提高了设备的环境适用性。

卫星通信；便携站；跟踪技术；校准法

便携卫星地面站作为卫星移动通信系统的重要组成部分，在应急通信指挥系统中的作用逐渐扩大，该设备安装简单、机动灵活，不受地理条件的限制，随时随地能够快速展开使用，建立稳定可靠的应急通信系统，实现话音、数据、音视频和广域网接入功能的多媒体通信业务。同时该设备重量轻、体积小、便于携带，能够提供快速的通信覆盖，提高对突发应急事件的指挥处理能力。

1 组成及工作原理

便携卫星地面站由天馈子系统，射频子系统和伺服子系统组成，其组成如图1所示。

天馈子系统主要由反射面、馈源喇叭、正交模耦合器、发阻滤波器、极化调整装置、俯仰旋转关节、功放旋转关节等部分组成。信号接收过程如下：天线把卫星来波信号聚焦到馈源波纹喇叭上，通过正交模耦合器，耦合到发阻滤波器，输入LNB，供后端数据解调。而发射过程是：由正交模耦合器发射端输入的信号，从正交模耦合器耦合进入圆波导，由波纹喇叭辐射出去。正交模耦合器的收端和发端的隔离是由极化隔离和发阻滤波器的隔离共同完成。

图1 地面卫星便携站组成图

射频子系统由接收和发射两路组成，其中接收支路由LNB下变频低噪放、功分器及信标接收机组成；发射支路由BUC（功放）组成。当天线指向目标卫星时，天馈将卫星转发的射频载波传输给LNB，LNB将其处理为中频信号，然后经过功分器后分为两路信号，一路信号调制处理后给基带终端，通过地面网络传输给用户，另一路信号经过信标接收机，信标机根据接收到能量的大小将其转换为AGC电平送给伺服控制器。发射支路将通信设备处理的基带信号转为射频载波发送到卫星转发器。

伺服子系统由伺服控制器（MCU）、执行电机、限位开关、电子罗盘、倾角仪及定位设备组成。伺服控制器根据GPS或北斗定位的经度、纬度和高度信息，电子罗盘和倾角仪的航向角度信息，结合目标卫星的在轨经度，计算出理论方位角、俯仰角和极化角，控制器根据理论角驱动电机带动天线运动到相应的角度，完成天线的初对准，随后进行步进跟踪，当信标接收机提供的AGC电平被伺服捕获后，伺服根据跟踪算法，驱动天线向信号能量最大值位置移动，最终将天线指向卫星位置，完成卫星信号的跟踪。

2 跟踪算法研究

目前市面上的便携站由于成本和使用环境的问题，需要解决两个问题：一是电子罗盘的干扰问题，二是磁偏角的纠正问题。对于便携式设备，由于体积小、集成度高，因此，电子罗盘就需要集成在设备箱体里，然而复杂的电磁环境对磁阻电子罗盘的干扰异常复杂，需将设备内器件对电子罗盘的电磁干扰进行纠正，设备中采用校准法对磁场变化而引起的误差进行修正，使电子罗盘在设备中处于0误差状态。由于采用磁阻电子罗盘，其方位角传感器的采集值是以磁北为标准，因此采集值和理论值之间存在一个差值，即磁偏角。计算出的对星参数理论值需要根据磁偏角进行修正。根据IGRF2005地磁场模型，利用NOAA的NGDC提供的磁偏角计算程序，用磁偏角对方位角进行修正。此时，方位角的修正问题已解决，但是当使用环境附近具有强磁场或有较强的电磁干扰，这时电子罗盘自身无法进行环境的修正，就无法提供准确的方位角信息，天线就无法进行正确的指向，也无法建立起正常的通信，对于携行通信设备来讲带来了不便性，因此需要研究一种新的跟踪算法，解决外部干扰对电子罗盘带来的影响，确保设备的正常使用。

3 软件算法

设备使用时，先将设备根据机械式指南针放置于面向正南的方向，随后开启一键通按钮，MCU根据设定的阈值对电子罗盘的误差值进行预判：首先MCU根据电子罗盘提供的方位信息进行判断，将理论方位值与实际方位值进行比较；如果之间的差值超过了设定的阈值，MCU会自动驱动电机将天线角度引导至理论角度；如果二者之间的差值没有超过阈值，则MCU会驱动电机将天线按照电子罗盘提供的方位信息进行运动，随后根据信标机的值进行步进跟踪。其软件算法流程图见图2。

图2 便携卫星地面站软件算法流程图

4 试验结果

根据改进后的跟踪算法，在现有设备上进行了试验验证，设备如图3所示。

图3 卫星便携站设备图

根据对星时间进行数据统计，其试验数据见表1。

表1 跟踪算法改善前后试验数据

由表1可知，在使用新型跟踪算法后，设备的对星时间大大提高，并具有广泛的适用性，环境适应能力大大增强。

5 结语

本文论述了一种新型便携卫星静中通的系统架构，设计了一种新型跟踪控制算法，采用新的控制算法后，环境适应能力大大增强，使得系统的适应性扩大，通过试验对比，新的跟踪控制算法能使系统快速准确地对星，弥补了现有市面产品的缺陷，具有广泛的应用前景。

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Research of tracking technology on a new portable satellite communication earth station

YAN Kai，XIE Zhao，HUAN Yi⁃heng，ZHAO Li⁃qiang
（Space Star Technology Co.，Ltd.，Beijing 100086，China）

A new portable earth station for satellite communication is discussed.The component，the main function and ba⁃sic principle in statics aiming satellite system are described in detail.A new type of satellite tracking mode is focused on the de⁃sign 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 environ⁃mental applicability of the equipment is improved.

satellite communication；portable station；tracking technology；calibration method

TN927⁃34

A

1004⁃373X（2015）09⁃0070⁃03

阎凯（1984—），男，河南郑州人，工程师，硕士研究生。主要从事天线伺服系统的设计及研究。

2014⁃11⁃06