ＶｅｒｔｅｘＲＳＩ地球站伺服系統(tǒng)

張克勝　張　寧　彭　艷

衛(wèi)星通信地球站組成

衛(wèi)星通信地球站主要由：天線、射頻設(shè)備、終端設(shè)備、天線跟蹤伺服設(shè)備、電源設(shè)備組成。

跟蹤伺服設(shè)備的作用

由于衛(wèi)星的漂移、大氣折射等原因，天線的指向常常偏離理論方向，而地球站天線波束一般較窄，因而真正在衛(wèi)星方向上的天線增益并不是天線增益的最大值，這相當(dāng)于信號受到了損耗。為了減小天線方向跟蹤誤差帶來的損耗，現(xiàn)在大型的衛(wèi)星通信地球站都配置了天線自動跟蹤伺服系統(tǒng)。

以6.2mKu波段天線為例：

1、拋物面天線波束的半功率點寬度近似為：

e1/2≈70λ/D(°)

D—天線面直徑(m)

λ=C/f=3*108/f

6.2m環(huán)焦天線波束的半功率點寬度近似為：

θ1/2=70*0.0214/6.2=0.242°

2、天線方向跟蹤誤差為：

L=地球站天線指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星時地球站接收到的信號功率，地球站天線指向偏離衛(wèi)星時地球站接收到的信號功率

≈e2.77(θ/θ1/2)2=2.71832.77(θ/e1/2)2

天線跟蹤精度為半功率點寬度1/10時：+0.02°時：

6.2m環(huán)焦天線L=e2.77(0.02/0.242)2=1.02

用分貝表示：[L]=10 1.02=0.086<0.1dB

天線跟蹤精度為半功率點寬度1/5時：±0.0484°時：

6.2m環(huán)焦天線L=e2.77(0.0483/0.242)2=1.12

用分貝表示：[L]=101.12=0.49dB

從天線方向跟蹤誤差損耗公式可以看出，天線指向誤差與之所產(chǎn)生的損耗是非線性關(guān)系，小的天線指向誤差可以產(chǎn)生很大的損耗。通過計算可得，當(dāng)天線指向偏差為1倍時，天線方向跟蹤誤差為5倍，所以，大型衛(wèi)星通信地球站可以通過配置天線自動跟蹤伺服系統(tǒng)，減小天線指向偏差，從而大大減小由于指向偏差帶來的損耗。

天線自跟蹤方式

1、跟蹤衛(wèi)星信標(biāo)

接收衛(wèi)星上的信標(biāo)信號，控制天線跟蹤衛(wèi)星?，F(xiàn)在絕大多數(shù)衛(wèi)星通信地球站都采用此種跟蹤方式。

2、跟蹤主站控制載波

以主站發(fā)送的出境控制載波作參照信號，控制天線跟蹤衛(wèi)星。公司介紹

VertexRSI公司是由Vertex和RSI公司于1999年合并后成立的，新公司停止了天線伺服設(shè)備的價格競爭，使VertexRSI公司的天線伺服系統(tǒng)的市場份額得到了進(jìn)一步的鞏固，目前情況是：世界范圍內(nèi)沒有任何其它廠家的同類產(chǎn)品能夠與VertexRSI公司的7200和100相匹敵。由于沒有了競爭，2000年后新公司的天線伺服產(chǎn)品的價格開始提升，到現(xiàn)在漲價幅度已達(dá)30％。

系統(tǒng)組成

VertexRSI天線跟蹤伺服系統(tǒng)由天線控制器ACU、跟蹤接收機、室外驅(qū)動單元PDU及配件組成。其組成如圖所示。

1、跟蹤下變頻及接收機

Ve rtexRSI的L-BAND信標(biāo)接收機主要有兩種：

(1)MODEL2531U

(2)MODEL250內(nèi)置式

接收任何一種來自LNA的12GHz的衛(wèi)星信標(biāo)信號，使其變?yōu)榕c信標(biāo)信號強度成正比的直流信號，送給天線控制器，用于步進(jìn)跟蹤。

輸入信標(biāo)頻率范圍12.0到12.75GHz，內(nèi)部綜合器，頻率調(diào)整步距12.5KHz

模擬輸出0-10V直流電壓

自動相位鎖定環(huán)路(PLL)捕捉時間小于1秒。

本機面板操作及電平及狀態(tài)顯示。并可通過(OCU)與監(jiān)控計算機通訊，由監(jiān)控臺遙控。

射頻輸入電纜“N”型頭。

體積：3.5″×19″×22″(H×w×D)

供電：單相220VAC，350VA

2、天線控制單元(ACU)

Ve rtexRSI公司的天線控制器國內(nèi)主要有兩種型號：

(1)MODEL100

(2)MODEL 7200

(ACU)的主機為80386，完成整個控制系統(tǒng)的所有工作方式的計算、控制、監(jiān)測及操作，面板由鍵盤及9″顯示屏組成，進(jìn)行人機對話。

執(zhí)行步進(jìn)跟蹤及記憶跟蹤的計算

發(fā)出自動跟蹤及手動跟蹤的控制命令

顯示工作方式、狀態(tài)、參數(shù)及故障

顯示跟蹤下變頻接收機輸出信號強度及故障

顯示AZ、EL軸的指令角及現(xiàn)行實際轉(zhuǎn)角，顯示分辨率為0.001°

通過RS-232/422借口與監(jiān)控計算機通訊，由監(jiān)控臺遙控(ACU)工作。

體積：8.75″×19″×24″

電源：單相220VAC，350VA

3、功率驅(qū)動單元(PDU)

(PDU)是室外單元，驅(qū)動Az及EL的三相交流電機。

(ACu)發(fā)出的控制命令送給(PDU)，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

(MRU)發(fā)出的控制命令送給(PDU)，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

(PMU)發(fā)出的控制命令送給(PDU)，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

(PTU)測得軸角位置讀數(shù)，送給(PDU)，用于位置閉環(huán)，并由它轉(zhuǎn)送給(ACU)作為軸角數(shù)字顯示。

監(jiān)測天線座上的故障狀態(tài)，包括：應(yīng)急停止開關(guān)，限位開關(guān)及過熱繼電器

(PDU)內(nèi)部有聯(lián)鎖保護(hù)措施。

(PDU)采用無觸點控制電路，保證無火花工作。

體積：31″x31″×10″，壁掛式，滿足室外工作條件要求。

電源：三相，380V，功率5KW(兩個電機)。

4、手動速率單元(MRU)及便攜式維修單元(PMU)

此兩單元與微機獨立，當(dāng)OCU出現(xiàn)故障或需維護(hù)時，利用(MRU)或(PMU)控制天線轉(zhuǎn)動。

(MRU)體積：1.75″×19″×8″有狀態(tài)顯示

(PMU)體積：10″×3.5″×2.5″手握式，有狀態(tài)及軸角，接收信號電平顯示。

5、位置傳感器單元(PTU)

AZ及EL各有一個位置傳感器單元(PTU)，它直接與天線的轉(zhuǎn)軸耦合，為了提高顯示精度，敏感元件轉(zhuǎn)角與天線轉(zhuǎn)角之間采用機械8：1升速比。

6、主要接口關(guān)系列表

主要接口關(guān)系見表1。

7、主要控制方式

(1)跟蹤方式

步進(jìn)跟蹤

軌道預(yù)測跟蹤

程序跟蹤

予置位置跟蹤

人工跟蹤

(2)動控制轉(zhuǎn)動天線

(3)ACU發(fā)生故障、維護(hù)時

用(MRU)或(PMU)控制天線轉(zhuǎn)動，并有信號電平及轉(zhuǎn)角顯示。

用手搖把轉(zhuǎn)動天線(與伺服系統(tǒng)聯(lián)鎖)并有角度指標(biāo)。

對天線極化面調(diào)整控制，并顯示角度。