衛(wèi)星通信的天線跟蹤與自校準(zhǔn)方法研究

黃偉

（中海油信息科技有限公司湛江分公司 廣東 湛江 524057）

引言

隨著現(xiàn)代信息和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息傳輸在科學(xué)工作中占據(jù)著越來越重要的位置，因?yàn)樾l(wèi)星通信在信息傳播中具有具有接受長距離信號、保證信號高質(zhì)量、不受地理環(huán)境影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際運(yùn)行中通過衛(wèi)星通信可以保證信號的完整及準(zhǔn)確性，在通信系統(tǒng)中，通行衛(wèi)星是通信系統(tǒng)的重要部分，它可以連接地面站，發(fā)射信號以便技術(shù)人員記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，雖然從表面上看，衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地球表面上的投影的位置是沒有變化的，但是運(yùn)行在地球周圍的衛(wèi)星并不能保證完全靜止，而是都有一定的自由運(yùn)動，如果在衛(wèi)星運(yùn)動中衛(wèi)星天線無法對準(zhǔn)通信衛(wèi)星，則會造成信號減弱甚至中斷的問題，因此在實(shí)際運(yùn)行中，為了保證信號波的穩(wěn)定性，就需要通信天線有可以自我調(diào)節(jié)的能力。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一般而言，衛(wèi)星通信都可以由三個(gè)部分來組成:第一個(gè)部分是由衛(wèi)星組成，這個(gè)部分的功能主要是為了進(jìn)行信號發(fā)送，是一個(gè)發(fā)送空間；第二個(gè)部分是由地面站組成的，這個(gè)部分的功能是為了實(shí)行一些衛(wèi)星系統(tǒng)的地面控制，第三個(gè)部分是由終端的設(shè)備組成，這部分的主要功能是當(dāng)衛(wèi)星信號發(fā)送到地面時(shí)，對信號進(jìn)行接收[1]。第二個(gè)部分，也就是地面站組成的部分，主要是為了實(shí)行一些系統(tǒng)的控制等等，這個(gè)部分是由主控站監(jiān)測站和注入站等組成的，這些地面站之間的信息的傳遞與交流，是整個(gè)地面控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通信的信息發(fā)送以及接收，一般來說是通過衛(wèi)星通信天線來實(shí)現(xiàn)的，衛(wèi)星天線的質(zhì)量在一定程度上影響著衛(wèi)星通信的質(zhì)量，因此，在實(shí)際操作時(shí)需要對衛(wèi)星天線有更高的要求，科學(xué)家在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要將衛(wèi)星天線精確對準(zhǔn)通信衛(wèi)星，確保通行衛(wèi)通天線發(fā)揮其最大作用[2]。

2 傳統(tǒng)衛(wèi)星通信的天線跟蹤與自校準(zhǔn)

目前空間站主要采用兩步式跟蹤方法，具體操作如下：

2.1 衛(wèi)星通信的天線跟蹤

首先要使衛(wèi)星天線處于正確的位置，降低衛(wèi)星天線電軸之間的偏差，因此操作人員需要在之前收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)計(jì)算工具算出衛(wèi)星的方位角和俯仰角，在確定完方位角和俯仰角之后，操作人員通過衛(wèi)星天線向通信衛(wèi)星發(fā)射信號波，并且改變驅(qū)動天線的位置，使其指向衛(wèi)星，然后驅(qū)動天線會在衛(wèi)星的方位和俯仰方向開始掃描信息，掃描時(shí)會通過功率測量儀器測量接收到的衛(wèi)星功率信號，當(dāng)驅(qū)動天線掃描到最大功率時(shí)，天線會記錄此時(shí)的方位和俯仰角[3]，掃描結(jié)束之后，該方位角和俯仰角會傳送到地面位置，經(jīng)過多次重復(fù)的實(shí)驗(yàn)以后，天線的電軸就可以完全準(zhǔn)確地指向衛(wèi)星了，此時(shí)工作人員根據(jù)受到的數(shù)據(jù)計(jì)算出正確的的方位角a和俯仰角B，工作人員再通過傳感器將天線的方位角調(diào)整到計(jì)算出的方位角度，天線校準(zhǔn)即可完成[4]。

2.2 衛(wèi)星通信的自校準(zhǔn)

第二步是進(jìn)行自校準(zhǔn)，當(dāng)工作人員按照計(jì)算組的方位角a和俯仰角B對天線進(jìn)行校準(zhǔn)之后，此時(shí)的天線位置已經(jīng)保持在最優(yōu)狀態(tài)了，操作人員可以通過衛(wèi)星天線發(fā)射信號到衛(wèi)星通信中，在發(fā)射的過程中，位于地面的各個(gè)站點(diǎn)會不斷收到信號功率，當(dāng)站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)接收到的信號功率正在降低時(shí)，地面站將會通過改變方位角和俯仰角進(jìn)行步進(jìn)跟蹤，讓天線電軸指向功率更大的方向，從而保證任務(wù)進(jìn)行中信號功率的穩(wěn)定性。但是這類跟蹤方法也并不一定是穩(wěn)定的，在實(shí)際操作過程中，因?yàn)樾盘柟β士赡軙霈F(xiàn)偶爾的功率問題，其會直接影響天線電軸的位置，當(dāng)天線電軸的位置偏離太大時(shí)，接收到的信號功率就會減少，從而造成信號接收不完全甚至丟失信號，那么此時(shí)步進(jìn)跟蹤也無法正常運(yùn)行，進(jìn)而可能造成設(shè)備跟蹤失敗、通信信號中斷、數(shù)據(jù)無法傳達(dá)到地面等問題，解決這類問題的最好辦法就是重新校準(zhǔn)天線位置，并對天線電軸進(jìn)行跟蹤，除此以外，當(dāng)天線長期處于運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，天線會逐漸出現(xiàn)機(jī)械形變，導(dǎo)致天線的指向位置偏差增大，這也需要工作人員定期進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)[5]。

3 結(jié)語

在信息傳播過程中，要保證信號穩(wěn)定，就需要通信衛(wèi)星具有自我調(diào)節(jié)和自校準(zhǔn)的能力，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，技術(shù)人員需要通過衛(wèi)星天線向通信衛(wèi)星發(fā)射信號，并改變驅(qū)動天線的位置，此時(shí)衛(wèi)星可以識別并記錄最大功率時(shí)的方位角和俯仰角，工作人員根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算出出正確的方位角度和俯仰江都，再將天線調(diào)整到計(jì)算出的范圍角度完成校準(zhǔn)，當(dāng)工作人員按照計(jì)算組的方位角和俯仰角對天線進(jìn)行校準(zhǔn)之后，操作人員可以通過衛(wèi)星天線發(fā)射信號到衛(wèi)星通信中，當(dāng)站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)接收到的信號功率正在降低時(shí)，地面站可以改變方位角和俯仰角進(jìn)行步進(jìn)跟蹤，讓天線電軸指向功率更大的方向，從而保證任務(wù)進(jìn)行中信號功率的穩(wěn)定性。但是，如果通信天線長時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)下，極易發(fā)生機(jī)械形變影響信號接收，因此在運(yùn)行時(shí)需要技術(shù)人員定期維護(hù)或校準(zhǔn)天線位置。