衛(wèi)星便攜站天線自動對星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對衛(wèi)星便攜站窄波束天線找星難度大、對星耗時多、對星精度差的問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個附加在實(shí)裝設(shè)備上的自動對星工具，以PIC單片機(jī)為核心，通過采集和處理GPS數(shù)據(jù)、方位俯仰傳感器數(shù)據(jù)和衛(wèi)星信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)，控制高精度步進(jìn)電機(jī)自動調(diào)整便攜站天線方位角和俯仰角，從而實(shí)現(xiàn)快速、自動、精確對星。通過使用高精度步進(jìn)電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工操作，能夠明顯縮短對星時間、提高對星精度，且體積較小、安裝拆卸容易、攜帶方便，顯著提高了通信效能。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星便攜站；自動對星；衛(wèi)星信號強(qiáng)度；方位俯仰傳感器；步進(jìn)電機(jī)

0 引言
目前，在衛(wèi)星便攜站對星方面，通常根據(jù)公式計(jì)算方位角和俯仰角的理論值，使用機(jī)械磁羅盤顯示便攜站天線的實(shí)際方位角和俯仰角，手動調(diào)整便攜站天線實(shí)現(xiàn)對星。這種傳統(tǒng)對星方式存在以下三個缺點(diǎn)：
(1)由于方位角和俯仰角理論值公式是基于真北進(jìn)行計(jì)算的，而機(jī)械磁羅盤顯示的是磁北方向，存在一定的磁偏角，磁偏角隨經(jīng)緯度的不同，其值也不同，并且每年都發(fā)生變化，因此根據(jù)公式計(jì)算的方位角和俯仰角的理論值與實(shí)際精確對星值之間存在一定的偏差；
(2)讀取機(jī)械磁羅盤的時候，不同的操作人員會產(chǎn)生不同讀取誤差，通常會出現(xiàn)±1°～±3°的讀取誤差；
(3)采用手動調(diào)整便攜站天線對星的方式，對方位角和俯仰角的調(diào)整幅度不能做到精確控制，這一點(diǎn)對窄波束便攜站天線對星的影響尤為明顯。
以上原因?qū)е聜鹘y(tǒng)對星方式存在找星難度大、對星耗時多、對星精度差的問題，這一問題在陌生地域表現(xiàn)尤為突出，嚴(yán)重影響了衛(wèi)星便攜站的通信效能。
針對傳統(tǒng)對星方式存在的問題，本文提出了衛(wèi)星便攜站自動對星系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個附加在實(shí)裝設(shè)備上的自動對星工具，以PIC單片機(jī)為核心，通過采集和處理GPS數(shù)據(jù)、方位俯仰傳感器數(shù)據(jù)和衛(wèi)星信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)，控制高精度步進(jìn)電機(jī)自動調(diào)整便攜站天線方位角和俯仰角，從而實(shí)現(xiàn)快速、自動、精確對星。

1 相關(guān)研究
在衛(wèi)星便攜站對星方面，文獻(xiàn)提出了采用GPS采集便攜站地理位置信息，通過公式計(jì)算當(dāng)前便攜站方位角和俯仰角理論值，采用傳感器采集便攜站方位角和俯仰角的實(shí)際值，手動調(diào)整便攜站方位角和俯仰角，通過對比理論值和實(shí)際值實(shí)現(xiàn)輔助對星。
這些輔助對星方式的優(yōu)點(diǎn)有兩個：采用GPS模塊采集地理位置信息，根據(jù)公式計(jì)算便攜站方位角和俯仰角的理論值，提高了效率；采用傳感器模塊代替了機(jī)械磁羅盤，消除了對星過程中的讀取誤差。但是，也存在兩個缺點(diǎn)：因?yàn)榇牌堑拇嬖?，?dǎo)致計(jì)算出的理論值并不是實(shí)際精確對星值；仍然采用手動對星方式，對星精度不高，不能真正達(dá)到完全自動對星。
針對傳統(tǒng)對星方式和輔助對星方式的不足，本文提出了衛(wèi)星便攜站自動對星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星便攜站自動對星系統(tǒng)。

2 總體設(shè)計(jì)
衛(wèi)星便攜站自動對星系統(tǒng)是一個附加在實(shí)裝設(shè)備上的自動對星工具，以PIC單片機(jī)為核心，通過采集和處理GPS數(shù)據(jù)、方位俯仰傳感器數(shù)據(jù)和衛(wèi)星信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)，控制高精度步進(jìn)電機(jī)自動調(diào)整便攜站天線方位角和俯仰角，從而實(shí)現(xiàn)快速、自動、精確對星。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。