衛星便攜站天線(xiàn)自動(dòng)對星系統的設計與實(shí)現

摘要：針對衛星便攜站窄波束天線(xiàn)找星難度大、對星耗時(shí)多、對星精度差的問(wèn)題，設計并實(shí)現了一個(gè)附加在實(shí)裝設備上的自動(dòng)對星工具，以PIC單片機為核心，通過(guò)采集和處理GPS數據、方位俯仰傳感器數據和衛星信號強度數據，控制高精度步進(jìn)電機自動(dòng)調整便攜站天線(xiàn)方位角和俯仰角，從而實(shí)現快速、自動(dòng)、精確對星。通過(guò)使用高精度步進(jìn)電機代替傳統手工操作，能夠明顯縮短對星時(shí)間、提高對星精度，且體積較小、安裝拆卸容易、攜帶方便，顯著(zhù)提高了通信效能。
關(guān)鍵詞：衛星便攜站；自動(dòng)對星；衛星信號強度；方位俯仰傳感器；步進(jìn)電機

0 引言
目前，在衛星便攜站對星方面，通常根據公式計算方位角和俯仰角的理論值，使用機械磁羅盤(pán)顯示便攜站天線(xiàn)的實(shí)際方位角和俯仰角，手動(dòng)調整便攜站天線(xiàn)實(shí)現對星。這種傳統對星方式存在以下三個(gè)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)行計算的，而機械磁羅盤(pán)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，因此根據公式計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)讀取機械磁羅盤(pán)的時(shí)候，不同的操作人員會(huì )產(chǎn)生不同讀取誤差，通常會(huì )出現±1°～±3°的讀取誤差；
(3)采用手動(dòng)調整便攜站天線(xiàn)對星的方式，對方位角和俯仰角的調整幅度不能做到精確控制，這一點(diǎn)對窄波束便攜站天線(xiàn)對星的影響尤為明顯。
以上原因導致傳統對星方式存在找星難度大、對星耗時(shí)多、對星精度差的問(wèn)題，這一問(wèn)題在陌生地域表現尤為突出，嚴重影響了衛星便攜站的通信效能。
針對傳統對星方式存在的問(wèn)題，本文提出了衛星便攜站自動(dòng)對星系統，該系統是一個(gè)附加在實(shí)裝設備上的自動(dòng)對星工具，以PIC單片機為核心，通過(guò)采集和處理GPS數據、方位俯仰傳感器數據和衛星信號強度數據，控制高精度步進(jìn)電機自動(dòng)調整便攜站天線(xiàn)方位角和俯仰角，從而實(shí)現快速、自動(dòng)、精確對星。

1 相關(guān)研究
在衛星便攜站對星方面，文獻提出了采用GPS采集便攜站地理位置信息，通過(guò)公式計算當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(dòng)調整便攜站方位角和俯仰角，通過(guò)對比理論值和實(shí)際值實(shí)現輔助對星。
這些輔助對星方式的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：采用GPS模塊采集地理位置信息，根據公式計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械磁羅盤(pán)，消除了對星過(guò)程中的讀取誤差。但是，也存在兩個(gè)缺點(diǎn)：因為磁偏角的存在，導致計算出的理論值并不是實(shí)際精確對星值；仍然采用手動(dòng)對星方式，對星精度不高，不能真正達到完全自動(dòng)對星。
針對傳統對星方式和輔助對星方式的不足，本文提出了衛星便攜站自動(dòng)對星系統的設計方案，設計實(shí)現了衛星便攜站自動(dòng)對星系統。

2 總體設計
衛星便攜站自動(dòng)對星系統是一個(gè)附加在實(shí)裝設備上的自動(dòng)對星工具，以PIC單片機為核心，通過(guò)采集和處理GPS數據、方位俯仰傳感器數據和衛星信號強度數據，控制高精度步進(jìn)電機自動(dòng)調整便攜站天線(xiàn)方位角和俯仰角，從而實(shí)現快速、自動(dòng)、精確對星。系統結構框圖如圖1所示。