衛(wèi)星固定站天線控制系統(tǒng)改造的探討

陳 濤，徐 平

（1.南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210004；2.中國衛(wèi)通集團股份有限公司，北京 100094）

隨著衛(wèi)星通信高速的發(fā)展，它從一個異乎尋常的備選手段發(fā)展為主流傳輸技術，通過通信衛(wèi)星進行中繼，衛(wèi)星通信不受距離限制，可廣泛用于傳輸語音、視頻和數(shù)據(jù)等通信業(yè)務，隨時隨地向用戶提供高質(zhì)量、高可靠通信服務。

衛(wèi)星固定站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一種重要站型，它站址固定通過同步靜止軌道衛(wèi)星接入整個衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，建立與網(wǎng)內(nèi)其他站點的通信連接。衛(wèi)星固定站靜中通天線口徑在2.4m-3m之間，一般采用環(huán)焦天線，其日常的性能直接影響衛(wèi)星固定站的通信效果和傳輸質(zhì)量。初期的大部分天線特別是口徑在2.4m-5m之間的天線都未安裝天線自動控制系統(tǒng)，而是靠人工手動調(diào)整驅動電機進行對星，嚴重影響了衛(wèi)星固定站天線跟蹤對準通信衛(wèi)星的精準度，操作相對復雜。

本文對Ku頻段衛(wèi)星固定站天線控制系統(tǒng)改造進行探討，提出更好的改造方案。改造后的天線控制系統(tǒng)將控制與驅動電路高度集成，以DSP為核心進行天線位置檢測和控制，通過繼電器驅動交流電機，支持本地及遠程控制。改造后的衛(wèi)星固定站天線可通過天線自動控制系統(tǒng)進行實時的天線跟蹤，無需人為干預。

1 原衛(wèi)星固定站組成

衛(wèi)星固定站的組成，簡單來說包括：天線單元、射頻設備單元、信道設備單元、終端設備單元、監(jiān)控設備單元、電源設備單元等。如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星固定站組成

天線單元組成如表1所示。

表1 天線單元組成

⊙主反射面組合是由中心筒（饋源系統(tǒng)安裝在內(nèi)）、若干單片面板和若干輻射梁、支架組裝而成。

⊙天線副面組合由若干副面支撐桿、支架、副面和若干調(diào)節(jié)絲桿組成。

⊙饋源系統(tǒng)包括波導、喇叭、雙工器、活動法蘭。

⊙中心筒對上連接天線反射面、對下連接天線座架。

⊙方位傳動組合主要為方位調(diào)節(jié)絲桿、方位電機，絲桿采用鋼板焊接件，安裝時直接與基座固定。

⊙俯仰傳動組合主要為俯仰調(diào)節(jié)絲桿、俯仰電機，絲桿為鋼板焊接件，安裝時直接與天線立柱固定。

⊙天線立柱為圓筒結構，對上通過鋼板焊接與中心筒相連，對下立柱管身上通過鋼板焊接與立柱斜撐及方位轉動座相連。

⊙立柱斜撐作用是對天線立柱進行支撐，由兩根撐腿組成，每根撐腿是通過鋼管與鋼板熔接而成。

⊙天線控制盒由本控開關、方位繼電器、俯仰繼電器以及 380VAC的空氣開關組成。天線單元組成具體如圖 2所示。

圖2 衛(wèi)星固定站天線單元組成

衛(wèi)星固定站天線單元與其他設備及天線控制系統(tǒng)的連接關系根據(jù)圖 3所示。采用三相五線制 380VAC電源通過繼電器來控制方位與俯仰電機帶動相應絲桿進行天線位置的調(diào)整。

2 衛(wèi)星固定站天線控制系統(tǒng)改造

原衛(wèi)星固定站的天線單元能夠滿足在一定專業(yè)水平的人員操作下借助專業(yè)儀器、儀表進行天線的對星操作。操作人員在實際使用中存在相當多不便之處：

⊙無界面明確顯示當前天線狀態(tài)及參數(shù)，影響操作人員對天線的狀態(tài)判斷和操作。

⊙無自動跟蹤功能，無法精確對星，需要專業(yè)技術人員干預且借助專業(yè)儀器、儀表。

⊙一旦遇到換星等需要天線大范圍轉動時，操作耗時耗力，且轉動精度不夠。

為改善以上缺點，對天線控制系統(tǒng)進行改造，改造后的天線控制系統(tǒng)可直觀顯示天線狀態(tài)及參數(shù)，并可遠程自動控制天線，根據(jù)反饋的信號電平值實現(xiàn)實時自動跟蹤且可存儲多顆衛(wèi)星天線位置，實現(xiàn)自動換星對星。

天線單元改造組成如表 2所示。

天線控制系統(tǒng)如圖 4所示，天線控制系統(tǒng)集成控制電路、驅動電路及信標接收機。控制電路是控制中心，以 DSP芯片及相應的軟件為核心，實現(xiàn)天線的位置檢測與各種模式的控制、故障檢測與保護、與站內(nèi)監(jiān)控設備交互等功能。

表2 天線單元改造組成

旋轉變壓器作為傳感器輸出的信號經(jīng) DSP進行A/D轉換、運算處理及校正后，得到當前天線位置。該位置參數(shù)除顯示外，還與天線目標位置比較，獲得天線轉向的具體參數(shù)。集成在驅動電路中的繼電器對轉向的具體信號進行放大，從而控制方位電機及俯仰電機驅動天線轉動。

圖4 天線控制系統(tǒng)

天線控制系統(tǒng)具有完善的限位、故障告警及自動保護功能。限位主要分為軟限位和開關限位。故障類型有：驅動電路故障、檢測位置回路故障、控制位置回路故障、交流電源不正常等。檢測到限位或故障后，天線控制系統(tǒng)除顯示報警外，會立刻采取保護措施封鎖有關控制功能，確保設備及被控天線運行安全，同時上報站內(nèi)監(jiān)控設備，提示操作人員方便維修。

圖5 改造后的衛(wèi)星固定站天線單元連接關系

改造后的衛(wèi)星固定站天線單元具體連接關系如圖5所示。現(xiàn)場連接線如圖 6所示。

操作人員通過天線控制系統(tǒng)較方便的控制天線找到目標衛(wèi)星。下面分具體舉例說明尋找目標衛(wèi)星的天線控制方法。

（1）尋找未知信標的目標衛(wèi)星，控制方法如下：

a.根據(jù)目標衛(wèi)星經(jīng)度，用預置衛(wèi)星模式將天線轉到理論位置。

b.通過儀器觀察衛(wèi)星信標，在無明顯信號時，采用自動搜索模式大范圍搜索衛(wèi)星，收到信標信號后停止搜索。

c.用手控轉動模式控制天線使接收信號接近最大。

d.通過儀器查找衛(wèi)星信標或其他跟蹤信號，調(diào)整好跟蹤信號回路。

e.在參數(shù)表中設置好“跟蹤信號頻率”及“信號電平最大值”。

f.置步進跟蹤狀態(tài)使天線對準衛(wèi)星。

g.退出跟蹤狀態(tài)，通過儀器觀察信號，調(diào)整極化使接收信號最佳。

h.在衛(wèi)星表中存儲該衛(wèi)星對應的天線位置。

（2）尋找已知跟蹤信號的目標衛(wèi)星，控制方法如下：

a.根據(jù)目標衛(wèi)星經(jīng)度，用預置衛(wèi)星模式將天線轉到理論位置。

b.調(diào)整好跟蹤信號回路。

c.在參數(shù)表中設置好“跟蹤信號頻率”及“信號電平門限值”。

d.當收到的衛(wèi)星信標達到預設信號電平門限值，進入自動跟蹤狀態(tài)；否則，通過手控轉動或自動搜索模式找到衛(wèi)星后，置步進跟蹤狀態(tài)使天線對準衛(wèi)星。

e.退出跟蹤狀態(tài)，通過儀器觀察信號，調(diào)整極化使接收信號最佳。

f.在衛(wèi)星表中存儲該衛(wèi)星對應的天線位置。

（3）尋找已存儲的目標衛(wèi)星，控制方法如下：

a.根據(jù)目標衛(wèi)星經(jīng)度，用預置衛(wèi)星模式將天線轉到目標衛(wèi)星位置。

b.調(diào)整好饋源極化。

c.調(diào)整好跟蹤信號回路。

d.在參數(shù)表中設置好“跟蹤信號頻率”及“信號電平最大值”。

圖6 現(xiàn)場連接線圖

e.置步進跟蹤狀態(tài)使天線對準衛(wèi)星。

3 結束語

衛(wèi)星固定站天線控制系統(tǒng)改造后天線的操作更簡便，跟蹤精度更高。操作人員在室內(nèi)可進行天線的控制，調(diào)整到位后，可進入自動跟蹤狀態(tài)實現(xiàn)自動操作。天線狀態(tài)、天線信號出現(xiàn)異常時，界面自動提示操作人員。衛(wèi)星通信系統(tǒng)固定站的業(yè)務通信保障效果在天線控制系統(tǒng)改造后更加穩(wěn)定。