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(shù)，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(wù)，隨時隨地向用戶提供高質(zhì)量、高可靠通信服務(wù)。

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(luò)，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(qū)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(fù)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(qū)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(qū)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(yù)。

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(shè)備單元、信道設(shè)備單元、終端設(shè)備單元、監(jiān)控設(shè)備單元、電源設(shè)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(dǎo)、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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(guān)、方位繼電器、俯仰繼電器以及 380VAC的空氣開關(guān)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(shè)備及天線控制系統(tǒng)的連接關(guān)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(yīng)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(dāng)多不便之處：

⊙無界面明確顯示當(dāng)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(shù)人員干預(yù)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(zhuǎn)動時，操作耗時耗力，且轉(zhuǎn)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(qū)動電路及信標接收機?？刂齐娐肥强刂浦行?，以 DSP芯片及相應(yīng)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(shè)備交互等功能。

表2 天線單元改造組成

旋轉(zhuǎn)變壓器作為傳感器輸出的信號經(jīng) DSP進行A/D轉(zhuǎn)換、運算處理及校正后，得到當(dāng)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(zhuǎn)向的具體參數(shù)。集成在驅(qū)動電路中的繼電器對轉(zhuǎn)向的具體信號進行放大，從而控制方位電機及俯仰電機驅(qū)動天線轉(zhuǎn)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(guān)限位。故障類型有：驅(qū)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(guān)控制功能，確保設(shè)備及被控天線運行安全，同時上報站內(nèi)監(jiān)控設(shè)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(guān)系

改造后的衛(wèi)星固定站天線單元具體連接關(guān)系如圖5所示?，F(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(yù)置衛(wèi)星模式將天線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(yù)置衛(wèi)星模式將天線轉(zhuǎn)到理論位置。

b.調(diào)整好跟蹤信號回路。

c.在參數(shù)表中設(shè)置好“跟蹤信號頻率”及“信號電平門限值”。

d.當(dāng)收到的衛(wèi)星信標達到預(yù)設(shè)信號電平門限值，進入自動跟蹤狀態(tài)；否則，通過手控轉(zhuǎn)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(yīng)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(yù)置衛(wèi)星模式將天線轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)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(wù)通信保障效果在天線控制系統(tǒng)改造后更加穩(wěn)定。