卫星电视跟踪系统的应用

卫星电视跟踪系统的应用

1卫星电视接收站和卫星信号站的发展状况跟踪系统的任务是确保通信系统的天线方向稳定可靠地对应于通信目标，并使通信系统处于正常水平。随着广播电视事业的发展和科学技术的进步,全国各省、市都相继建立了卫星广播电视地球站,同时卫星电视接收站也得到了快速的发展。在各种系统中,为了使天线对准卫星以达到最大信号接收,跟踪系统都得到了广泛的应用。2跟踪、程序跟踪和自动跟踪跟踪系统按照天线跟踪目标的方式分类有手动跟踪、程序跟踪和自动跟踪三种。其基本形式均由天线、馈源、接收设备(或计算机)、伺服控制单元等组成。跟踪系统组成如图1所示。3跟踪方法3.1动手跟踪系统手动跟踪是指根据经验或预知的目标位置数据(如卫星轨道位置)随时间变化的规律,用人工按时调整天线的指向,或者是根据收到信号的大小用人工方式操纵跟踪系统,使接收信号最强(用频谱仪或接收机监视)。手动跟踪可以每隔一段时间进行一次。手动跟踪系统由天线、频谱仪(或接收机)、伺服控制器等组成。手动跟踪设备最为简单,可应用于地面站小口径天线对同步卫星的跟踪等指向精度和实时性要求较低的场合。其组成如图2所示。3.2向卫星方向发展将卫星的星历数据和天线平台地理坐标和姿态数据一并输入计算机,计算机对这些数据进行处理、运算、比较,得出卫星轨道和天线实际角度在标准时间内的角度差值,然后将此值送入伺服控制器,驱动天线,消除误差角。不断地比较、驱动,使天线一直指向卫星。程序跟踪可以应用在地面或车载小口径天线对卫星的跟踪。程序跟踪示意图如图3所示。由于地球的密度不均匀和其他干扰的影响,星历数据会随着时间有小的变化,一般很难计算出长时间的精确轨道数据。所以长时间跟踪会有积累误差。3.3信号大小和方向跟踪自动跟踪是指根据地球站天线接收到卫星所发的信标信号,通过变频、放大输入跟踪接收机,检测出俯仰和方位误差信号,根据误差信号大小和方向由伺服控制器驱动天线转台系统,使天线自动地对准卫星。此种跟踪方式没有误差积累,可以长时间连续跟踪。自动跟踪示意图如图4所示。由于卫星位置受影响的因素太多,无法长期预测卫星轨道,故目前大、中型地球站主要采用自动跟踪为主,手动跟踪和程序跟踪为辅的方式。按照自动跟踪原理和设备组成,自动跟踪可以具体分为三种体制:步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪。3.3.1调整跟踪方式步进跟踪是指天线指向以一定的步进向接收电平增大的方向进行不断调整。步进跟踪是开环方式,跟踪精度较低,跟踪速度较慢。步进跟踪适用于要求跟踪速度较低的系统中,如漂移速度较慢的同步卫星的跟踪。其优点在于实现较为简单。3.3.2标准信号调制圆锥扫描跟踪是把馈源绕天线对称轴作圆周运动,或把副面倾斜旋转。这样天线波束呈圆锥状旋转,当天线轴对准卫星时,地球站接收到的信标电平是一恒定值;当天线轴偏离卫星时,接收电平将有一个低频幅度调制。根据调制信号的幅度和相位检测出天线波束的指向误差。这种工作方式的优点也是设备较简单,缺点是馈源永远偏离抛物面的焦点,使天线增益下降。同时需要馈源持续的圆周机械运动,可靠性较差。跟踪时要得到一系列回波脉冲后,才能得到角误差信号,实时性稍差。3.3.3跟踪信号获取方式单脉冲跟踪方式由天线馈源输出和信号与差信号,和、差射频信号经射频前端变换处理后送至跟踪接收机,并由跟踪接收机输出两路与天线电轴偏离卫星角度成正比的方位误差信号与俯仰误差信号到伺服控制单元,控制天线运动,完成对卫星的实时跟踪。单脉冲跟踪能从每个接收脉冲中得到完整的角误差信息,这种跟踪方式是一个闭环系统,具有实时性好,跟踪精度高的优点。根据通道数量的不同有单通道、双通道、三通道等三种不同的实现方式。三通道方式中天线接收到的信号,经过和、差网络处理后,产生和信号、方位差信号与俯仰差信号。通过三个通道传送到跟踪接收机进行跟踪处理。双通道方式是方位差信号与俯仰差信号正交相加后合成一个差信道,或者是采用高次模方式产生差信号,与和信道一起构成双信道。单通道方式是在双通道的基础上对差信号进行调制,调制后的差信号与和信号合路形成一个通道。4不同方法的比较和应用各种跟踪方式的比较如表1所示。4.1卫星轨道系统跟踪在理想的条件下同步卫星的相当于地面的位置是固定的。但由于摄动的原因,卫星轨道存在漂移。为了能实时跟踪卫星的漂移,卫星地球站必须要使用跟踪系统。根据安装位置不同,地球站分为固定站、车载站、船载站和机载站,可以使用单脉冲(或圆锥扫描)跟踪和程序跟踪或同时使用。4.2实时性跟踪使用对于低轨卫星,由于卫星相对于地面处于不断运动中,对跟踪实时性要求较高,通常使用单脉冲跟踪和程序跟踪或同时使用。对于移动目标如飞机、飞艇、气球等载体的通信,一般可以使用单脉冲跟踪方式。4.3移动终端的使用户指向卫星,使用户不在活动时间上隔离,以移动载体为载“动中通”是一种能在移动中进行不间断卫星通信的车载站。载体在移动过程中,必须对载体的姿态和位置的变化进行隔