跟星补偿方法及装置

技术领域

本文件涉及通信技术领域，尤其涉及一种跟星补偿方法及装置。

背景技术

亚太6D卫星时与2020年7月发射升空，采用东方红四号增强型平台，使用长征三号乙运载火箭，是世界上首颗为移动业务优化系统设计的高通量卫星，有90个用户波束，单波束容量可达1Gbps，可为民航客机提供百兆级带宽接入服务，为海事船舶提供千兆级带宽接入服务，能够有效满足亚太地区飞机、船舶以及偏远地区高速上网、数字化转型和高质量发展的需要。

中星16号卫星2017年上半年已发射升空，有20多个用户波束，属于ka高通卫星，目前卫星天线很多都是采用手动对星，效率低，存在天线对星速度慢、精度低、操作不方便等问题。尤其在Ka波段的波束窄，天线对星精度要求高，用户在使用过程中无操作要领可究，只能靠堆积时间反复训练，熟练后体会才能稍微提高效率，即使是业务很强的操作员，初次上手也无从把控。

另外目前市面上自动便携站卫星天线，大部分都采用的是非常昂贵的传感器如：信标机、DVB等检波模块辅助对星，不仅增加整机重量同时也增大便携站体积和功耗，性价比非常低，检波模块里面核心芯片都是采用国外芯片，鉴于目前国际形势日益复杂，很多芯片供货周期加长，采购严重受限，很难在市场形成规模，无法批量销售和应用。如何采用一种有效、简易也不依赖国外得跟踪方法将变得很重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跟星补偿方法及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。

本发明提供一种跟星补偿方法，包括：

采用信道主机输出信号进行卫星跟踪；

通过插值拟合得到卫星跟踪的位置变化曲线，得到实际极值位置。

本发明提供一种跟星补偿装置，包括：

跟星模块，用于采用信道主机输出信号进行卫星跟踪；

补偿模块，用于通过插值拟合得到卫星跟踪的位置变化曲线，得到实际极值位置。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述跟星补偿方法方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述跟星补偿方法方法的步骤。

采用本发明实施例，解决额自动便携站跟星检波模块价格高，同时其核心芯片严重依赖国外的问题，本发明实施例的技术方案实现简单、易于维护同时可解决国产自动跟星天线对国外的依赖，可快速实现对高通量卫星及传统卫星应用。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的跟星补偿方法的流程图；

图2是本发明实施例的传统背负站卫星天线系统构成的示意图；

图3是本发明实施例的简易快速跟踪背负站卫星天线系统构成的示意图；

图4是本发明实施例的采集到的信道主机载噪比示意图；

图5是本发明实施例的方位调整示意图；

图6是本发明实施例的采用分段内插法实现的示意图；

图7是本发明实施例的内插数据示意图；

图8是本发明实施例的段函数内最大值及对应位置的示意图；

图9是本发明实施例的采用分段内插法的流程图；

图10是本发明实施例的跟星补偿装置的示意图；

图11是本发明实施例的电子设备的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种跟星补偿方法，图1是本发明实施例的跟星补偿方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的跟星补偿方法具体包括：

步骤101，采用信道主机输出信号进行卫星跟踪；步骤101具体包括：

在卫星背负站系统开机后，伺服控制系统获取GPS的经纬度即位置信息，通过Openamip协议将位置信息传递给高通量卫星信道主机；

高通量卫星信道主机接收到位置信息后进行波束解算，并将当前波束下卫星参数传递给伺服控制系统；

伺服控制系统根据卫星参数、位置信息计算出理论俯仰、方位值，先以最大速度将天线俯仰调整到俯仰理论值位置，然后同样以最大速度调整天线方位，在方位运动中同时通过网线实时读取信道主机的载噪比值，如果信号的载噪比大于0，则将调整方位电机速度以跟踪速度运动，并记录相应的值，继续运转，并实时记录整个运转对应的载噪比值，直到方位运动到载噪比小于或者等于0时停止，然后进行判断，寻找最大载噪比，并将天线调整到载噪比对应的位置；如果在当前俯仰位置，方位扫描时没有找到信号，则调整俯仰，然后继续调整方位，寻找信号，直到找到最大信号位置，将天线方位运动到该位置即可；若方位上找到最大载噪比值，则将在俯仰方向向上和向下运动，并记录载噪比值，找到俯仰方向的最大载噪比值及对应位置，然后天线运动到该位置即可。

步骤101的具体实现步骤如下：

步骤1，将天线朝南设置并将天线上电、展开；

步骤2，便携卫星站通过GPS得到当前位置的经、纬度值，通过openamip协议上传给信道主机，信道主机根据位置信息通过波束解析算法得到当前波束下卫星参数，通过openamip协议上传卫星站，天线根据卫星参数、地理位置信息按照跟星算法计算出便携卫星站理论方位、俯仰值，并设定当前俯仰、方位寻星范围；

步骤3，伺服控制器Mcu通过PWM驱动电机以最大速度调整天线俯仰至理论值位置；

步骤4，当俯仰一定时，在方位上进行扫描，若方位上的载噪比值大于零，则将方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值；继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，执行步骤7，如果达到方位理论限位时仍无信号则执行步骤5；

步骤5，主控制器驱动俯仰电机向上运动0.1°，若方位上的载噪比值大于0，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值，继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，执行步骤7；如果方位扫描中始终无信号，并且天线俯仰值小于寻星范围，则重新执行步骤5，如果当前天线俯仰角度大于寻星范围，则执行步骤6；

步骤6，主控制器驱动俯仰电机向下运动0.1°，其中，第一次向下运动时以俯仰理论值位置为起点，若方位上的载噪比值大于0，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并不断进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值；继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，执行步骤7，如果方位扫描中始终无信号，并且天线俯仰值小于寻星范围，则执行步骤6，如果当前天线俯仰角度大于寻星范围，则设定新的俯仰、方位范围，执行步骤3；

步骤7，将天线方位调整到当前最大值位置。

步骤102，通过插值拟合得到卫星跟踪的位置变化曲线，得到实际极值位置。步骤102具体包括：

对公式1通过内插函数得到公式2：

其中，(x0，y0)，(x1，y1)分别为p0点和p1点卫星天线采集到卫星信号值，简化为：y＝kx+b，其中，k表示由初始p0点和p1点得到内插函数斜率，b表示由初始p0点和p1点得到内插函数的截距；

在当前极值位置前后分别取两个点，得到(P

对于第一个分段内插函数，通过点(P

以下结合附图对本发明实施例的上述技术方案进行详细说明。

相关传统卫星背负站跟踪时采用检波模块：信标机、DVB等精密检测模块，本发明实施例的技术方案将采用信道主机输出信号进行跟踪。由于高通量卫星中星16卫星、亚太6D卫星均为我国自研新一代宽带卫星通信，其卫星终端目前已国产化体积、重量等均已大幅减小。另外高通量卫星均采用多波束覆盖，相对传统卫星背负站来说实现起来有很大不一样，传统卫星背负站卫星参数：波束号、频率、符号率等相对固定，只需要采用检波模块即可完成天线跟踪、锁定工作，具体如图2所示。

而宽带卫星均为多波束覆盖，每个波束下卫星参数不一样，需要卫星背负站伺服控制系统和信道主机通过Openamip协议进行信息交互，卫星信道主机器将波束号、频率、符号率等下发给伺服控制系统，然后通过跟星算法，结合检波模块输出值进行卫星搜索、跟踪。

如图3所示，信道主机在和伺服控制系统进行交互时可以输出信号强度，伺服控制系统可以根据信号强度进行跟踪，因此可去掉检波模块、馈电耦合器，不仅可以降低整站成本，同时可以降低整机功耗、减轻电气仓重量和体积。

卫星背负站系统开机后，伺服控制系统获取GPS的经纬度，然后通过Openamip协议传递给高通量卫星信道主机，卫星信道主机接收到位置信息后进行波束解算，并将当前波束下卫星参数传递给伺服控制系统，卫星站跟踪卫星参数、地理位置信息计算出理论俯仰、方位值，先以最大速度将天线俯仰调整到俯仰理论值位置，然后同样以最大速度调整天线方位，在方位运动中同时通过网线实时读取信道主机的载噪比值，如果有信号(载噪比>0)，则将调整方位电机速度以跟踪速度运动，并记录相应的值，继续运转，并实时记录整个运转对应的载噪比值，直到方位运动到载噪比<0时停止，然后进行判断，寻找最大载噪比，并将天线调整到载噪比对应的位置，如果在当前俯仰位置，方位扫描时没有找到信号，则调整俯仰，然后继续调整方位，寻找信号，按照此方法依次进行，直到找到最大信号位置，将天线方位运动到该位置即可。若方位上找到最大载噪比值，则下一步将在俯仰方向向上和向下运动，并记录载噪比值，找到俯仰方向的最大载噪比值及对应位置，然后天线运动到该位置即可，整个跟踪完成，基本满足设计要求。

卫星背负站天线运动中信号变化为：信号有弱到强，再到弱；其中，大波形：实际的信号；小波形：通过信道主机采集到不同时刻载噪比信号值。具体如图4所示。

方位调整详细实现包括：

步骤1，先将天线朝南放置，然后将天线上电，展开；

步骤2，便携卫星站通过GPS得到当前位置的经、纬度值，然后通过openamip协议上传给信道主机，信道主机根据位置信息通过波束解析算法得到当前波束下卫星参数，然后通过openamip协议上传卫星站，天线根据卫星参数、地理位置信息等按照跟星算法计算出便携卫星站理论方位、俯仰值，并设定当前俯仰、方位寻星范围；

步骤3，伺服控制器Mcu通过PWM驱动电机以最大速度调整天线俯仰至理论值位置；

步骤4，俯仰一定，在方位上进行扫描，若方位上扫描到载噪比(载噪比＞0)值，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值。继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，跳转到第7，如果达到方位理论限位时仍无信号则转入第5步；

步骤5，主控制器驱动俯仰电机向上运动0.1°，若方位上扫描到载噪比值(载噪比＞0)，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值。继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，跳转到第7步。如果方位扫描中始终无信号，并且天线俯仰值小于寻星范围，则跳转到第5步，如果当前天线俯仰角度大于寻星范围，则跳转到第6步；

步骤6，主控制器驱动俯仰电机向下运动0.1°(第一次向下运动时以俯仰理论值位置为起点)，若方位上扫描到载噪比值(载噪比＞0)，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并不断进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值。继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，跳转到第7步。如果方位扫描中始终无信号，并且天线俯仰值小于寻星范围，则跳转到第6步，如果当前天线俯仰角度大于寻星范围，则设定新的俯仰、方位范围，跳转到第3步；

步骤7，将天线方位调整到当前最大值位置。

传统卫星背负站在该位置跟踪就已经结束，但是从信道主机得到的载噪比值为信道主机根据信号和噪声理论计算得到，比实际值有滞后，同时考虑到伺服控制系统电机运动、采集载噪比频率大小等因素影响，伺服控制系统从信道主机得到SNR_’MAX’≤SNR_MAX，这时候SNR_’MAX’对应方位、俯仰值位置，将不是卫星背负站最佳指向位置。采集点信号变化如图5所示。

为了保证卫星站天线如何按照该值确定系统最大值位置，需进行相应的补偿，拟合得到一个最大值位置，本发明实施例通过插值拟合得到变化曲线，得到实际极值位置。通过插值拟合，它根据已知的数据序列，找到其中的规律；然后根据找到的这个规律，来对其中尚未有数据记录的点进行数值估计。插值拟合算法使用比较广泛。可以在变量的变化区间上取若干个离散的点，以及对应的输出值，然后将对应关系分成若干段，当计算某个输入对应的输出时，可以进行分段内插值拟合，以此得到信号变化曲线，根据极值比较判断方法，从而得到极值位置。

采用信道主机可基本实现卫星跟踪锁定功能，但是无法实现精准跟星，在波束覆盖薄弱区域通信质量会下降，因此会影响通信效果。为了不改变现有架构，不增加系统成本、重量、体积前提下增加精搜策略。

如图6所示，本发明实施例采用分段内插法实现如下，如图9所示，具体包括如下处理：

通过内插函数推到可得到：

其中(x0，y0)，(x1，y1)分别为p0点和p1点卫星天线采集到卫星信号值，可简化为：

y＝kx+b

可根据两个点对应关系得到这两个点内相应的内插函数。通过实际测试及验证，为了找到实际的极值位置，可当前极值位置前后分别取两个点。

如图7所示，分别通过(Pmax-2,Smax-2)&(Pmax-1,Smax-1)、(Pmax-1,Smax-1)&(Pmax,Smax)、(Pmax,Smax)&(Pmax+1,Smax+1)、(Pmax+1,Smax+1)&(Pmax+2,Smax+2)得到四个内插函数。

以第一个分段内插函数为例，通过点(Pmax-2,Smax-2)，(Pmax-1,Smax-1)确定内插函数k和b的值，然后以点(Pmax-2,Smax-2)为初始值，(Pmax-1,Smax-1)结束值，0.2为步进，计算得到6个点值，并采用比较法得到该段函数内最大值及对应位置，具体如图8所示。

采用同样的方法确定其它三个段极值及对应位置，然后再将四个段极值进行比较最终确定最大值及对应位置，方位和俯仰依次运动到极值位置即可完成跟踪。

通过对比，在增加分段内插比较算法后，跟星精度可达到0.1，优于原始跟踪精度0.2，可大大提高卫星信号质量。

本发明实施例的技术方案实现快速、精度高、简易对星；全部国产化，无需高精度检波器件，性价比高；操作简单、单人即可完成对星；有效的降低产品成本，跟踪简单，精度高。

装置实施例一

根据本发明实施例，提供了一种跟星补偿装置，图10是本发明实施例的跟星补偿装置的示意图，如图10所示，根据本发明实施例的跟星补偿装置具体包括：

跟星模块100，用于采用信道主机输出信号进行卫星跟踪；所述跟星模块100具体用于：

在卫星背负站系统开机后，伺服控制系统获取GPS的经纬度即位置信息，通过Openamip协议将位置信息传递给高通量卫星信道主机；

高通量卫星信道主机接收到位置信息后进行波束解算，并将当前波束下卫星参数传递给伺服控制系统；

伺服控制系统根据卫星参数、位置信息计算出理论俯仰、方位值，先以最大速度将天线俯仰调整到俯仰理论值位置，然后同样以最大速度调整天线方位，在方位运动中同时通过网线实时读取信道主机的载噪比值，如果信号的载噪比大于0，则将调整方位电机速度以跟踪速度运动，并记录相应的值，继续运转，并实时记录整个运转对应的载噪比值，直到方位运动到载噪比小于或者等于0时停止，然后进行判断，寻找最大载噪比，并将天线调整到载噪比对应的位置；如果在当前俯仰位置，方位扫描时没有找到信号，则调整俯仰，然后继续调整方位，寻找信号，直到找到最大信号位置，将天线方位运动到该位置即可；若方位上找到最大载噪比值，则将在俯仰方向向上和向下运动，并记录载噪比值，找到俯仰方向的最大载噪比值及对应位置，然后天线运动到该位置即可。

所述跟星模块100具体操作步骤包括：

步骤1，将天线朝南设置并将天线上电、展开；

步骤2，便携卫星站通过GPS得到当前位置的经、纬度值，通过openamip协议上传给信道主机，信道主机根据位置信息通过波束解析算法得到当前波束下卫星参数，通过openamip协议上传卫星站，天线根据卫星参数、地理位置信息按照跟星算法计算出便携卫星站理论方位、俯仰值，并设定当前俯仰、方位寻星范围；

步骤3，伺服控制器Mcu通过PWM驱动电机以最大速度调整天线俯仰至理论值位置；

步骤4，当俯仰一定时，在方位上进行扫描，若方位上的载噪比值大于零，则将方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值；继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，执行步骤7，如果达到方位理论限位时仍无信号则执行步骤5；

步骤5，主控制器驱动俯仰电机向上运动0.1°，若方位上的载噪比值大于0，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值，继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，执行步骤7；如果方位扫描中始终无信号，并且天线俯仰值小于寻星范围，则重新执行步骤5，如果当前天线俯仰角度大于寻星范围，则执行步骤6；

步骤6，主控制器驱动俯仰电机向下运动0.1°，其中，第一次向下运动时以俯仰理论值位置为起点，若方位上的载噪比值大于0，方位电机转速转换为跟踪速率运转，记录当前载噪比值，并不断进行比较判断，选择最大载噪比，同时记录最大值对应方位值；继续向有信号方向扫描并不断比较判断选择最大载噪比值及对应方位值，直至无信号或者达到设定当前方位运转范围，停止运行，执行步骤7，如果方位扫描中始终无信号，并且天线俯仰值小于寻星范围，则执行步骤6，如果当前天线俯仰角度大于寻星范围，则设定新的俯仰、方位范围，执行步骤3；

步骤7，将天线方位调整到当前最大值位置。

补偿模块102，用于通过插值拟合得到卫星跟踪的位置变化曲线，得到实际极值位置。所述补偿模块102具体用于：

对公式1通过内插函数得到公式2：

其中，(x0，y0)，(x1，y1)分别为p0点和p1点卫星天线采集到卫星信号值，简化为：y＝kx+b，其中，k表示由初始p0点和p1点得到内插函数斜率，b表示由初始p0点和p1点得到内插函数的截距。

在当前极值位置前后分别取两个点，得到(P

对于第一个分段内插函数，通过点(P

本发明实施例是与上述方法实施例对应的装置实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。

装置实施例二

本发明实施例提供一种电子设备，如图11所示，包括：存储器110、处理器112及存储在所述存储器110上并可在所述处理112上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器112执行时实现如方法实施例中所述的步骤。

装置实施例三

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器112执行时实现如方法实施例中所述的步骤。

本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。