衛星便攜站天線自動對星系統的設計與實現

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

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，使用機械磁羅盤顯示便攜站天線的實際方位角和俯仰角，手動調整便攜站天線實現對星。這種傳統對星方式存在以下三個缺點：
(1)由于方位角和俯仰角理論值公式是基于真北進行計算的，而機械磁羅盤顯示的是磁北方向，存在一定的磁偏角，磁偏角隨經緯度的不同，其值也不同，并且每年都發生變化，因此根據公式計算的方位角和俯仰角的理論值與實際精確對星值之間存在一定的偏差；
(2)讀取機械磁羅盤的時候，不同的操作人員會產生不同讀取誤差，通常會出現±1°～±3°的讀取誤差；
(3)采用手動調整便攜站天線對星的方式，對方位角和俯仰角的調整幅度不能做到精確控制，這一點對窄波束便攜站天線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、對星耗時多、對星精度差的問題，這一問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題，本文提出了衛星便攜站自動對星系統，該系統是一個附加在實裝設備上的自動對星工具，以PIC單片機為核心，通過采集和處理GPS數據、方位俯仰傳感器數據和衛星信號強度數據，控制高精度步進電機自動調整便攜站天線方位角和俯仰角，從而實現快速、自動、精確對星。

1 相關研究
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際值，手動調整便攜站方位角和俯仰角，通過對比理論值和實際值實現輔助對星。
這些輔助對星方式的優點有兩個：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，消除了對星過程中的讀取誤差。但是，也存在兩個缺點：因為磁偏角的存在，導致計算出的理論值并不是實際精確對星值；仍然采用手動對星方式，對星精度不高，不能真正達到完全自動對星。
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對星系統的設計方案，設計實現了衛星便攜站自動對星系統。

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