Un algoritmo de seguimiento de haz de matriz en fase de comunicación satelital móvil basado en baliza

Resumen: Se propone e implementa un algoritmo de seguimiento de haces basado en antenas multifase que utiliza señales de baliza satelital. Este método es adecuado para todo tipo de antenas satelitales de "comunicación en movimiento" que utilizan tecnología de antena de matriz en fase, supera la debilidad de la débil intensidad de la señal de la baliza satelital y la detección difícil, mejora la relación señal-ruido de seguimiento y utiliza software de demodulación de radio Can proporcionar la máxima flexibilidad. La mayor ventaja del algoritmo de seguimiento es que no tiene asistencia de giroscopio, lo que mejora en gran medida la adaptabilidad de la antena en diversos entornos de movimiento extremo. El algoritmo finalmente se verificó en el sistema de antena de satélite móvil de matriz en fase de banda Ku de desarrollo propio. Palabras clave: seguimiento de haces, comunicación en movimiento, baliza satelital, matriz en fase

En los últimos años, las comunicaciones terrestres y por satélite se han desarrollado rápidamente en campos como el socorro en casos de desastre, el comando de emergencia y las comunicaciones militares. Debido a su amplia cobertura, insensibilidad a los requisitos geográficos y gran capacidad de comunicación, la comunicación satelital no puede ser reemplazada por la comunicación celular terrestre. En comunicaciones satelitales y terrestres, la gran pérdida de trayectoria hace que el enlace de comunicación satelital y terrestre requiera una antena direccional de alta ganancia para compensar la pérdida del enlace, por lo que su aplicación generalmente se limita a la comunicación de antena fija. Con las necesidades de los viajes humanos, las personas necesitan con urgencia interconexión de datos de alta velocidad y acceso a Internet en estado móvil en automóviles, trenes, aviones y barcos, y los operadores móviles a menudo viajan en áreas que no pueden cubrir las redes celulares móviles terrestres. Tales como montañas, mares, vuelos transoceánicos, etc. En este momento es necesario comunicarse directamente con los satélites para lograr el acceso a los datos. Para realizar la comunicación móvil por satélite, el método tradicional es utilizar una antena direccional de alta ganancia combinada con un servocontrol de motor mecánico para realizar la rotación del acimut y el ángulo de elevación, a fin de superar la oscilación de varias actitudes de la portadora y hacer que la haz siempre alineado con el satélite [1]. Para rastrear satélites, a menudo se requiere un giroscopio mecánico o láser de alta precisión como referencia en el sistema de coordenadas inerciales, lo que hace que todo el dispositivo sea voluminoso y costoso. Dado que el giroscopio solo puede proporcionar información de actitud inercial a corto plazo, su sistema de coordenadas de inercia absoluta en realidad se desviará con varios cambios ambientales, lo que hará que el haz de la antena se desvíe de la dirección del satélite. Por lo tanto, para mejorar la precisión del seguimiento, es necesario combinar GPS y otros sistemas de posicionamiento global para la corrección a largo plazo, el sistema es complejo y la confiabilidad no es alta [2]. Debido a la lenta velocidad de movimiento del servomecanismo mecánico, a menudo no puede seguir el ritmo de los golpes, sacudidas y vibraciones del portador, por lo que, en condiciones dinámicas, el haz se desvía de la dirección del satélite, lo que resulta en una disminución de calidad de la comunicación. La tecnología de seguimiento monopulso se usa a menudo en antenas de radar mecánicas [3], a través de las señales de diferentes particiones de antena y la red de suma y diferencia, haciendo juicios de amplitud y fase para lograr un seguimiento de haz de bucle cerrado, que puede lograr una alta precisión de seguimiento, pero su La estructura mecánica del servo es limitada y mejoró su velocidad de respuesta de seguimiento. Con el rápido desarrollo de la tecnología de semiconductores, el costo de las antenas de matriz en fase activa es cada vez más bajo, y la diferencia de costo con las antenas mecánicas de seguimiento servo se reduce aún más. La matriz en fase activa utiliza el cambio de fase electrónico para controlar la dirección del haz [4-6], que tiene la ventaja de una transformación de azimut del haz extremadamente rápida, por lo que es suficiente para hacer frente a varios cambios de actitud de varias portadoras. Combinando las ventajas del cambio rápido de haz de la antena de matriz en fase y la alta precisión de seguimiento del modo monopulso, este documento propone un método de seguimiento de haz basado en la antena de matriz en fase y la baliza de satélite, que tiene un método de seguimiento de haz rápido. Las ventajas de la capacidad de búsqueda de haz y el seguimiento de alto rendimiento, al tiempo que elimina la necesidad de giroscopios. El método se puede aplicar ampliamente al sistema de control de la antena de matriz en fase de comunicación móvil satelital y realiza la comunicación satelital estable y confiable en el estado móvil.

Diseño de principios y algoritmos

1. 1 estructura del sistema de algoritmo de seguimiento de haz

Una baliza de satélite suele ser una señal sinusoidal específica de un solo tono que se utiliza para determinar el acimut y la elevación del satélite. Para no interferir con la transmisión del canal de comunicación, la potencia de transmisión de la baliza suele ser mucho menor que la potencia del canal de comunicación. Por lo tanto, una estación terrestre fija a menudo necesita una antena de alta ganancia para compensar la falta de potencia de la señal de baliza cuando está alineada con el satélite. Por lo tanto, la estación terrestre generalmente usa la misma antena de alta ganancia para recibir señales de baliza satelital y señales de canal de comunicación por satélite, y separa la antena de alta ganancia correspondiente en el extremo posterior.Señales de comunicación y baliza. En las comunicaciones móviles por satélite, si es necesario utilizar señales de baliza para determinar los ángulos de cabeceo y acimut del satélite, es necesario recibir balizas de satélite de forma estable y fiable en cualquier actitud de movimiento del operador móvil. En este caso, solo las antenas omnidireccionales pueden satisfacer los requisitos requerimientos Recibir solicitudes. Sin embargo, la ganancia de la antena omnidireccional es demasiado baja, lo que dificulta mucho la detección de balizas y, aunque la detección se pueda realizar correctamente, el ancho de banda del sistema será muy estrecho. Esto hace que el seguimiento de satélites sea un proceso muy lento, que va en contra de la comunicación que rastrea rápidamente la posición de los satélites en movimiento de alta velocidad. Por esta razón, en el esquema de seguimiento de este documento, el problema de la relación señal-ruido de recepción se considera completamente, y la señal de la baliza se separa en la parte trasera como la estación terrestre fija tradicional, como se muestra en la Figura 1. La figura 1 es un diagrama de bloques del sistema del método de seguimiento de haz. El algoritmo divide la antena receptora de matriz en fase en 4 cuadrantes (es decir, 4 sub-matrices), y cada unidad en cada cuadrante está controlada por una lógica de control de matriz en fase unificada para controlar la dirección del haz, es decir, las direcciones de los 4 sub-arreglos son los mismos en cualquier momento, apuntando en la misma dirección que la dirección del haz principal del arreglo en fase. Para la combinación de potencia del canal de recepción del conjunto en fase, los cuatro subconjuntos realizan la combinación de potencia respectivamente, y luego cada señal de potencia combinada (un total de 4 canales) se divide en dos por el divisor de potencia, y uno de los Divisores de potencia La señal de distribución se envía al módulo receptor de seguimiento para una mayor conversión de frecuencia y procesamiento de señal digital, y la señal distribuida desde el otro canal de los 4 divisores de potencia pasa a través de un canal de 4 canales.

El combinador de potencia se combina en el canal de recepción total de la matriz en fase. Por lo tanto, para un par de antenas de matriz en fase, se necesitan un total de 4 módulos receptores de seguimiento (correspondientes a 4 cuadrantes de matrices en fase). Para la matriz en fase existente, la matriz en fase con función de seguimiento solo necesita cambiarse en la combinación de potencia final, y el costo de transformación es relativamente bajo. De acuerdo con el esquema del algoritmo, el módulo de seguimiento está ubicado después de la unidad de cambio de fase.Si se supone que el haz principal de la matriz en fase está dirigido al satélite, la entrada del receptor de seguimiento es equivalente a agregar un direccional de alta ganancia antena con una ganancia 6dB inferior a la de toda la antena de matriz en fase. Por ejemplo, para una matriz en fase con una ganancia de antena de 33dB en la banda Ku, la ganancia de antena de su módulo de seguimiento es de 27dB, lo que puede mejorar significativamente la relación señal-ruido de la baliza y aumentar el ancho de banda del sistema en comparación con el Antena omnidireccional para recibir señales de baliza, mejorando así el rendimiento de todo el sistema. 

1. 2 Modelo y algoritmo de seguimiento de haces

La figura 2 muestra el modelo de control del seguimiento del haz. Todo el sistema de control de circuito cerrado completa el seguimiento del haz dentro del rango de ángulo de -3dB del haz principal de la matriz en fase. Suponiendo que el acimut del satélite en el estado inicial cae dentro del haz principal del conjunto en fase, y hay un ángulo θ con la dirección máxima de radiación, el ángulo se puede descomponer en dos ángulos de deflexión independientes, el ángulo de elevación α y el ángulo de acimut φ. Dado que la dirección del haz principal no coincide con la dirección del satélite, existe una diferencia de fase entre las señales sinusoidales de baliza recibidas entre los cuatro canales del receptor de seguimiento que se muestra en la Figura 1, es decir, la diferencia de fase instantánea entre el seguimiento receptores 1 y 3 La diferencia de fase instantánea entre los receptores de seguimiento 2 y 4 (la diferencia de fase instantánea promedio entre los dos es Δξ, y el valor de ajuste del ángulo de paso instantáneo de la matriz en fase es ξ) refleja la compensación del ángulo de paso α; los receptores de seguimiento 1 y 2 La diferencia de fase instantánea entre los receptores de seguimiento 3 y 4 (registre la diferencia de fase instantánea promedio entre los dos como Δζ, y el valor de ajuste del ángulo de azimut instantáneo de la matriz en fase como ζ) refleja el desplazamiento del azimut φ. Entonces existen las siguientes expresiones relacionales: Δξ = 2πd1 /λ × cosα × Δα ( 1) Δζ = 2πd2 /λ × cosφ × Δφ ( 2) donde d1 es la distancia entre el centro de fase del subconjunto 1 del conjunto en fase y el subconjunto -el arreglo 3 o el subarreglo 2 es la distancia desde el centro de fase del subarreglo 4, d2 es la distancia desde el centro de fase del subarreglo 1 al subarreglo 2 o la distancia desde el centro de fase del subarreglo 3 al subarreglo 4, y λ es la longitud de onda de vacío de la frecuencia de la baliza. Usando la ecuación anterior para el control integral proporcional, usando la información de error Δξ, Δζ combinada con la palabra de control de ángulo de matriz en fase actual ξ, ζ para lograr un seguimiento de bucle cerrado a través del control integral del filtro de bucle. El diseño del filtro de bucle puede usar un filtro clásico de segundo orden, y la fórmula de transformación z es la siguiente: H( z) = 2KωnTs + (ω2 nT2 s - 2KωnTs) z -1 1 - z -1 ( 3) Ts es el intervalo de tiempo de muestreo del algoritmo de seguimiento del haz, K es el factor de amortiguamiento (generalmente 0,707), ωn es el bucle Frecuencia angular. La Figura 3 muestra los resultados de la simulación del algoritmo de seguimiento de haces (uno de los modelos de control en el ángulo de cabeceo α y el ángulo de acimut φ), dado que existen funciones trascendentales en el modelo de control, la respuesta real del sistema no es lineal. La Figura 3 muestra que las tres coordenadas corresponden a las respuestas y errores bajo tres excitaciones diferentes. Para simular la situación de choque real de los operadores móviles, como los vehículos, la función sinusoidal se utiliza como excitación para simular la vibración armónica simple, y la excitación de la señal sinusoidal simula la oscilación de una amplia gama de ángulos (0 a 1 rad, equivalente a una oscilación violenta entre 0° y 57°).

La coordenada superior en la Fig. 3 es la oscilación más rápida, y la frecuencia de oscilación es la frecuencia angular de bucle cerrado de seguimiento del haz ωn/3. La coordenada central muestra la oscilación de frecuencia de ωn/5, y la coordenada inferior muestra la oscilación de frecuencia de ωn/10. Se puede ver a partir de la señal de respuesta y la señal de error en la figura que cuanto mayor es la frecuencia de oscilación, mayor es el error del sistema de retroalimentación. Para la antena con una ganancia de 33 dBi en la banda Ku, el ancho de su haz principal generalmente está dentro de los 4° (0,07 rad). Puede verse a partir de los resultados de la simulación que la señal de error (es decir, el error entre la dirección real del satélite y la dirección del haz principal) está dentro de ±0. 07rad más o menos. Dado que la antena se divide por igual en 4 subconjuntos de acuerdo con la estructura de la Fig. 1, el ancho del haz del subconjunto es aproximadamente el doble que el del haz principal (0,14 rad), por lo que no importa cómo se golpee la portadora , su dirección satelital no excederá el ángulo del haz principal del subarreglo, para que pueda permitir un seguimiento confiable. Sin embargo, el haz principal sintético de la señal satelital real recibida ha excedido el límite superior del ángulo del haz principal de -3dB, por lo que, en general, en el caso del movimiento de la portadora, el límite superior de oscilación a gran escala es ωn /3. Durante el movimiento real del transportador, una gama tan amplia de oscilaciones es muy rara. Este esquema de seguimiento solo utiliza la información de fase de la señal de baliza recibida para implementar el seguimiento, que es diferente de la detección conjunta de amplitud y fase de la antena monopulso tradicional. Esto se debe principalmente a que la detección de la señal de amplitud debe basarse en la buena consistencia entre el circuito de radiofrecuencia y la antena para lograr una profundidad cero del haz diferencial profundo. Sin embargo, en las comunicaciones por satélite, debido a la gran pérdida de trayectoria, incluso si el la antena está bien diseñada, la señal es débil y el ruido ingresará al sistema desde diferentes caminos y, por lo tanto, sumergirá la profundidad cero del haz diferencial, lo que reduce en gran medida la precisión de detección. En este esquema, solo se extrae la información de fase de la señal de la baliza, y la fase se extrae a través de un algoritmo apropiado (como atan), que puede evitar efectivamente la influencia del ruido de amplitud en la detección, mejorando así la precisión de detección. El modelo de la Fig. 2 se detecta bajo el supuesto de que la frecuencia de la baliza recibida es la misma que la de la baliza transmitida. De hecho, dado que la diferencia de velocidad entre la portadora y el satélite provocará un cambio de frecuencia Doppler, el extremo receptor primero debe recuperar la frecuencia de la baliza correspondiente al satélite para implementar el seguimiento del haz. Dado que la señal de la baliza es una señal sinusoidal de un solo tono que no lleva ninguna información, el bloqueo de fase del bucle de Costas se puede utilizar para sincronizar la frecuencia de la baliza [7].La estructura del algoritmo correspondiente se muestra en la Figura 4.

En la Figura 4, la señal de RF de un subarreglo se convierte en una frecuencia intermedia baja después de ser reducida y filtrada, y se convierte en una frecuencia intermedia digital después de ser muestreada y cuantificada por un convertidor de analógico a digital (ADC). El oscilador de control numérico (NCO) 1 y el filtro de peine integrador (CIC) son principalmente para la conversión de frecuencia y la tasa de reducción de muestreo, de modo que el bucle Costas posterior se procesa a una tasa más baja y, al mismo tiempo, la señal de la baliza se descompone en I y Q componentes de frecuencia intermedia compleja. NCO2 convierte los componentes complejos de frecuencia intermedia en señales de CC I y Q para el cálculo de atan en tiempo real para obtener el ángulo de error.Después de pasar por el filtro de bucle, la señal de error de frecuencia se proporciona para controlar la frecuencia de NCO2 para lograr el bloqueo de fase. El filtro de paso bajo posterior de NCO2 adopta un filtro de respuesta de impulso infinito (IIR) para filtrar los componentes de alta frecuencia después de la conversión de frecuencia, y su ancho de banda de -3dB es mucho mayor que el del filtro de bucle. Similar al bloqueo del haz, el diseño del filtro de bucle del bucle de Costas puede usar un filtro clásico de segundo orden, y la fórmula de la transformada z es la siguiente: H( z) = KωnTs /π + (ω2 nT2 s /2π - KωnTs / π) z -1 1 - z -1 ( 4) Ts es el intervalo de tiempo de muestreo de NCO2, K es el factor de amortiguamiento, ωn es la frecuencia angular del bucle de Costas. Cuando la frecuencia de la baliza está correctamente bloqueada, se puede implementar el seguimiento del haz. Para los 4 subconjuntos de la Figura 1, uno de los subconjuntos se usa para el bloqueo de fase de la baliza en la Figura 4. Para los otros 3 subconjuntos, el método de demodulación es similar al de la Figura 4, excepto que hay sin filtro de bucle, y el NCO1 se usa directamente Use NCO2 como oscilador local de conversión de frecuencia. La operación de atan rápido se puede realizar utilizando el algoritmo CORDIC [8] y el uso de lógica programable a gran escala (FPGA), que tiene una alta precisión durante el procesamiento en tiempo real. Para el subarreglo bloqueado por la baliza, el ángulo después de la operación atan es de 0°, y los otros subconjuntos tienen una desviación instantánea del haz principal de la antena y la dirección del satélite, por lo que el ángulo obtenido no debe ser 0°, por lo que el ángulo que se muestra en la Figura 2 se puede extraer fácilmente de las variables Δξ y Δζ en el modelo para lograr un seguimiento de bucle cerrado. Para obtener un seguimiento estable del haz en bucle cerrado, la frecuencia angular del bucle de bloqueo de fase de la baliza debe ser mucho mayor que la frecuencia angular del bucle de seguimiento del haz.

1. 3 Inicializar búsqueda de haz

Dado que la premisa del modelo de seguimiento del haz mencionado anteriormente es que los satélites son visibles dentro del rango del haz principal del subarreglo, de hecho, el sistema no conoce la posición aproximada del acimut y el ángulo de elevación del satélite en el momento de la inicialización, por lo que Se requiere un proceso de búsqueda de inicialización.Por un lado, permite que el haz se alinee aproximadamente con la dirección del satélite, por otro lado, proporciona una frecuencia inicial aproximada para el bucle de enganche de fase de frecuencia de baliza, para que pueda transferirse al proceso de seguimiento del haz discutido anteriormente. Dado que la señal de la baliza es una señal sinusoidal de un solo tono, es fácil obtener su información espectral a través de la transformada rápida de Fourier (FFT) en el ruido.Al detectar el haz omnidireccional, la intensidad del espectro de la baliza obtenida por FFT se puede utilizar para juzgar la ubicación aproximada del satélite. El proceso de captura específico se muestra en la Figura 5. En la Fig. 5, en primer lugar, con el fin de determinar de forma efectiva la orientación del haz, el espacio a buscar se divide en varias orientaciones de haz discretas de -3dB que se cruzan. Cuando el equipo comience a funcionar, primero configure NCO1 y NCO2 en la Figura 4 a un valor inicial, y desconecte el filtro de bucle del bucle Costas para que NCO2 funcione libremente. Establezca la antena de matriz en fase en una orientación de haz, sume las señales demoduladas I y Q DC de los 4 receptores de seguimiento respectivamente y luego realice una operación FFT compleja. La importancia de la suma es mejorar la relación señal-ruido en 6dB. A continuación, anote el valor máximo en el gráfico de espectro obtenido por el análisis FFT. Si es mayor que la potencia de línea espectral máxima después de la FFT de un cierto haz obtenido originalmente, se puede considerar como un haz que puede apuntar al satélite. Al mismo tiempo, la frecuencia correspondiente a la línea espectral y el haz Anote el acimut; si no es tan potente como la potencia de la línea espectral en el haz original, continúe configurando un nuevo acimut del haz para la matriz en fase y repita el proceso anterior hasta que todos los haces estén configurados una vez. En este momento, el haz con la mayor potencia espectral corresponde a la dirección general del satélite, y la frecuencia correspondiente a la línea espectral es la cantidad que debe ajustarse para la frecuencia de la baliza en el extremo receptor. Una ligera modificación de la frecuencia de NCO2 permite el bloqueo de fase de la baliza de bucle cerrado y el seguimiento del haz. En el proceso de seguimiento del haz, también es necesario monitorear la potencia de la baliza en tiempo real (es decir, I 2+Q2 de las señales I y Q demoduladas de cada subarreglo). umbral, indica que el seguimiento falla y se debe volver a ingresar al proceso de búsqueda.

 2 Implementación de hardware de algoritmos y resultados y análisis de pruebas

De acuerdo con el esquema de algoritmo mencionado anteriormente, una antena de matriz en fase de recepción con una ganancia de 33dBi está diseñada para recibir programas de TV del satélite en vivo "Zhongxing 9" de banda Ku. La estructura de la matriz es una matriz planar bidimensional rectangular (16 unidades × 16 unidades), la antena de la unidad es una antena helicoidal, polarización hacia la izquierda, el ángulo de exploración, el paso y el acimut horizontal son ambos de 60° y el tamaño de la matriz es 32 cm × 32 cm. Usando el esquema de fusión de subarreglo que se muestra en la Figura 1 (8 unidades × 8 unidades por subarreglo), las señales de 4 vías después de pasar por la red de división de potencia ingresan al receptor de seguimiento. La frecuencia de baliza de "China Satellite 9" es 12. 199 GHz, el receptor de seguimiento obtiene de 10 a 3 conversiones de frecuencia. 7MHz baja FI. Para el receptor de seguimiento de 4 vías, los 3 osciladores locales de las 3 conversiones de frecuencia son proporcionados por un divisor de potencia unificado para lograr una recepción coherente. 4 vías 10．La frecuencia intermedia de 7MHz es muestreada por ADC de 4 canales y se convierte en una señal de frecuencia intermedia digital de 4 canales e ingresa a FPGA para su procesamiento. FPGA adopta EP3C25Q240 de Altera, que se utiliza para realizar NCO1, filtro CIC, NCO2, filtro IIR, atan (I/Q) (CORDIC) y filtro de bucle Costas en la Figura 4. FFT, búsqueda de haz y algoritmos de seguimiento de haz se realizan principalmente en el sistema DSP con TMS320C 6713 de TI como núcleo. Para lograr una buena estabilidad de fase, la matriz en fase se integra con el receptor de seguimiento de haz y la placa de procesamiento FPGA/DSP, y se conecta mediante cables semirrígidos para garantizar que las características de fase no cambien con la vibración de la matriz. Antes de implementar este algoritmo, el instrumento corrige todos los errores de fase fijos, incluido el error de fase entre las unidades de matriz en fase, el error de fase entre la red de distribución de energía de matriz en fase y el receptor de seguimiento de 4 vías, y la recepción de 4 vías La fase error introducido por el propio circuito de la máquina, etc. La figura 6 es una foto física de la antena de matriz en fase con circuito de seguimiento.

El experimento se divide en dos partes, verificación en cámara anecoica de microondas y recepción en vivo al aire libre. En la cámara anecoica de microondas, para verificar la exactitud del algoritmo de seguimiento del haz, la fuente de señal se utiliza en la cámara anecoica de microondas para generar una señal de un solo tono equivalente a la intensidad de la señal de la baliza satelital "China Star 9" ( la potencia que llega a la superficie de la matriz en fase es de aproximadamente -150dBm). Divida la matriz en fase en varios haces de intersección de -3dB, configure la matriz en cada dirección de haz, mida el patrón una vez y dibuje todas las direcciones de haz en una coordenada. Si se logra un seguimiento estable y confiable, ejecute el algoritmo de seguimiento por fin. el patrón de debe ser el sobre superior de todos los patrones. La figura 7 es el resultado de la medición de la cámara anecoica. Se puede encontrar claramente a partir del resultado de la medición que la superficie superior de un solo haz coincide muy bien con el patrón del haz de seguimiento, y el error es 0. Dentro de 5dB, refleja el seguimiento de haz fino y estable del algoritmo. 

El experimento al aire libre consiste en recibir la señal de TV en vivo por satélite para verificar la corrección del algoritmo de seguimiento del haz. La antena de matriz en fase que se muestra en la Figura 6 se instaló en el techo de un "Iveco" modificado. La señal satelital se puede recibir de manera estable y confiable cuando el vehículo avanza y gira. Dado que el ángulo de exploración (inclinación, acimut) de la matriz en fase está limitado a 60°, el experimento de campo solo puede recibir señales de satélite dentro del ángulo de acimut de 60°, por lo que el experimento del vehículo solo se puede realizar a ±30° del satélite. ángulo de acimut Experimente con dirección, baches, etc. La Figura 8 es la escena de prueba de campo instalada en el vehículo experimental. Independientemente de si el vehículo se está moviendo o no, puede buscar satélites en unos 2 segundos después de encender el vehículo y entrar en el estado de seguimiento. En el estado de seguimiento, puede recibir de manera estable y confiable todos los programas de TV en vivo (rango de frecuencia 11. 7 ~ 12. 2 GHz) de polarización para zurdos del satélite "China Star No. 9". 

La Figura 9 muestra la calidad real de la señal de un decodificador de receptor de satélite. A juzgar por el efecto de la recepción, es lo mismo que 0. La calidad de la antena parabólica de calibre 4 m es comparable, lo que refleja el buen rendimiento de recepción de la antena de matriz en fase y la estabilidad del algoritmo. En la Figura 7 se puede ver que, dado que el seguimiento del haz implementa el seguimiento en bucle cerrado en el haz principal de la antena de conjunto en fase, la dirección del haz principal de la antena de conjunto en fase se puede alinear estrictamente con el satélite en un estado estable sin razones algorítmicas que conduzcan. a una disminución en la ganancia de la antena receptora. Por lo tanto, se puede utilizar una matriz en fase con una apertura más pequeña para lograr aproximadamente el mismo efecto de recepción móvil que una antena parabólica.

 

De acuerdo con los resultados de medición reales de la recepción de satélites móviles de matriz en fase, se puede ver que el algoritmo propuesto en este documento es factible experimentalmente, la complejidad del algoritmo no es alta y el satélite de seguimiento es estable y confiable. Al realizar el seguimiento, la ganancia de la antena de matriz en fase se puede utilizar por completo para lograr un seguimiento de estado estable sin errores de haz. Dado que el método FFT se usa para inicializar la búsqueda de balizas satelitales y determinar la dirección de los satélites, tiene una respuesta rápida para iniciar la búsqueda de estrellas (mucho más rápido que la velocidad de inicio de las antenas móviles que usan GPS o Beidou y otros satélites). sistemas de posicionamiento), y no depende de la asistencia de otros sistemas (en particular, no depende de la asistencia de equipos mecánicos como giroscopios), y la confiabilidad del sistema se mejora aún más. El ancho de banda de bucle cerrado del algoritmo de seguimiento de haz en este experimento es de aproximadamente 60 ~ 100 Hz. De acuerdo con el cálculo de los resultados de la simulación, aún puede rastrear satélites de manera estable y confiable incluso con 20 sacudidas violentas por segundo. Por lo tanto, utilizando el esquema de seguimiento de haz propuesto en este documento, las ventajas de la agilidad del haz de matriz en fase se pueden utilizar por completo para lograr una alta movilidad y un gran seguimiento dinámico de los satélites. 

3 Conclusión

Este documento propone un algoritmo de seguimiento de haz de antena de satélite móvil para antenas de matriz en fase basado en señales de baliza de satélite y realiza una verificación experimental. El algoritmo es simple y fácil de implementar, y tiene las ventajas de una búsqueda rápida de satélites y una alta precisión de seguimiento. El algoritmo solo se basa en la detección de balizas satelitales, sin la asistencia de sistemas de posicionamiento satelital como GPS, sin la asistencia de giroscopios, y tiene una alta confiabilidad del sistema. Después de una mejora adecuada, el esquema de algoritmo se puede usar ampliamente en varias antenas de comunicación móvil por satélite para mejorar el rendimiento de la antena, reducir la dependencia de otros sistemas y mejorar la confiabilidad.