船载动中通天线常见对星模式

船载动中通天线常见对星模式

参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/1926402575399364167 功率检测型载波跟踪
参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/1927504097524811537 DVB跟踪

 

船载动中通这类需要动态对准卫星的系统中，常用的六种“对星”（即天线指向并锁定目标卫星）的操作模式。每种模式利用不同的信号或方法来判断天线是否精确对准了卫星，从而驱动伺服系统进行调整。

下面是对每种模式的详细解释：

1. 信标跟踪 (Beacon Tracking)

   • 原理：这是最经典和可靠的对星方式之一。通信卫星会专门发射一个不携带业务数据的、持续不断的“信标”信号。这个信号通常是窄带、高功率的连续波（CW）信号，频率和极化方式固定。
   • 工作方式：地面终端（如船载天线）不需要解调任何数据，只需使用一个简单的功率检测器来测量接收到的信标信号的强度（功率）。天线伺服系统会不断调整天线指向，目标是使检测到的信标信号功率达到最大值。当功率最大时，就意味着天线已经精确对准了卫星。
   • 优点：信号简单、稳定、抗干扰能力强，即使在信号较弱时也能检测到。
   • 缺点：依赖于卫星发射信标，如果信标故障或未开启，则无法使用。

2. 载波跟踪 (Carrier Tracking)

   • 原理：与信标跟踪类似，但跟踪的对象是正在传输业务数据的载波信号本身，而不是专用的信标。
   • 工作方式：地面终端同样通过检测这个业务载波信号的功率强度来实现对星。当接收到的业务载波信号最强时，天线即对准卫星。
   • 优点：无需依赖专用信标，只要有业务信号在传输即可。
   • 缺点：如果业务信号本身不稳定、被关闭或功率较低，跟踪效果会受影响。抗干扰能力通常不如专用信标。

3. DVB信号跟踪 (DVB Signal Tracking)

   • 原理：这是目前非常主流且更智能的对星方式，尤其在使用DVB-S/S2/S2X标准传输数据的系统中。DVB信号是经过复杂调制（如QPSK, 8PSK, 16APSK等）和编码的宽带信号。
   • 工作方式：地面终端不仅接收信号，还需要对接收到的DVB信号进行解调、信道估计和质量评估。系统会计算一个关键指标——载噪比（C/N0）。C/N0比单纯的信号功率更能反映信号的质量和通信的可靠性。
   • 工作过程：天线控制器（ACU）实时监测C/N0值。伺服系统会微调天线指向，目标是使C/N0达到最大值。当C/N0最优时，不仅信号最强，而且误码率最低，通信质量最好。
   • 优点：精度高，能实现最优通信性能，是现代动中通系统的首选。
   • 缺点：需要更复杂的接收和处理电路，对信号有一定要求（需要存在可解调的DVB信号）。

4. 参考星跟踪 (Reference Star Tracking)

   • 原理：当目标卫星的信号暂时不可用（例如，被遮挡或关机）时，系统可以利用天空中另一颗信号强、位置已知且靠近目标卫星的卫星作为“参考”。
   • 工作方式：天线先对准这颗信号良好的“参考星”。由于参考星和目标卫星在天空中的相对位置是已知的（通过星历数据计算），系统可以根据这个相对位置，将天线指向偏移一个固定的角距离，从而大致指向目标卫星的位置。
   • 优点：在主信号丢失时提供一种“保持指向”或“快速恢复”的能力，提高系统鲁棒性。
   • 缺点：精度不如直接跟踪目标卫星，因为需要依赖星历数据的准确性，并且两颗卫星的轨道漂移等因素会影响精度。

5. 程序跟踪 (Program Tracking / Predictive Tracking)

   • 原理：这是一种“开环”跟踪方式，不依赖实时接收的卫星信号，而是基于预先计算好的指向数据。
   • 工作方式：系统（ACU）根据GPS获取的本船实时位置、精确的时间以及目标卫星的星历（轨道参数），通过内置的算法实时计算出天线应该指向的方位角和俯仰角。伺服系统则按照这个计算出的指令去转动天线。
   • 应用场景：常用于卫星信号短暂中断（如过桥、进隧道）后的快速重捕，或作为其他跟踪模式的辅助。在信号良好时，通常会结合闭环跟踪（如DVB跟踪）进行微调。
   • 优点：不依赖信号，只要有位置和时间信息即可工作。
   • 缺点：精度依赖于星历数据的准确性和系统时钟的同步，长期使用会产生累积误差，通常需要与其他闭环跟踪模式结合使用。

6. 手动跟踪 (Manual Tracking)

   • 原理：完全由操作人员通过手动控制来调整天线指向。
   • 工作方式：操作员通过控制面板或软件界面，手动输入指令让天线向左、右、上、下移动，同时观察接收信号的指示（如信号强度条、C/N0数值），直到信号达到最佳状态。
   • 应用场景：主要用于系统安装调试、故障排查、或在自动跟踪模式完全失效时的应急操作。
   • 优点：简单直接，不依赖复杂的自动控制系统。
   • 缺点：效率低，精度差，完全依赖操作员经验，不适合动态环境（如航行中的船舶）。

总结来说，现代船载动中通天线通常会综合运用多种对星模式。例如，开机时可能先用程序跟踪快速指向大致位置，然后切换到DVB信号跟踪进行精确锁定；在信号丢失时，可能切换到参考星跟踪或程序跟踪来保持指向；而信标和载波跟踪则作为基础或备用手段。手动跟踪则是最后的保障。这种多模式融合的设计确保了系统在各种复杂海况和信号环境下都能稳定可靠地工作。

 

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