面向多波束衛星通信網絡的步進跟蹤方法*

劉 越,黃 印,何江濤,趙 誠,孫永磊,楊 健

(北京遙感設備研究所,北京 100854)

0 引 言

衛星通信可滿足未來通信網絡廣域覆蓋、海量終端泛在接入的需求。由于星地傳輸距離遠、衰減大,衛星通信的用戶終端天線通常為具有指向性的定向天線,以提高無線傳輸速率和用戶服務質量。這種情況下,用戶終端需時刻將天線波束對準衛星,實現衛星跟蹤,要求天線具有波束快速掃描的能力[1-2]。在相控陣天線中,多個天線單元在空間排布形成天線陣列,通過實時改變每個天線單元的傳輸相位即可控制波束指向,波束切換時間僅為ns量級。相控陣天線以其剖面低、波束捷變能力強的優勢,廣泛應用于車載、船載、機載等衛星通信終端中[3-4]。

一般情況下,為實現衛星跟蹤,應已知在相同坐標系下終端天線的位置姿態信息和衛星位置,通過波束指向執行角度的解算實現程序跟蹤[5]。但是,在特殊地形地貌條件或強電磁干擾環境下,終端的位置姿態信息可能無法獲得。此時,終端可捕獲并跟蹤衛星定時發出的信標信號,通過比較波束在不同指向時信標的能量判斷衛星位置,實現信標自動跟蹤。常見的自動跟蹤方法有單脈沖跟蹤、圓錐掃描跟蹤以及步進跟蹤。相比于步進跟蹤,前兩者跟蹤精度高,但饋電系統和結構設計復雜,整機成本高[6-7]。

為提高吞吐量,衛星通信網絡正在向多波束發展[8],多個點波束代替寬波束進行區域覆蓋,不同波束間頻率復用,每個波束的覆蓋區域可動態調整。……