天线控制系统在卫星地球站的应用

拜娟娟

（作者单位：河南省广播电视发射台）

天线控制系统在卫星地球站的应用

拜娟娟

（作者单位：河南省广播电视发射台）

卫星地球站中关键设备之一就是卫星发射天线，河南地球站7.3m和12m卫星天线配备的天线控制器为Vertex R BI 7200。本文主介绍天线控制系统的组成、天线跟踪原理和ACU的基本功能、基本操作及维护。

天线控制系统；ACU；步进跟踪

卫星发射天线是保障卫星地球站完成安全优质播出工作的最后一个环节。同步通信卫星相对地球站其位置是几乎静止地，河南地球站使用7.3m和12m的大口径卫星天线，这种天线半功率角较小，当出现卫星飘移或天线指向发生偏离时，上行方向的全向辐射值功率值就降低，这会使卫星链路的正常传输产生异常。地球站必须有一套天线控制系统来确保天线波束中心始终对准卫星。河南地球站选择了跟踪精度稳定可靠、性能良好的Vertex RBI系列的天线控制系统。本文介绍了此系统的组成、主要功能及其维护，重点讲述天线跟踪原理和操作。

1 天线控制系统的组成

天线控制系统（ACS）是由手动控制与自动控制相结合的一种天线控制系统，它由7200ACU、Model 7150驱动单元、RSI Model 253跟踪接收机和方位（Az）、俯仰（El）、极化位置（Pol position）传感器组成。该系统能够进行精确定位，使天线束精确地指向卫星，对卫星进行跟踪。将天线的电轴对准被观测的目标，跟随给定的指令位置，跟踪精度高。

1.1 7200天线控制单元（ACU）

天线控制系统的核心部分是天线控制单元，采用先进的数字控制算法，可对天线实施各种控制策略，完成多星跟踪及多种跟踪方式等功能；存储所有软件和各种参数。另外，天预留有RS485/RS-422/RS-232和以太网远控接口，以便与监控计算机实现双向数据通信。

1.2 天线驱动单元（ADC）

天线驱动柜由逻辑控制电路、环路控制电路、功率放大器和执行电机驱动单元。天线控制单元对传感器送来的位置变化信息进行分析和处理，并对控制信号进行功率放大，驱动电机推动天线按天线控制单元的指令速度转动。跟踪速度则可以根据需要在变频器上设置。

1.3 位置传感器

位置传感器可反映实时位置变化信息，根据旋转变压器轴的位置变化产生变化的正余弦模拟信号，再通过RDC和相应的软件转换成可以识别的角度信号。它的电气误差是直接决定卫星测控和跟踪精度的重要因素之一。

2 天线跟踪卫星的原理

信标跟踪接收机将收到的卫星信标信号，用A/D变换将模拟量变换成数字量，输出给控制计算机，控制计算机根据数字信号判断模拟信号的大小，给出天线旋转方向信号和步进电机的步数或旋转速度，以步进的方式逐渐接近跟踪目标。

控制计算机输出内含有天线转向和转速信息的数字信号，通过D/A交换成模拟信号，去控制电机旋转。来自轴角编码器的天线位置信号进入控制计算机，构成一个闭环控制系统。当操作人员把轴角数据输入到控制计算机后，计算机能自动驱动天线转动到操作人员指定的位置上，实现计算机的自动程序跟踪，实现跟踪功能。

3 7200 ACU的主要功能及基本操作

7200天线控制器（ACU）为用户提供了一个标准的天线位置控制方式以及几种不同的自动跟踪模式。它可保存50个目标的基本数据，将每个目标的跟踪方式、跟踪信号频率、斜率、方位和俯仰等参数进行记录，这样能通过调用目标名称很快将天线对准所需目标，大大增加了系统使用的便利性。

3.1 7200 ACU的操作界面和主要功能

ACU用户界面为用户提供直接的、友好的操作平台。包括显示基本信息（方位、俯仰角），用户当前所选菜单以及菜单下的任务项，系统故障。若有多种故障信息，将以一秒间隔连续滚动显示，并伴有声音告警。

ACU的主要功能：待机；手控；直接跟踪；远程控制；自检功能；状态控制及故障告警功能。主菜单中主要包括 Return to standby（stop tracking）Function、Tracking function Clear/Correct system faults Function、Set user level （and passwords）、Display system status和Edit system configuration。

3.2 7200 ACU的基本操作

7200 ACU的功能较多，由于同步卫星相对于天线是静止地，配置完成对星所需的经纬度、俯仰角、方位角之后，通常还可以设置替他的环境目标，即维修用环境目标。另外，可查阅目标信息和工作状态。

3.2.1 设置新增环境目标

由于天线系统极易受到外部天气的影响，尤其是积雪，会出现雪衰，造成信号发射故障。所以，故可预先设置一个维修目标。一旦配置完成，搜寻开始，目标名字被跟踪到就会显示出来，大大减少紧急抢修时的操作时间。完成此项任务可以在Main menu 中选择Edit a New or ExistingTarget Menu菜单项中进行操作。

具体的操作过程如下。

1）在Main menu 选中Edit a New or Existing Target Menu，回车，出现目标选择菜单为25空行，可命名新的目标名字，例如可设为“6B”。

2）在Edit selected target菜单中会出现设置好的目标名称和其他选项。例如：Tracking mode是默认值不变，只需要选择最后一项Edit target parameters。

3）在Look angle target parameters菜单中输入方位角和俯仰角的值。然后返回，等返回到Edit a New or Existing Target菜单时会出现是否保存的英文问句界面，选择“Yes”，并回车。到此，添加维修用目标就已完成。

3.2.2 查询设置目标

3.2.2.1 进入Step tracking

在主菜单窗口下选择Tracking function，在此菜单中选择Immediate tracking，找到Edit immediate target，可以观察跟踪方式确为Step track；按PRIOR键退回上级菜单，选中Track immediate target，出现是否保存此操作，选择Yes，此时就会进入步进跟踪方式，查询信息。

3.2.2.2 退出Step tracking

在主菜单（Main menu）或者跟踪功能菜单窗口下，选择Return to Standby（Stop tracking）；然后按回车键，会出现确认是否保存此操作的界面，选择Yes再按回车，即完成退出操作。

3.2.2.3 进入Manual antenna control

在 主 菜 单 下， 选 中Tracking function，在此菜单中选择Manual antenna control，进入手动天线控制窗口，此时可以用左右箭头调整方位角，用上下箭头天线俯仰角，根据需要调整天线的指向；按PRIOR键退回上级菜单或回到主菜单，并保存此操作。

3.3 日常操作工作中的注意事项

由于河南地球站的性质，要求卫星发射天线使用同步卫星，天线控制系统平时处于待机（Standby）状态，ACU不能向天线任何轴发出移动命令。AZ和EL马达控制器加电，但是不启动。检修时采用步进跟踪（Step Track）方式修正发射天线的AZ/EL，以保持发射天线的最佳姿态。

VERTEX 7200设计有故障自动检测和指示功能，是一个由高功率和高集成度电路组成的设备，保持设备通风和稳定的温、湿度非常重要（10≤C≤20℃，湿度≤60%）。在日常维护中，注意随时清洁设备通风网和灰尘，室外保护开关则要注意防水和定期除尘。

4 结语

本文通过对天线控制系统（ACS）组成的剖析、基本操作的归纳以及对跟踪原理的分析，使工作人员对整个系统有了较为清晰地认识。这样不仅可以提高紧急检修时的工作效率，还可以减少误操作的概率，保障了卫星地球站的安全播出。

[1]魏立.卫星地面站发射天线的调整与跟踪[J].卫星与网络,2008(Z1).