基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统

庄杰

【摘要】由于卫星电视天线载体的姿态变化速率大于波束的步进速率，导致步进跟踪误差较大，降低了卫星电视天线跟踪精度，由此提出并设计了基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统。通过GARMIN-25型号 GPS接收机、FNN-3300S型号电子罗盘和16 位 80C196MC单片机设计系统硬件;利用宽带多媒体技术将接收到的卫星电视天线信号通过驱动器发送到特定服务器，以此修正波束的步进速率，完成卫星电视天线自动跟踪系统设计。实验结果表明，与传统系统对比，所设计系统的卫星电视天线自动跟踪精度较高，跟踪时间较短。

【关键词】宽带多媒体技术;卫星电视天线;自动跟踪系统;

1. 引言

随着社会的进步和信息化技术的提高，人们对移动中通过卫星网路接收卫星电视节目的需求越来越大，而随着卫星电视地面接收站的增长，卫星电视天线跟踪已由过去的模式转变为智能化自动跟踪模式。利用陀螺仪、电子罗盘、全球定位系统（GPS）模块的组合、测量移动载体中卫星电视接收天线方向的变化，并通过伺服驱动系统控制天线的转动，使得天线中心轴始终对准所接收卫星。而卫星通信系统的载体是处于不断运动中的，运动的情况比较复杂，这些变化使天线波束可能偏离甚至找不到卫星，而要解决这个问题就要靠天线的稳定跟踪系统。近年来，随着学者对卫星电视天线自动跟踪系统的深入研究，取得的成果也越来越丰硕。但传统的卫星电视天线自动跟踪系统跟踪效果较差，延长了卫星电视天线自动跟踪时间，由此本文通过宽带多媒体技术对卫星电视天线自动跟踪。

2. 基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统

卫星电视天线自动跟踪系统由硬件和软件两部分组成，其中，硬件设计包括GPS接收机、电子罗盘和单片机组成;软件部分主要利用宽带多媒体技术对波束的步进速率进行修正，从而完成卫星电视天线自动跟踪。

2.1 系统硬件设计

2.1.1 GPS接收机

GPS模块选取GARMIN公司的GARMIN-25，它拥有12并行通道，可同时跟踪12颗卫星，瞬间锁定可视卫星，重捕速度快，跟踪效果极高，全屏蔽封装使其具备优秀抗电磁干扰特点。有两个RS-232串行口，传输标准的NEMA V2.0数据，数据格式ASCII/二进制可设置。GPS接收机的功能是接收GPS卫星发送的导航信息，并将这些信息显示在显示屏幕上或通过输出端口输出。GPS接收机如图1所示：

2.1.2 电子罗盘

电子罗盘又称数字罗盘，用来测量载体的航向，横摇，纵摇姿态角，应用于导航和定位系统中，利用电子罗盘指示方向，其具有体积小、灵敏度高、功能强的特点。本文选用Honey Well公司生产的FNN-3300S电子罗盘，由三轴磁阻传感器和一个充有液体的两轴倾斜传感器组成，通过以上两个传感器测量方位角，实现精确定位，同时该装置带有非铁磁性金属外壳，可以安装固定在任何一个平台上。电子罗盘如图2所示：

2.1.3 单片机

本文采用两片16位单片机80C196MC的雙CPU结构，其拥有各自独立的外围电路，能够扩展EPROM程序存储器电路，两单片机通过一片双口RAM IDT7130进行高速数据交换。

2.2 软件设计

卫星通信系统的载体是处于不断运动状态，引起天线波束指向严重偏离卫星，由此进行步进跟踪来完成对卫星电视天线的跟踪，从而保证接收到最佳的卫星信号。如果移动载体在天线步进期间的姿态变化大于一个步长，即使天线是朝着减小偏差的方向运动，但是由于载体的姿态变化速率大于波束的步进速率，随着时间的积累，卫星电视天线最终也将完全偏离卫星方向，导致步进跟踪误差较大。而宽带多媒体技术可以修正波束的步进速率，提高跟踪效率，从而缩小卫星电视天线跟踪时间。假设系统有m个驱动器，n个服务器， p个卫星电视信号，则利用宽带多媒体技术将接收到的卫星电视天线信号通过驱动器发送到特定服务器q的最大速率为：

通过宽带多媒体技术对波束的步进速率进行修正，使其大于载体的姿态变化速率，减小步进跟踪误差，从而实现卫星电视天线自动跟踪。

3. 实验结果与分析

3.1 实验环境与参数设置

为验证本文设计的基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统在实际应用中的性能，在实际应用过程中的应用性能与效果，采用B/S架构、Inter i3-3110M服务器，内存与硬盘分别为6G和500G。服务器内软件使用：操作系统和驱动分别为Windows7和mysql-connector-5.1;脚本语言和数据库分别为php和sqlite3;开发工具为Eclipse3的环境下进行仿真实验。设置发射频率为5.59GHz，最大转速方位为12°/s，俯仰为8°/s，中断间隔为50ms。

3.2 跟踪精度

通过上述实验环境和参数设置，采用基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统、基于惯导的遥测天线跟踪系统和卫星天线极化向量的跟踪系统，对卫星电视天线跟踪精度进行对比分析，对比结果如图3所示。

根据图3可知，随着实验次数的增长，三种系统的卫星电视天线跟踪精度也呈逐渐上升的趋势，而本文设计的基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统的卫星电视天线跟踪精度最高可达100%，基于惯导的遥测天线跟踪系统和卫星天线极化向量的跟踪系统的卫星电视天线跟踪精度最高只有89%和92%，本文设计的基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统的卫星电视天线跟踪精度最高。

3.3 跟踪时间

为了进一步验证本文系统的有效性，对基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统、基于惯导的遥测天线跟踪系统和卫星天线极化向量的跟踪系统的卫星电视天线跟踪时间进行对比分析，对比结果如图4所示。

根据图4可知，当迭代次数为5时，基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统的卫星电视天线跟踪时间比基于惯导的遥测天线跟踪系统和卫星天线极化向量的跟踪系统的卫星电视天线跟踪时间短，基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统的卫星电视天线跟踪时间在142s内，而基于惯导的遥测天线跟踪系统和卫星天线极化向量的跟踪系统的卫星电视天线跟踪时间均在160s内。说明本文设计系统的卫星电视天线跟踪耗时较少，提高了跟踪效率。

4. 结束语

根据传统的卫星电视天线自动跟踪系统存在卫星电视天线跟踪精度低、跟踪时间长的问题，本文设计了基于宽带多媒体技术的卫星电视天线自动跟踪系统。通过系统硬件设计和软件设计两部分完成卫星电视天线自动跟踪系统设计。实验结果表明，本文设计的系统提高了卫星电视天线自动跟踪精度，缩短了跟踪时间。为我国的卫星直播电视的研发与发展，提供了新的可行性方法。

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