“四点”式步进跟踪算法的解析与实现

面和俯 仰面调整方 向和具体调整步距 ，最后驱 动天线方位 面和俯仰面 同时 向场强变大的方向
调 整 ，实现 快 速 跟 踪 。
样处理、 存储记忆 、比较判断等， 一般情况下 ，
经过若干次搜索，井确认 天线应该转动的方 向 后 ，天线就回到原来位置 ，然后再 向卫 星方 向 转动一个调整步。 常用 的步 进跟 踪过程 中，天 线进动 通常 采用方位面和俯仰面 交替调整方式 ， 类似画 “ 十
纬 度 和 同 步 卫 星 ｓ的星 下 点 经 度 ，根 据 相 关 公
放大 、变频 、解调 ，经数据处理后送天线控制
单元 ；天线控制单元根据信号大小确定电机的
转向，控制天 线驱动单元的驱动信号输出 ，通 过方位 、俯仰驱动装置带动 天线动作。天线步 进跟踪寻找信 号最大值 的过程类似于 “ 爬 山” 过程 ， 需反复、多次调整天线方位和俯仰指 向， 直 到接 收到 的信 号 最 强 为 止 。
在 天线 主波 束范 围 内，场 强方 向图近 似
为 高斯 分 布 ，可 表 示 为 ：
Ｅ （ ＝ Ｐ 式中 ： 』 … … …… … （ １ ）
Ｅ （ ） 一天线偏离主波束 方 向上的场强； Ｅ 一 天线主波束方向的最大场强 ；
一
偏离天线主波束方 向上的角度 ；
图 ３示意 ，假 设 天线初 始位置 为 Ａ点 ，首先
依 次 按俯 仰 上 转 、方 位 逆 转 、俯 仰 下 转 的 顺 序
式 町以计算出 Ａ站天线指向 ｓ星工作的方位、 俯仰角度。 由于星体的漂移、大气折投射 引起 的波束指 向地起伏等原因 ，天线的指向常常偏 离计算方 向，因此通常配备天线伺服跟踪设备 保证天线能够稳定可靠地对准卫星 ，从而使通 信系统能够保持正常工作。 天线 跟踪 卫 星的方 法有 手动跟 踪、程序
字”过程 ，保持俯仰 轴不动调整方位 ，再保持
方位轴不动调整俯 仰，反复往返 多次，直 至天 线接收到的信号达到最大值后 ，才停止 跟踪。 “ 十字”跟踪过程逻辑关系简单 ，容易理 解， 易于编程实现 ，但容易受干扰的影响引起误动
最终的跟踪到位。相对于 “ 十字 ”而言 ， “ 四
跟踪和步进跟踪三种。
试探 Ｂ点 、ｃ点、Ｄ点，完成 “ 四点”搜索步 动作，获取各点场强 电平 Fra Baidu bibliotek、ｖ 。 、 、 ，
然 后 判 断 电平 相 互 之 间的 强 弱 关 系 ，确 定 方 位
２ “ 四点 ”跟 踪
步进 跟踪 中，天线 的进 动分为 搜索 步和 调整步两种。搜索 步动作 后，需对信号数据取
方位 偏 角 、俯 仰 偏 角 的 三 维 立 体 关 系 设计 。 见
步进 跟 踪系 统原理 框 图如 图 ２所示 。天 线接收 到的信标信号经下变频器变换成中频信
号 ，进 入 跟 踪 接 收 机 ；跟 踪 接 收 机 将 中 频 信 号
天线 系统是 卫 星通 信地 球站 的重 要组成 部分之一 ，是实现正常接收卫星转发的信号和 向 卫 星 发 射 信 号 的设 备 。已 知地 球 站 Ａ 的 经 、
察卫 星的方位角和俯仰角随时间变 化的数据 ） ， 并将它和天线位置角度值进行统一处理 、 运算、 比较 ，得 出卫 星轨道和 天线实 际角度在标准时 间内的角度 差值 ，并据此驱动天线 ，消 除误差 角 ，使天 线一直指 向卫星。 受各 种条件 限制 ，通 常 很难计 算 出长时 精 确的卫星轨道 数据 ，因此手动跟踪和程序 跟踪都不适合于对 卫星进 行连续地精确跟踪 。 自动跟踪包括步进跟踪和单脉冲跟踪两类 。单 脉冲跟踪 虽然能 实时检测指 向误差 、瞬时消除 偏 差角，跟踪精度 好，但硬件投入成本高 。因 此在满足系统指标 的前提 下，步进跟踪 因较好 的性 价比而被广 泛采用 。
（ Ｖ ＋Ｖ ） 一（ Ｖ ｃ＋Ｖ Ｄ ） ・ － ‘ ・ ・ 。 ＿ ‘ ‘ 。 ‘ ‘ … （ ２ ）
＝
（ Ｖ ＋Ｖ ｆ ） 一（ Ｖ ＋Ｖ Ｄ ） ‘ ‘ ’ 。 …・（ ３ ）
当 Ｉ ＜ ６时，停止方位面调整 ；当 ｌ 欢ｌ ＜ 时 ，停止俯仰面调 整 ；当上述两个 条件全部满 足 时 ，可认 定 “ 四点 ” 已跟 顶 ，跟 踪 完 成 。 四点跟踪主流程如 图 ４所示。 在 “ 四点” 跟踪过 程 中，虽然 电平 的瞬 间跳变也会造成跟踪 中某一步的误调整 ，引发 跟踪摇摆 、使得跟踪时间过长，但很少 会影响
一
天线的半功率波束宽度 。 图１ 为 归一 化的 天线波 束偏 离 中心角度 与 信 号 场 强 的 关 系示 意 图 。
【 关键 词 】 步 进跟 踪 十 字跟 踪 四 点 跟 踪
图２ ：步进跟踪 系统原理框 图 成方位调整方 向误断 ，随之造成其后 的俯仰方 向调整失常 ，最终造成跟踪过程失败。 为 弥补 “ 十字 ”跟踪 的不 足之 处、提 高 跟踪抗 干扰能 力，在工程实践过程中设计出－ 一 种 “ 四点 ”式 步 进 跟踪 算 法 。它 基 于 信 号 电 平 、
设跟踪 容差为
＝
，令 ：
手动 跟踪 是根 据 时间变 化的规 律 ，利用 频谱仅等辅助手段监视卫 星信号 ，用人工按时 调整 天线的指向 ，使接收到的卫星信号最强 。 程序 跟 踪是连 续计 算或通 过其 它途 径获
取 卫 星轨 道 预 报 的 数 据 （ 即在 地 球 站 所 在 地 观
网络与通信 ・ Ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ＆Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
“ 四点 ”式步进跟踪算法 的解析与实现
文／ 林云英 秦 顺 友
大值 ，使天线逐步对准卫星。由于它可简化 馈
源、省略跟踪模耦合器 、用一般的信标接收机 替换复 杂的单 脉冲跟踪接收机 ，目前 已成为卫 星地球站的主要跟踪手段。