Способ наведения остронаправленной наземной антенны

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для непосредственного п.риема спутникового телевидения. Способ включает установку антенны в точке с широтой места Ош на осинаклоненной в меридианальной плоскости на угол Р = 0,707 sln2 скш от Земной оси в сторону экватора, а электрическую ось антенны ориентируют под углом -д- +У ~ft к оси вращения, где у = arctgsin CCui~ор ,jb_..-.- : Кзем - радиус Земли;Порб/Кзем COS uaiRop6 - радиус геостационарной орбиты, что позволяет расширить сектор обзора геостационарной орбиты с сохранением точности наведения.7 ил.Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в антенных устройствах, осуществляющих прием сигналов или связь со спутниками, расположенными на геостационарной орбите, например, в системах индивидуального или коллективного приема телевидения из космоса.На фиг;t показана геометрия задачи. Для осуществления качественного приема сигналов, поступающих с геостационарного спутника (фйг.2), электрическую ось антенны ME, совпадающую с направлением максимального приема, необходимо точно установить на спутник пх по двум угловым 'координатам: углу места и азимуту. Эти координаты могут Ь^гь предварительно рассчитаны по известной широте Ош места Установки остронаправленной антенны й^лр известным координатам спутника пх 0( '^ 6^ 1,2,...)на небесной сфере. Поэтому воёщем случае ориентирования электрической 0сй антенны на спутник необходимо иметь опорно-поворотное устройство (ЬПУ), о15еспечивающее перемещение оси антенны пЪ углу места (в вертикальной плоскости) и ло'азимуту (в плоскости горизонта) до требуемых значений.Однако, применительно к спутникам, расположенным на геостационарной орбите, задача может быть упрощена и сведена к одному вращательному движению антенны вокруг некоторой специально выбранной оси.Все геостационарные спутники располагаются в экваториальной плоскости земли на окружности, центр которой совпадает с центром земли, а радиус орбиты RO примерно в 6,62 раза превышает радиус земли Rs- «6400 км (фиг.2). Теоретически доказано, что если ось вращения антенны установить параллельно оси вращения земли. (МС на фиг.2), а элект|)ическую ось антенны ME направить на спутник под углом ^ ^ У • ^°при вращении антенны "луч" максимального приема будет скользить вдоль части геостационарной орбиты (сплошная линия со значением ft» О на фиг. 1 и 2), пробегая вблизи расположенных на ней спутников. Естественно, что луч может быть зафиксирован на любом из них. Такой способ наведе-feVIО ОI >&

союз советских социллистических

РЕСПУБЛИК жи H 01 0 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4762756/09 (22) 22.11.89 (46) 30.01.92. Бюл. Ь 4 (75) Ю.А.Ерухимович и E.A.Màì÷èö (53) 621.396,67(088.8) (56) Патент Канады М 1225459, кл, Н 01 0 3/04, 1984. (54) СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ОСТРОНАПРАВЛЕННОЙ НАЗЕМНОЙ АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для непосредственного п.риема спутниковог@ телевидения. Способ включает установку антенны в точке с широтой места аш на оси. Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в антенйых устройствах, осуществляющих прием сигналов или связь со спутниками, расположенными на геостационарной орбите, например, в системах индивидуального или коллективного приема телевидения из космоса.

На фиг,1 показана геометрия задачи.

Для осуществления качественного приама сигналов, поступающих с геостационарного спутника (фиг.2),,электрическую ось антенны МЕ, совпадающую с направлением максимальногоо приема, необходимо точно установить на спутник пх по двум угловым координатам: углу места и азимуту. Эти координаты .могут быть предварительно рассчитаны по известной широте а места установки остронаправленной антенны иапо известным координатам спутника пх (Х О, 1, 2,...) на небесной сфере, Поэтому в общем случае ориентирования электрической оси антенны на спутник необходимо йметь опорно-поворотное устройство (ОГб). Обеспечивающее перемещение оси антенны Ао

yrny места (в вертикальной плоскости) и n0 .Ы2» 1709441 А1

J наклоненной в меридианальной плоскости на уголP -0,707 з!п2 ар от Земной оси в сторону экватора, а электрическую ось ан«Л тенны ориентируют под углом — + у -P к

2 оси вращения, где у = агстд

sin а„ а

Р

Йорв — радиус геостационарной орбиты, что позволяет расширить сектор обзора геостационарной орбиты с сохранением точности наведения, 7 ил. азимуту (в плоскости горизонта) до требуемых значений.

Однако, применительно к спутникам, расположенным на геостационарной орби- . те, задача может быть упрощена и сведена к одному вращательному движению антенны вокруг некоторой специально выбран- и ной оси.

Все геостационарные спутники располагаются в экваториальной плоскости земли на. окружности, центр которой совпадает с центром земли, а радиусорбиты Я, пример- . О но в 6,62 раза превышает радиус земли йз О м6400 км (фиг.2), Теоретически доказано. фь что если ось вращения антенны установить ф параллельно оси вращения земли (МС на: д фнг.2), а еле ктсннескукт ось антенн и МЕ наÕ править на спутник под углом — +y то

2 в при вращении антенны "луч" максимального приема будет скользить вдоль части, геостационарной орбиты (сплошная линия со значением ф" О.на фиг,1 и 2), пробегая вблизи расположенных на ней спутников.

Естественно, что луч может быть зафиксирован на любом иэ них. Такой способ наведе1709441 ния создает большие удобства потребителю, так как не требует предварительного знания координат спутника на небесной сфере, а настройка на спутнике может быть осуществлена по максимуму сигнала. Одна- 5 ко угол V, в пределах которого это возможно, в действительности невелик и обычно

IV I < 40 (фиг.3).

Данное предложение направлено на решение частной задачи — осуществление 10 наведения остронаправленной антенны на любой из спутников, находящихся в секторе радиовидимости из места приема, не превышающем 180-градусного сектора обзора, с точностью, более высокой, чем точность 15 наведения в известном способе.

В известном способе используется опорно-поворотное устройство (OllY) с раздельным наведением по двум угловым координатам, что требует предварительного 20 расчета значений этих координат для каждого спутника относительно места приема

его сигнала на поверхности Земли.

Недостатком способа является сложность практической реализации (необходи- 25 мость в использовании быстродействующих

ЭВМ), дороговизна ОПУ из-за наличия двух независимых механизмов поворота, трата времени на поиск сигнала нужного спутника из заданной точки небесной сферы, Значи- 30 тельная стоимость такого ОПУ естественно удорожает и стоимость всей приемной установки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спосо6 наве- 35 дения, заключающийся в последовательном выполнении следующих операций: в установке оси вращения антенны параллельно оси вращения земли, для чего эту ось наклоняют

Л 40 под углом — — в к вертикали в месте

2 установки приемной антенны, где аш — географическая угловая широта места приема; электрическую ось антенны направляют на спутник, для чего ее устанавливают под уг- 45 лом +@ к упомянутой оси вращения, х где у угол между плоскостью геостационарней орбиты (ближайшая точка орбиты располвжена на географическом "юге"): 50 окончательное наведение осуществляют поворотом антенны вокруг оси вращения до получейия максимума сигнала. Такой способ и соответствующее ему устройство обеспечивает необходимые удобства потребителю и.удешевляет приемную установку. 55

Недостатком этого способа является относительно небольшой угловой сектор обзора на небесной сфере. в пределах которого приемный "луч" скользит вдоль геостационарной орбиты с точностью, не снижающей уровень принимаемого сигнала ниже порогового значения при данной угловой ширине главного лепестка диаграммы остронаправленной наземной антенны (фиг.1 и 2). При выходе за пределы этого сектора, определяемого шириной главного лепестка антенны, связь со спутником теряется.

Иллюстрацией сказанного являются графики на фиг.3, где прототипу соответствует кривая со значением P = P>« = 0

Цель изобретения — расширение сектора обзора геостационарной орбиты с сохранением точности наведения.

Известное и использованное в прототипе решение не является оптимальным. Возможно теоретически найти и указать такое ,новое значение угла наклона оси вращения антенны от вертикали в плоскости, проходящей через ось вращения земли и место приема, в зависимости от угловой широты места приема и такой новый угол наклона электрической оси антенны к вертикали. при которых луч приемной антенны скользит практически точно вдоль геостационарной орбиты в пределах 180 -ного сектора обзора (фиг.1, 2, 3). При этом последовательность операций наведения остается такой же, как в прототипе, но добавляются новые действия по установке новых значений углов наклона оси вращения и электрической оси антенны в положения, отличные от указанных в прототипе, что и дает возможность достигнуть поставленную цель. Соответствующий теоретический анализ, выполненный на основе геометрии рисунков фиг.1 и

2 здесь не приводится ввиду его громоздкости. Даны лишь его результаты, представленные в виде графиков на фиг.3, 4 и 5.

Новые значения указанных углов С МТ и С1МЕ отличаются от известных s прототипе на дополнительный угол Р, зависимость которого от географической широть| аш места приема показана на фиг.4, На фиг.3 показано отклонение "луча" антенны от орбиты при различных углах P . На фиг5 показано отклонение "луча"антенны от орбиты при точной(g - Оо) и неточной ориентации плоскости, проходящей через ось вращения земли и точку приема (плоскость повернута относительно вертикали в точке приема на угол ().

Поставленная цель достигается тем, что в системе наведения остронаправленной наземной антенны выполняют следующие действия; а) Ориентируют ось вращения остронаправленной наземной антенны в плоскости, проходящей через ось вращения

1709441 ния вокруг определенным образом установземли и точку приема, устанавливая ее паленной оси вращения раллельно земной оси, для чего отклоняют ось вращения антенны от вертикали в сто- Как видно из фиг.3 точность наведения он полюсана гол г — и вседальней- "луча" антенны нагеостационарнуюорбиту шие операции по п.п. б), в) и r) выполняют.в сектора обзора + 65О отклонение "луча" от указанной плоскости; б) устанавливают орбиты достигает 3000 угловых с (50 углоэлектрическую ось антенны под углом . вых мин)„при фиакр -0,707 всектореТ 80 г+у и о но ению к направлению ори-- отклонение не превосходит 18 у о ы с.

10 Таком образом, на фиг.1 дана геометрия ентацииоси вращения антенны, отсчитывая . геостационарной орбиты и земли и приняэтот угол в сторону экватора, при этом тые обозначения; фиг.2 поясняет положеStA Qjg ние оси вращения и электрической оси антенны по отношению к месту приема на

О cosд йз 15 земле и к положению спутника на орбите в

Rî =662 секторе радиовидимости + V>, на фиг.3—

f4 . зависимость углового отклонения "луча" ангде Rp-pàäèóñ геостационарной орбиты - тенны от геостационарной орбиты в функйз — радиус Земли; ции от угла обзора орбиты V> для угла ф в) корректируют угловое положение оси 20 Оо (соответствует прототипу), а также для вращения антенны, отклоняя ее дополни-: промежуточных значений и выбранного тельно в сторону экватора на угол ф. зави- значения ф - (0,707озЬ 2 аш ), полученная сящий от значения угла аш, причт эту для худшего случая — значения аш - 45 . зависимость с достаточной для практики . При а - 45 отклонение "луча" от орбиты точностью можно представить в виде: 25 при ф=Оо максимально; на фиг.4 — зависифм 0,707 зЬ2 ; г) корректируют угловое мость оптимального угла дополнительного положение +- y электрической оси антенЛ наклона фоси вращения антенны в Функции

2 географической широты сш места установны, отклоняя ее дополнительно в сторо"У .. киантенныназемнойповерхности; нафиг.5 пОлюса на Указанный выше Угол ф: д) осу- представлен набор кривых, характеризующествляют наведение антенны на любой щихотклонение "луча" антенныотгеостацитребуемый спутник геостационарной орби-.. одарной орбиты при точной установке оси ты вовсем обозРимомсекторе путем пово- вращения антенны в плоскости, проходярота антенны вокруг оси вращения до щей через ось вращения земли и точкуустапоявления в приемном устройстве макси- 35 новки антенны (ф- О и неточной установке мальногОзначениЯсигналаотданногоспУт .. ее (ф= 2© 5О и 10 ) где ф — угол поворота ника. вышеназванной плоскости вокруг верти-

КинаматическаЯ схема Устройства Pei- кальной оси в точке установки антенны: на лизующего предложенный способ, дана на фиг.6 — кинематическая схема pfly. где 1— фиг,6, конструктивная схема на фиг,7. 40 антенна, 2 — вертикальная стойка 0Пу, 3Использование предложениЯ позволЯ- . система установки угла у -ф, 4 — система ет существенно Расширить сектор обзоРа наклона оси вращения антенны, дд — ось небесной сфеРы, т.е. Увеличить число спУт.- вращения-антенны, 00 — электрическая ось ников, с которыми можно Установить на-. антенны ("луч" антенны); на фиг.7 — констдежную свЯз даже в слУчае наиболее 45 -руктивная схема 0ПУ, где 5- система повоузкого луча остронаправленной наземной . Рота антенны антенны СУщественнопРиэтом,чтомеха- Формула изобретения ника используемых Устройс™введения не: Способ наведения остронаправленной. пРе еРпевает изменений. ДлЯ РЕализации наземной антенны, включающий установку способа приемную YGTBHOBKy следует снаб- 50 антенны в точке с широтой места а на оси, дить номограммой или аналитической зави- параллельной оси вращения Земли, и орисимостью углов, задающих положения ентацию электрической оси антенны под у вертикальной и электрической осей:анхен- . лом л/2 + у к оси вращения, где угол у ны В зав"симости от широтного угла места отсчитывают в сторону экватора и опредеприема и инстРУкцией, поЯснЯющей nocne-. 55 ляю 3 вырая е ия довательность операций по подготовке ест- «и ."Р > """ .""" " " " В;7Я, йТИ ор осУщеСтвлению широкоугольного нааеде- - у Земл

"res пУтем единственного движ®wa sos"1e R 6 — радиус геостационарной орбиты;

1709441

Фиг. й

Rope/Rsese - 6,62, отличающийся тем, что, с целью расширения сектора обзора геостационарной орбиты с сохранением точности наведения, ось вращения антенны дополнительно отклоняют в сторону экватора на угол P =

=0,707stn2 ащ, а электрическую ось антенны ориентируют под углом л/2 + y — P к оси вращения.

1709441

Угловое отклонение луча о с

ЗООО

О, О, 9

Угол обзора -V

Фиг. 3

Фиг.4

Угловое отклонение а от орбиты 0Ою 60 ", ÎÎ 2 У

2 О 6 б 80

Угол йорв юрбиты(-y - у )

Фи -8. У

1709441

Составитель Е.Мамчиц

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор M.Òîâòèí

Производственно-издательский юмбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 432 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС(Я

113035, Москва, Ж-35, Рауеская наб., 4/б