Способ наведения остронаправленной наземной антенны Советский патент 1992 года по МПК H01Q3/04 

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. Однако угол W, в пределах которого это возможно, в действительности невелик и обычно 1Ч :1чс40°(фиг.З).

Данное предложение направлено на решение частной задачи - осуществление 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 наведения в известном способе.

В известном способе используется опорно-поворотное устройство (ОПУ) с раздельным наведением по двум угловым координатам, что требует предварительного расчета значений этих координат для каждого спутника относительно места приема его сигнала на поверхности Земли.

Недостатком способа является сложность практической реализации (необходимоеть 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. Значительная стоимость такого ОПУ естественно удорожает и стоимость всей приемной установки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ наведения, заключающийся в последов.ательном выгюянении следующих операций: в установке octi вращения антенны параллельно оси вращения земли, для чего эту ось наклоняют

л

под угяом 2 вертикали в месте

устэнвавки приемной антенны, где Ош географическая угловая широта места приема: электрическую ось антенны направляют на спутник, дря чего ее устанавливают под угfff

лом к упомянутой оси вращения,

где у рол между плоскостью геостационарной орбиты (ближайшая точка орбиты распелвэкена на географическом юге): окончательное наведение осуществляют поворотом антенны вокруг оси вращения до получвьжя максимума сигнала. Такой способ и соответствующее ему устройство обеспечивает необходимые удобства потребителю и,удешевляет приемную установку.

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.З, где прототипу соответствует кривая со значением )8 /Змакс 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 отугловой широты места приема и такой новый угол наклона электрической оси антенны к вертикали, при которых луч приемной антенны скользит практически точйо вдоль геостационарной орбиты в пределах ISO -Horo сектора обзора (фиг.Т, 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 теоретическ1тй 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.З, 4 и 5.

Новые значения указанных углов CiMT и CiME отличаются от известных в прототипе на дополнительный угол Д, зависимость которого от географической широтц Ош места приема показана на фиг.4. На фиг.З показано отклонение луча антенны от орбиты при различных углах уЗ . На фиг5 показано отклонение луча антенны от орбиты при точной {§ О) и неточной ориентации плоскости, проходящей через ось вращения земли и точку приема (плоскость повернута относительно вертикали в точке приема на угол f ).

Поставленная цель достигается тем, что в системе наведения остронаправленной иазеМйой антенны выполняют следующие действия: а) Ориентируют ось вращения остронапра влей ной наземной антенны в плоскости, проходящей через ось вращения

земли и точку приема, устанавливая ее параллельно земной оси, для чего отклоняют ось вращения антенны от вертикали в сторону полюса на угол : все дальнейшие операции по п.л. 6), в) и г) выполняют в указанной плоскости; 6) устанавливают электрическую ось антенны под углом

у + у по отношению к направлению ориентацйи оси вращения антенны, отсчитывая этот угол а сторону экватора, при этом

, 9 ;

щ-СОЗОш

| в«2где Ro-радиус геостационарной орбиты;РЗ - радиус Земли;

в) корректируют угловое положение оси вращения антенны, отклоняя ее дополнительно в сторону экватора на угол . зависящий от значения угла Ош , причёК эту зависимость с достаточной для практики точностью можно представить в виде; /Зсй 0,707sln2 Ош : г) корректируют угловое

положение -п + У элeкtpичecкoй оси антенны, отклоняя ее дополнительно в сторону полюса на указанный выше угол /8 ; д) осуществляют наведение антенны на любой требуемый спутник геостационарной орбиты во всем обозримом секторе путем поворота антенны вокруг оси вращения до появления в приемном устройстве максимального значения сигнала от данного спутника.:

Кинематическая схема устройства реализующего предложенный способ, дана на фиг.б, конструктивная схема на фиг.7.

Йслользова 4ие предложения позволяет существенно расширить сектор обзора небесной сферы, т.е. увеличить число спутников, с которыми можно установить надежную связь даже в случае наиболее узкого луча остронаправленной наземной антенны. Существенно при этом, что механика используемых устройств наведения не претерпевает изменений. Для реализации способа приемную установку следует снабдить номограммой или аналитической зависимостью углов, задающих положения вертикальной и электрической осей антен;ны в зависимости от широтного угла места приема и инструкцией, поясняющей последовательност1 операций по подготовке остронаправленной наземной антенны Н осуществлению широкоугольного нае ения путем единственного движений-вращ1е

ния вокруг определенным образом установленной оси вращения.

Как видно из фиг.З точность наведения луча антенны на геостационарную орбиту повышается в сотни раз (при ft 0° на краю сектора обзора + 65° отклонение луча ом орбиты достигает 3000 угловых с (50 угловых мин), при - 0,707° в секторе± 80° отклонение не превосходит 18 угловых с.

Таким образом, на фиг.1 дана геометрия геостационарной орбиты и земли и принятые обозначения; фиг.2 поясняет положение оси вращения и электрической оси антенны по отношению к месту приема на земле и к положению спутника на орбите в секторе радиовидимости ± Чо ; на фиг.З зависимость углового отклонения луча антенны от геостационарной орбиты в функции от угла обзора орбиты Wo для угла ° 0° (соответствует прототипу), а также для промежуточных значений и выбранного значения j9 (0,707°sln 2 Ощ ), полученная для худшего случая - значения Ош 45°. При Ош 45° отклонение луча от орбиты при 0° максимально; на фиг.4 - зависимость оптимального угла дополнительного наклона /Зоей вращения антенны в функции географической широты Ош места установки антенны на земной поверхности; на фиг.5 представлен набор кривых, характеризующих отклонение луча антенны отгёостациойарной орбиты при точной установке оси вращения антенны в плоскости, проходящей через ось вращения земли и точку установки антенны ( неточной установке ее (I 2, 5° и 10°), где | - угол поворота вышеназванной плоскости вокруг вертикалькой оси в точке установки антенны; на фиг.б - кинематическая схема ОПУ, где 1 антенна. 2 - вертикальная стойка ОПУ, 3 система установки угла у -ft , А - система наклона оси вращения антенны, АА - ось вращения антенны, Ьо - электрическая ось антенны (луч антенны); на фиг.7 - конструктивная схема ОПУ, где 5 - система поворота антенны.

Формула изобретения

Способ наведения остронаправленной наземной антенны, включающий установку антенны вточке с; широтой места %и на оси, параллельной оси вращения Земли, и ориентацию электрической оси антенны под углом 7г/2+у к оси вращения, где угол у отсчитывают в сторону экватора и определяют из выражения

sin Ощ

у - arctg Rgpg/R eM - cos Ош где RsffM - радиус Земли;

Rope - радиус геостационарной орбиты;

„ „ ft мотклоняют в сторону экватора на угол ft

Ворб/Рзем - 6,62,,707stn2 «ш , а электрическую ось антенны

Ус:и;е;ГсегорГо5Уг геос;аиионар- ориентируют под углом я/2 y-ft коси

НОЙ орбиты с сохранением точности наведе- вращения.

ния, ось вращения антенны дополнительно5

. t

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), о15ес- печивающее 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 >&

Угловое отклонение . м ороить О iOT 20 30° 40 50 60 70 80 Угол обзора tv , Фиг. 3

Угловое отклонение луча от орбиты боол

аО 6(Г 4Г 1ШГ о -2Г-4(Г-бО

( у Y) Фме.$ ...« (fnQWWS WTGWW ФТАТЛ

Фиг./ V т vfvi f / ..UO