目前，在衛星便攜站對星方面，通常根據公式計算方位角和俯仰角的理論值，使用機械磁羅盤顯示便攜站天線的實際方位角和俯仰角，手動調整便攜站天線實現對星。陜西拓星通信設備工程有限公司分析這種傳統對星方式存在以下三個缺點：

(1)由于方位角和俯仰角理論值公式是基于真北進行計算的，而機械磁羅盤顯示的是磁北方向，存在一定的磁偏角，磁偏角隨經緯度的不同，其值也不同，并且每年都發生變化，因此根據公式計算的方位角和俯仰角的理論值與實際**對星值之間存在一定的偏差；

(2)讀取機械磁羅盤的時候，不同的操作人員會產生不同讀取誤差，通常會出現±1°～±3°的讀取誤差；

(3)采用手動調整便攜站天線對星的方式，對方位角和俯仰角的調整幅度不能做到**控制，這一點對窄波束便攜站天線對星的影響尤為明顯。

以上原因導致傳統對星方式存在找星難度大、對星耗時多、對星精度差的問題，這一問題在陌生地域表現尤為突出，嚴重影響了衛星便攜站的通信效能。

針對傳統對星方式存在的問題，本文提出了衛星便攜站自動對星系統，該系統是一個附加在實裝設備上的自動對星工具，以PIC單片機為核心，通過采集和處理GPS數據、方位俯仰傳感器數據和衛星信號強度數據，控制高精度步進電機自動調整便攜站天線方位角和俯仰角，從而實現快速、自動、**對星。

1 相關研究

在衛星便攜站對星方面，文獻提出了采用GPS采集便攜站地理位置信息，通過公式計算當前便攜站方位角和俯仰角理論值，采用傳感器采集便攜站方位角和俯仰角的實際值，手動調整便攜站方位角和俯仰角，通過對比理論值和實際值實現輔助對星。

這些輔助對星方式的優點有兩個：采用GPS模塊采集地理位置信息，根據公式計算便攜站方位角和俯仰角的理論值，提高了效率；采用傳感器模塊代替了機械磁羅盤，消除了對星過程中的讀取誤差。但是，也存在兩個缺點：因為磁偏角的存在，導致計算出的理論值并不是實際**對星值；仍然采用手動對星方式，對星精度不高，不能真正達到完全自動對星。

針對傳統對星方式和輔助對星方式的不足，本文提出了衛星便攜站自動對星系統的設計方案，設計實現了衛星便攜站自動對星系統。

2 總體設計

衛星便攜站自動對星系統是一個附加在實裝設備上的自動對星工具，以PIC單片機為核心，通過采集和處理GPS數據、方位俯仰傳感器數據和衛星信號強度數據，控制高精度步進電機自動調整便攜站天線方位角和俯仰角，從而實現快速、自動、**對星。系統結構框圖如圖1所示。

3 硬件設計

系統硬件由單片機硬件和機械部件兩部分組成。

3.1 單片機硬件設計

在單片機硬件設計上，選擇Microchip公司生產的PIC18F97J60單片機作為主控制器構成硬件平臺，利用其豐富的外部接口高速處理能力，達到實時采集數據、及時處理數據、快速傳輸數據的目的；GPS、方位俯仰傳感器、衛星信號強度采集等模塊均采用RS 232接口，**了測量數據精度和接口一致性；步進電機驅動器根據單片機傳來的PWM信號分別控制方位步進電機和俯仰步進電機的轉動大小、轉動方向、脫機和鎖定，步進電機帶動機械部分運動，調整便攜站天線的方位角和俯仰角，本設計采用ZD-6560-V4型步進電機驅動器，具有三個調整細分數撥動開關，電機驅動器細分數越多，步進電機精度越高。單片機硬件部分連接框圖如圖2所示。

3.2 機械部件設計

在機械部件設計上，采用齒輪、絲杠等機械部件將步進電機與便攜站天線連接起來，從而實現了用步進電機控制便攜站天線方位角和俯仰角調整的目的。機械部件設計模型如圖3所示。

4 軟件設計

衛星便攜站自動對星系統軟件是整個系統的控制中心，負責采集輸入信號、對輸入信號進行分析處理、輸出信號控制步進電機轉動，以實現衛星便攜站天線自動、快速、**對星。

4.1 總體程序設計

衛星便攜站自動對星系統軟件對GPS信息采集模塊、方位俯仰傳感模塊、衛星信號強度采集模塊傳來的信息進行實時處理，并控制高精度步進電機轉動，以帶動便攜站天線運動，實現自動對星。具體流程如下：首先根據GPS信息采集模塊采集到的地理位置信息，根據公式計算便攜站天線方位角和俯仰角的理論值，并用磁偏角對方位角進行修正；然后將經過修正理論值與方位俯仰傳感模塊采集的便攜站天線當前的方位角和俯仰角進行比較，控制高精度步進電機轉動，從而實現粗略對星過程；當粗略對星過程完成后，再在一個較小的區域內控制步進電機進行掃描，并實時監測衛星信號強度采集模塊采集到的衛星信號強度，當衛星信號強度達到.大的時候，實現**對星。軟件總體流程框圖如圖4所示。

4.2 粗略對星程序設計

對星需要兩個重要參數：方位和俯仰。對星參數理論值的計算需要根據便攜站天線當前地理位置信息(經度、緯度)進行計算，計算公式如下：

設方位角為γ(方位角正南為0°)，正角度為南偏西的度數，負角度為南偏東的度數；俯仰角為δ；ψ為衛星的經度；α為衛星便攜站當前的經度；θ為衛星便攜站當前的緯度。

由于根據公式計算得到的方位角理論值是以真北為標準的，而方位角傳感器的采集值是以磁北為標準的，因此采集值和理論值之間存在一個差值，即磁偏角。計算出的對星參數理論值需要根據磁偏角進行修正。根據IGRF2005地磁場模型，利用NOAA的NG-DC提供的磁偏角計算程序，用磁偏角對方位角進行修正。

便攜站天線當前的方位角和俯仰角可以通過傳感器直接采集到，然后將采集到的數據與修正過的理論值進行比較，決定步進電機的轉動方向和大小，當步進電機按程序轉動完成后，再次采集數據，重復上述步驟，直到采集值等于修正后的理論值為止。步進電機控制流程如圖5所示。

4.3 **對星程序設計

衛星信號強度采集需要單片機與衛星信號強度采集模塊之間首先交互握手信息，然后發送信號強度指令采集衛星信號強度，并保存采集到的衛星信號強度信息與前一次衛星信號強度進行比較，先控制方位步進電機調整方位角，再控制俯仰步進電機調整俯仰角，實現**對星。**對星流程如圖6所示。

5 結論

經過使用證明：平均對星時間由原來不確定減少到2 min以內，對星時間明顯縮短；對星精度較傳統手工對星方式提高2～10 dB，對星精度明顯提高。

衛星便攜站自動對星系統是在實裝設備上添加的一個自動對星工具，系統不改變實裝設備的結構，只要在實裝設備上添加該系統，就能夠做到實裝設備的快速、自動、準確對星。系統采用模塊化的設計思想，只要更換機械部件，就可以應用于不同類型的衛星便攜站，應用范圍較大，實用性較強。