一種移動中的衛星電視接收系統的製作方法
2023-05-01 23:40:31 2
一種移動中的衛星電視接收系統的製作方法
【專利摘要】提出了一種移動中的衛星電視接收系統。所述系統包括：天線，伺服系統，與所述天線連接，調整所述天線的方位；控制器，根據所述天線的方向特性，通過所述伺服系統調整所述天線的指向，使得天線的主瓣對準衛星，在天線接收信號採樣值的差分信號大於預定的閾值並且差分信號出現先正值後負值時，判定捕獲到所述衛星。利用上述的方案，能夠將衛星電視接收系統的天線快速並準確地調整到所需的方位。
【專利說明】一種移動中的衛星電視接收系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動衛星通信【技術領域】，具體涉及一種適用於車載(船載)的移動衛星電視接收系統。
【背景技術】
[0002]中星9號是我國發射的廣播電視直播衛星，其投入使用有效解決了中國廣大偏僻鄉村用戶無法收看廣播電視節目的尷尬，也為旅客列車、客運大巴等移動交通工具的廣播覆蓋提供了一種最為經濟有效的節目傳輸手段。
[0003]與傳統的固定接收方式不同，旅客列車、客運大巴等移動交通工具在運動中接收衛星信號，需要保證車載接收天線一直準確的跟蹤衛星信號。在高速運動的載體上，多採用平板天線作為動中通天線的主體，為了保證天線始終對準衛星，天線的俯仰角、方位角必須根據位置的改變而改變，從而達到在運動中通信不中斷的目的。
[0004]車載衛星廣播電視在運動過程中，不可避免的會出現由於附近的樹木、電力杆、橋梁等物體的遮擋導致衛星信號的中斷，從而影響廣播電視的接收效果，影響用戶感知。為了對抗周邊的遮擋，在同一動中通天線內部，集成兩個或者多個天線實體，從而達到增加接收面積，減小遮擋影響的目的。
【發明內容】
[0005]考慮到現有動中通系統存在的一個或多個問題，提出了移動中的衛星電視接收系統，能夠快速並準確地隨著載體的移動而調整天線的方位，對抗天線周邊的遮擋，提高衛星電視收視效果。
[0006]在本發明的一個方面，提出了一種移動中的衛星電視接收系統，包括:(I)動中通天線:平板天線2面,每個平板天線含與天線連接的高頻頭,每個平板天線的高頻頭的本振頻率不同，兩路天線信號合路後提供給接收機；伺服系統，與所述天線連接，調整所述天線的俯仰、方位，並保持天線始終保持與衛星的精度對準；控制器，根據GPS、傾角儀、陀螺儀等傳感器的信息，以及平板天線接收到的衛星信號強度，提供伺服系統的控制信號，在天線接收信號採樣值的差分信號大於預定的閾值並且差分信號出現先正值後負值時，判定捕獲到所述衛星，並始終保持。(2)雙通道接收機:雙通道信道解調解碼器，分別對2個平板天線的高頻頭輸出信號進行信道解調、解碼，得到2路含音視頻信息的TS流；TS流分集合併器，根據兩路TS流中包含的時間標籤、錯誤指示位等信息，對兩路TS流進行合併，供信源解碼播出。
[0007]根據一些實施例，所述的移動中的衛星電視接收系統還包括位置傳感器，獲取所述天線的位置信息；其中所述控制器根據所述天線的位置信號和衛星的位置參數計算當前位置跟蹤衛星所需的天線俯仰角信息，並且所述伺服系統基於控制器計算天線俯仰角信息調整所述天線的俯仰角。
[0008]根據一些實施例，所述的移動中的衛星電視接收系統，還包括:陀螺儀，在捕獲到所述衛星的情況下，進行機械慣性跟蹤，並且根據接收的天線信號進行電子跟蹤，使得天線持續對準衛星。
[0009]根據一些實施例，通過設置伺服系統中的方位電機掃描速度，以及接收信號的模數採樣頻率，使得天線主瓣帶寬內包含4個以上的採樣值。
[0010]根據一些實施例，所述天線包括多個平板天線單元，每個平板天線單元包括天線體和與所述天線體連接的高頻頭，各個平板天線單元的高頻頭的本振頻率彼此不同；合路器，與每個平板天線單元的高頻頭連接，對各個平板天線單元的高頻頭的輸出信號進行合路。
[0011]根據一些實施例，所述天線體具體為縫隙天線、貼片天線、碟形天線、格狀天線之
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[0012]根據一些實施例，所述多個平板天線單元包括第一平板天線單元和第二平板天線單元，所述第一平板天線單元包括第一天線體和與所述第一天線體連接的第一高頻頭，所述第二平板天線單元包括第二天線體和與所述第二天線體連接的第二高頻頭。所述車載衛星廣播電視天線系統還包括:第一信道解調解碼器，與所述合路器連接，對從所述合路器輸出的來自第一高頻頭的信號進行信道解調和解碼；第二信道解調解碼器，與所述合路器連接，對從所述合路器輸出的來自第二高頻頭的信號進行信道解調和解碼。
[0013]根據一些實施例，所述第一高頻頭具有第一本振頻率，接收Ku波段的信號，產生L波段的第一信號，所述第二高頻頭具有第二本振頻率，接收Ku波段的信號，產生L波段的第二信號。
[0014]根據一些實施例，經所述合路器輸出的L波段的第一信號和L波段的第二信號通過單根射頻線傳輸到所述第一信道解調解碼器和所述第二信道解調解碼器。
[0015]根據一些實施例，所述車載衛星廣播電視接收系統還包括:第一信道解調解碼器，與所述合路器連接，對從所述合路器輸出的來自第一高頻頭的信號進行信道解調和解碼，得到第一路TS流；第二信道解調解碼器，與所述合路器連接，對從所述合路器輸出的來自第二高頻頭的信號進行信道解調和解碼，得到第二路TS流。
[0016]根據一些實施例，包含TS流分集合併器，通過時間標籤及錯誤指示位對第一路TS流和第二路TS流進行合併，合併後的TS流。合併後的TS流可以直接或者通過分配系統傳送給音視頻解碼，進行音視頻播出。
[0017]在本發明的一個方面，提出了一種利用衛星天線接收信號特性進行方位捕獲的方法，可以快速準確的完成天線的方位捕獲。
[0018]根據一些實施例，在動中通接收天線通過對接收信號進行AGC處理，然後進行模數轉換採樣。在方位搜索過程中，當主瓣方向對準衛星時，其採樣會明顯高於其他採樣點，這就是常用的門限判決和最大值判決的理論基礎。
[0019]根據接收信號的採樣值的差分信號，出現更加明顯的捕獲特性:差分信號大於預定的閥值並且差分信號出現先正值後負值時，即可判定捕獲到正確的天線方位。
[0020]利用上述的方案，能夠將衛星電視接收系統的天線快速並準確地調整到所需的方位。
[0021]在參閱下述詳細的實施例及相關的圖示與申請專利範圍後，閱者將能更好地了解本發明的其它目的、特徵及優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]當結合以下附圖來考慮以下【具體實施方式】時，可以理解本發明及其大量目標、特徵和獲得的優點，在附圖中:
[0023]圖1示出了根據本發明一個實施例的車載衛星電視接收系統的示意性框圖；
[0024]圖2示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中所集成的兩個天線實體的示意圖；
[0025]圖3A和圖3B是描述根據本發明實施例的車載衛星電視接收系統的結構框圖；
[0026]圖4示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中天線控制系統的基本架構圖；
[0027]圖5示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中的控制過程的流程圖；
[0028]圖6示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中平板天線的方向圖；
[0029]圖7示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中天線方位掃描採樣值及差分值；
[0030]圖8示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中天線捕獲判決的示例。
【具體實施方式】
[0031]下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是:不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0032]在整個說明書中，對「 一個實施例」、「實施例」、「 一個示例」或「示例」的提及意味著:結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語「在一個實施例中」、「在實施例中」、「一個示例」或「示例」不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱「元件」 「連接到」或「耦接」到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語「和/或」包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0033]中星9號是我國發射的廣播電視直播衛星，其投入使用有效解決了中國廣大偏僻鄉村用戶無法收看廣播電視節目的尷尬，也為旅客列車、客運大巴等移動交通工具的廣播覆蓋提供了一種最為經濟有效的節目傳輸手段。與傳統的固定接收方式不同，旅客列車、客運大巴等移動交通工具在運動中接收衛星信號，需要保證車載接收天線一直準確的跟蹤衛星信號。
[0034]車載衛星廣播電視在運動過程中，不可避免的會出現由於附近的樹木、電力杆、橋梁等物體的遮擋導致衛星信號的中斷，從而影響廣播電視的接收效果，影響用戶感知。為了對抗周邊的遮擋，在同一動中通天線內部，集成兩個或者多個天線實體，從而達到增加接收面積，減小遮擋影響的目的。
[0035]此外，在高速運動的載體上，多採用平板天線作為動中通天線的主體，為了保證天線始終對準衛星，天線的俯仰角、方位角必須根據位置的改變而改變，從而達到在運動中通信不中斷的目的。
[0036]圖1示出了根據本發明一個實施例的車載衛星電視接收系統的示意性框圖。如圖1所示的系統包括節目平臺110、ABS-S衛星上行系統120，廣播電視衛星(如中星9號)130、車輛140和車輛140承載的衛星電視接收系統150。通過這樣的系統，節目平臺110所產生的節目傳輸到ABS-S衛星上行系統120，然後通過Ku/C波段上行鏈路傳輸給廣播電視衛星130。廣播電視衛星130通過Ku/C波段下行鏈路將節目信號轉發給各地的地面接收系統以及車載廣播電視接收系統150，進而對接收的節目信號進行解調、解碼，然後播出。
[0037]圖2示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中所集成的兩個天線實體的示意圖。如圖2所示，本實施例的衛星電視接收系統包括兩個平板天線單元，第一平板天線單元10和第二平板天線單元20。兩個平板天線單元在伺服系統30的控制下完成俯仰和方位捕獲跟蹤。
[0038]第一平板天線單元10和第二平板天線單元20由縫隙天線(即天線體)和高頻頭LNB組成，主要完成直播星信號的接收，進行下變頻處理，將Ku波段信號變頻為L波段信號，提供給衛星廣播電視接收系統播放解調解碼、機械伺服系統的完成捕獲跟蹤。
[0039]機械伺服系統由傳感器、處理器、機械執行系統組成，根據傳感器提供的數據、平板天線接收信號強度等信息，完成天線系統的捕獲、跟蹤，從而保證天線在運行中保持對準衛星。
[0040]圖3A和圖3B是描述根據本發明實施例的車載衛星電視接收系統的結構框圖。如圖3A所示，將2個(或2個以上)天線實體集成在一個車載天線內部，從而達到增大接收面積，對抗周圍實體遮擋的目的。為了保證兩面天線接收到的衛星信號合併，傳統的多面天線接收信號通過數控移相的方式進行多信號合併，對信號噪聲提升較為明顯，實現複雜。本發明採用不同高頻頭本振的方式，形成中心頻點不同的、獨立的L波段信號。
[0041]例如，第一和第二平板天線單元10和20中的每一個均包括天線體11和21，以及與天線體11和21連接的高頻頭12和22，各個平板天線單元的高頻頭12和22的本振頻率彼此不同。此外，合路器41與每個平板天線單元的高頻頭12和22連接，對各個平板天線單元的高頻頭的輸出信號進行合路。在一些實施例，上述的天線體具體為縫隙天線、貼片天線、碟形天線、格狀天線之一。
[0042]根據一些實施例，如圖3A所示的系統還包括第一信道解調解碼器51和第二信道解碼器52。第一信道解碼器51與合路器41連接，對從合路器41輸出的來自第一高頻頭的信號進行信道解調和解碼。第二信道解調解碼器52與合路器41連接，對從合路器41輸出的來自第二高頻頭的信號進行信道解調和解碼。
[0043]在一些實施例中，第一高頻頭12具有第一本振頻率，接收Ku波段的信號，產生L波段的第一信號，第二高頻頭22具有第二本振頻率，接收Ku波段的信號，產生L波段的第二信號。此外，經合路器41輸出的L波段的第一信號和L波段的第二信號通過單根射頻線傳輸到第一信道解調解碼器51和第二信道解調解碼器52。
[0044]例如，假設Ku波段信號中心頻率&，信號帶寬BW，平板天線I配置高頻頭本振頻率，平板天線2配置高頻頭本振頻率f2，其中h-filMBW。衛星信號經過高頻頭下變頻得到兩路L波段信號，頻率分別為f/ = Vf1, f/ =fcrf2。由於If^f1IMBW,所以得到的兩路L波段信號相互獨立，中心頻點|f2』_f/ I >3BW，兩路L波段信號經過合路，可以通過單根射頻線進行傳送。
[0045]如圖3A所示，下變頻後的2路衛星信號分別提供給不同的ABS-S信道解調解碼系統，分別通過第一信道解調解碼器51和第二信道解調解碼器52解調為音視頻TS流(TS1和TS2)。然後，如圖3B所示，由於空間差異，TS1和TS2可能存在時間差，在信號時間對齊模塊53，按照TS流中包含的時間標籤將TS1和TS2進行時間對齊。在ABS-S信道解碼過程中，為得到的TS1和TS2插入了錯誤指示信號(例如MPEG-2標準，一個傳輸包的第二個字節的最高位為錯誤指示位，如果該傳輸包存在錯誤，指示位為1，反之為0)，通過該錯誤指示位，分集合併模塊54選擇合適的傳輸包輸出，形成合併的TS流TSC。TSc可以直接輸出到音頻了解碼單元55後由播出系統61播出；根據另一實施例，TSc通過音視頻分配系統56提供多路播出，如提供給音視頻信源解碼模塊57和58，通過播出系統62和63播出。
[0046]在高速運動的載體(例如大巴)上，可以採用平板天線作為動中通天線的主體。為了保證天線始終對準衛星，天線的俯仰角、方位角必須根據位置的改變而改變，另外在天線初始化過程中，必須能夠快速的調整捕獲到正確的俯仰角和方位角。
[0047]圖4示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中天線控制系統的基本架構圖。如圖4所示的系統包括GPS407、陀螺儀403及傾角儀405、核心處理單片機(控制器)409、伺服系統412、驅動電路411以及相關的供電電源復位電路401和R0M/RAM402。GPS407用於獲取天線的位置信息，天線位置信息與衛星位置信息通過計算，獲得天線應該的俯仰角度，與傾角儀數據相比較，用於天線的俯仰調整。陀螺儀403的數據用於天線的方位跟蹤及慣性指向。核心處理單片機409通過信號採集電路404、電平轉換電路406和電平轉換電路408收集GPS、陀螺儀、傾角儀天線AGC的採樣數據進行處理，形成驅動電機的控制信號，並通過電平轉換電路410傳輸給驅動電路，由伺服系統412控制天線413完成天線的掃描、捕獲、跟蹤等。
[0048]例如，伺服系統412與天線413連接，調整所述天線的方位。諸如單片機409之類的控制器根據天線的方向特性，通過伺服系統調整天線的指向，使得天線的主瓣對準衛星，在天線接收信號採樣值的差分信號大於預定的閾值並且差分信號出現先正值後負值時，判定捕獲到衛星。
[0049]在一些實施例中諸如GPS之類的位置傳感器獲取天線的位置信息。控制器根據天線的位置信號和衛星的位置參數計算當前位置跟蹤衛星所需的天線俯仰角信息，並且伺服系統基於控制器計算天線俯仰角信息調整所述天線的俯仰角。
[0050]圖5示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中的控制過程的流程圖
[0051]如圖5所示，在步驟501進行系統的初始化。在系統初始化後，在步驟502，首先根據存儲的衛星參數，GPS獲取的經緯度坐標，計算當前位置跟蹤衛星的天線俯仰角信息，在步驟503進行天線俯仰角調整。在步驟504，俯仰角調整完成，核心處理單元根據AGC信號的採樣、天線的方向特性，進行初始捕獲，使得天線指向正確的方位。在步驟505,初始捕獲後，進入跟蹤狀態，根據陀螺儀數據進行機械慣性跟蹤，根據AGC信號的採樣進行精確的電子跟蹤，使得天線嚴格對準衛星天線。如果天線在跟蹤狀態受到遮擋，核心處理單元409能夠獨立完成重新捕獲，使得天線重新進入捕獲狀態。
[0052]從圖5可以看出，方位捕獲在該動中通天線系統中非常重要，捕獲方案多以門限判決、最大值判決為主，這兩種方案存在捕獲速度慢，受衛星信號強度影響明顯的問題。
[0053]圖6示出了根據本發明一個實施例的衛星電視接收系統中平板天線的方向圖，其垂直半功率角接近10度，水平半功率角2度。垂直半功率角寬的設計使得其適合車載、船載等移動交通工具使用，在初始完成天線俯仰角調整後，獨立進行方位掃描捕獲。
[0054]圖7示出了方位掃描過程中，代表信號強度的採樣值的特徵，以及其差分信號的特徵。由於天線的定向特性，在進行方位掃描過程中，當主瓣方向對準衛星時，其採樣會明顯高於其他採樣點，如圖7所示，這就是常用的門限判決和最大值判決的理論基礎。
[0055]僅僅利用採樣值進行捕獲判斷，容易受到反射信號，間斷的遮擋等幹擾因素的影響，造成誤捕獲或者捕獲概率降低。將採樣值St進行差分處理，差分值Dt = St-St_i。掃描過程中，在天線主瓣未對準衛星時，Dt接近於0，而且絕對值較小；在天線主瓣掃描至衛星方向時，Dt絕對值較大，而且出現先正值，後負值的現象，如圖7所示。
[0056]為了取得較突出的差分值，需要合理設置方位電機掃描速度與ADC採樣頻率，使得在主瓣帶寬內含4個以上的採樣值。採用下列的計算方法，可以將差分值變化特性程序化，Jlt = (Dt>Threshold) AND (D^1)Threshold), J2t = (Dt<-Threshold), Jt = J2t ANDJ2t_2，Jt作為捕獲判斷的依據。其中ThresholdX)，其設置主要依據接收信號強度與ADC採樣值的關係，並參考接收機的接收載噪比要求。假設信號強度與模數轉換ADC採樣值呈線性關係，採用11位模數轉換ADC(0~2047)，天線接收信號變化範圍大於6dB，接收機載噪比要求6dB，則:在正確的天線方向上，最小採樣值小於512，由噪聲貢獻的採樣值小於512/5，取噪聲貢獻值的1/2 (約5 0)作為Threshold。
[0057]圖8為某天線捕獲判決示例，在其中有部分路段存在遮擋。在剛進入阻擋區域的第三個捕獲點，信號特徵已經不是很明顯，正確的完成了捕獲；在第三個捕獲點之後，由於遮擋，採樣值不規則，該判斷方法也很好的避免了誤捕獲。
[0058]上述的實施例與附圖僅供本領域技術人員對於本發明的各不同實施例具有概括性的了解。該些圖示與說明並非想要對利用此處所述的結構或方法的裝置與系統中的所有元件及特徵作完整性的描述。通過閱讀本發明的說明書，本領域的技術人員將更能明白本發明的許多其他的實施例，將源自本發明的披露的內容。在不悖離本發明保護範圍的情況下，本發明可以進行結構與邏輯的置換與改變。此外，本發明的附圖僅用於圖示而非按比例進行繪製。附圖中的某些部分可能會被放大以進行強調，而其他部分可能被簡略。因此，本發明的說明書與附圖應當視為描述而非限制性質，並將由下文中的權利要求的保護範圍來限制。應注意，措詞「包括」不排除其它元件或步驟，措詞「一」或「一個」不排除多個。另外，權利要求的任何元件標號不應理解為限制本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種移動中的衛星電視接收系統，包括: 天線，伺服系統，與所述天線連接，調整所述天線的方位； 控制器，根據所述天線的方向特性，通過所述伺服系統調整所述天線的指向，使得天線的主瓣對準衛星，在天線接收信號採樣值的差分信號大於預定的閾值並且差分信號出現先正值後負值時，判定捕獲到所述衛星。
2.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統，還包括位置傳感器，獲取所述天線的位置信息； 其中所述控制器根據所述天線的位置信號和衛星的位置參數計算當前位置跟蹤衛星所需的天線俯仰角信息，並且所述伺服系統基於控制器計算天線俯仰角信息調整所述天線的俯仰角。
3.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統,還包括: 陀螺儀，在捕獲到所述衛星的情況下，進行機械慣性跟蹤，並且根據接收的天線信號進行電子跟蹤，使得天線持續對準衛星。
4.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統的平板天線，其特徵在於，所述天線體具體為縫隙天線、貼片天線、碟形天線、格狀天線之一。
5.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統，其中所述天線包括多個平板天線單元，每個平板天線單元包括天線體和與所述天線體連接的高頻頭，各個平板天線單元的高頻頭的本振頻率彼此不同； 合路器，與每個平板天線單元的高頻頭連接，對各個平板天線單元的高頻頭的輸出信號進行合路。
6.如權利要求5所述的移動中的衛星電視接收系統，其特徵在於，所述第一高頻頭具有第一本振頻率，接收Ku波段的信號，產生L波段的第一信號，所述第二高頻頭具有第二本振頻率，接收Ku波段的信號，產生L波段的第二信號。
7.如權利要求6所述的移動中的衛星電視接收系統，其特徵在於，經所述合路器輸出的L波段的第一信號和L波段的第二信號通過單根射頻線傳輸到權利要求1所述的雙通道接收機。
8.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統，其特徵在於，通過單根射頻線與天線連接，包含: 第一信道解調解碼器，與所述合路器連接，對從所述合路器輸出的來自第一高頻頭的信號進行信道解調和解碼，得到含音視頻信息的第一路TS流； 第二信道解調解碼器，與所述合路器連接，對從所述合路器輸出的來自第二高頻頭的信號進行信道解調和解碼，得到含音視頻信息的第二路TS流。
9.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統，包含TS流分集合併器，通過時間標籤及錯誤指示位對第一路TS流和第二路TS流進行合併，合併後的TS流。
10.如權利要求1所述的移動中的衛星電視接收系統，設置方位電機速度與接收信號的數模採樣頻率的關係，使得天線主瓣帶寬內包含4個以上的採樣值。
【文檔編號】H04N5/44GK104079897SQ201410323925
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】段勝超, 耿耀鋒, 牛超, 蔣振偉, 吳敏軍 申請人:中廣聯合移動電視系統有限公司