卫星接收系统的自动化改造
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1 前言
东莞广播电视台原有的卫星接收系统于2011年建成并投入使用，已不
能满足当前的工作需要，为此，我们对原有系统进行了改造，增加了GPS 模块、位置传感器等硬件设备，并编写了控制软件，将其升级为自动化寻星系统，显著提高了卫星天线寻星的速度和接收信号的质量。
2 原有卫星接收系统
原有卫星接收系统由6个直径为4.5m的天线（3个Ku波段、3个C 波段）、高频头集中供电、光收发器、功分器和卫星接收机等部分组成，原卫星接收系统组成框图如图1所示。
系统在物理上分为卫星接收机房和播控机房两部分，天线、高频头集中供电设备放在卫星接收机房，由射频光气环境等一切顺利，也要一个小时左
右，这种方式既费时费力，又不能应
对突发的卫星直播业务。
装置等。
3.1.1 编码器
编码器（传感器）的作用是将卫
摘要：本文对原有卫星接收系统存在的问题进行了分析，提出了自动化的改造方案，阐述了硬件的改造和软件的主要功能，总结了卫星天线接收系统改造后所具有的优点，介绍了应用的情况。
关键词：硬件改造  软件功能广播电视台  卫星接收系统  自动化改造
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2021年5月 月刊  总第349期
星天线的仰角和方位角数据传递给控制系统，控制系统再根据目标值和现有数据进行调整。它是整个系统改造的核心，一旦这个数据不准确，后续的所有调整都将面临失败。
根据需求，我们一开始选择了姿态传感器，这种设备的优点是可以固定在任意位置，通过内置的高精度的
陀螺仪、加速度计、地磁场传感器等，能够快速输出当前的姿态（角度）。
但在安装测试阶段，发现这种传感器存在两个方面的问题：一是角
度变化非线性，天线旋转相同的幅度，编码器输出的角度却不一致，这可能是因为天线是按弧形而非直线运动引起的；二是没有断电位置记忆功能，编码器通电重启，需要重新设置相对定位，延长了寻星的时间。
经过进一步筛选，最后选择了带有实轴的“工控绝对值编码器”，这种设备最大的特点是可以固定在旋转轴
上，从而获得准确的绝对角度。在安装时，我们利用原有天线系统的两个旋转轴，将编码器的轴承固定在上面，使得卫星天线在上下和左
右旋转时，正好带动编码器进行运动，获取准确的数据，也较好的解决了安装位置的问题。
编码器旋转到位后，将天线旋转的最小和最大角度作为编码器的基准点，配合软件控制，获得了准确、稳定的角度，为后续的调整提供了扎实的基础。
3.1.2 限位器
限位器主要用于防止天线在自动寻星的过程中，旋转过度，进而损
坏天线，其重要程度不言而喻。我们采用软件和硬件共同作用的方式，在硬件上，选择带有防水功能的限位器，将其分别安装在最大角度和最小角度的位置，当天线旋转到这两个位置时，系统将立即终止电机工作，从物理上限制天线旋转的角度。限位器工作原理如图2所示。
3.1.3 动力装置
卫星天线的动力装置包括配电机电箱、继电器、电机、齿轮减速器等，如图3所示。系统采用380V 的三相电源，Y 接地。继电器为电机提供自动控制和安全保护的作用，齿轮减速
器则是在上下前后控制的过程中起到缓冲刹车的作用，它们共同组成一套天线驱动装置。
在改造的过程中，我们预留了手动的状态，通过安装“手动/自动”切换开关，在电源故障期间，可以将开关切换到手动状态，进行人力操作。
3.2 控制软件的设计
卫星电视接收机升级
系统的自动化改造包括软件控制部分，我们使用JAVA 语言编写了控制程序，软件的逻辑结构如图4所示。
软件控制的设计思路是，先计算出天线寻卫星所需要的仰角和方位
角，将计算出来的角度与传感器的角
图3  卫星天线的动力装置
度相比较，如果大于就正向旋转，小于则反向旋转，直到卫星接收的电平值达到最高值，则停止运行。其实现的功能包括如下几个。
（1）一键寻星
将常用的卫星仰角、方位角、名称等数据存储在系统中，实现一键寻星，系统将这些数据作为目标值，跟当前传感器传回来的数据进行比较，自动调整和控制电机，直到达到目标值为止。这个自动化过程，可以将原来要一个小时的寻星过程缩短到现在的3~5分钟，大大提高了效率。
（2）新卫星搜索
搜索新卫星时，只要将寻该卫星时，所需要的轨道位置参数输入系统，点击确认键，系统将会自动计算，并控制卫星天线，持续向目标位置旋转，当接近目标值时，切换到微调模式，以较慢的转速进行微调（点击微调按键），这个时候传感器和电机的精度就很重要，目前我们可以做到10-3级别。
（3）最佳位置确认
卫星天线最终的位置，除了按照参数调整外，最重要的依据是，要接收到最大强度的信号，这样才能有最清晰的画面。从实践来看，天线调整角度获取
到最强的信号，跟卫星标识的参数之间
都有少许的差异，这也是人工在调整天
线时最难满足的地方。为此，我们通过
SNMP协议，自动获取卫星接收机的
电平值，并进行分析，将最大值记录下
来，作为最佳位置进行确认。
（4）软件限位
为了防止卫星天线旋转幅度过大，
造成物理损坏，除了在硬件上安装限
位器意外，在软件上也作了限制，当
软件检测到角度超出某个范围时，则
通过控制继电器，终止电机运行。
4 新系统的优点
系统经过改造，实现了寻星过程
的自动化，具有如下几方面的优点。
（1）快速寻星
新系统只需要输入卫星的经纬度，
就可以在几分钟内完成寻星过程，相
比之前一两小时的时长，效率大大提
高，且不再受限于天气等因素的影响。
（2）精准寻星
新系统加装了高精度的编码器，
并以卫星接收机接收到的最高电平为
基准进行定位，保证了信号的强度。
（3）节约人力成本
以往调整卫星天线，需要专业的
技术员操作，现在只需机房值班员简
单操作按键就可以完成，仅在系统维
护或者设备故障时，才需要专业技术
员的参与，节约了人力成本。
5 结束语
卫星天线改造历经了编码器的选
择、软件调试、设备的防水防雷试验、
动力装置安装等诸多过程，本台技术
团队用时半年多，经过不断的研究试
验，克服了改造过程中的诸多实际困
难，最终成功实现了天线自动化的改
造。2020年该项目已取得了软件著作
权，并申请了实用新型专利。
在融媒体快速发展的今天，我们的
卫星接收系统同样能够发挥出自身的优
势，比如在网络直播方面，当直播现场
人数众多时，可能会导致4G信号传输
的不稳定，这时，就可以通过海事卫星
进行稳定的传输，我们的接收系统能第
一时间响应，保障节目的安全播出。
自动化和人工智能是广电技术发
展的趋势，本台在卫星接收天线上进
行了一次有效的自动化改造尝试，既
提高了工作效率，又锻炼了技术队伍。
在以后的工作中，我们也将继续深化
自动化和人工智能在各个技术系统的
应用，保障节目的安全播出。
参考文献：
[1]李宇，古林海，陈华兴.广西电视台卫星
接收系统的改造[J].现代电视技术,2014(4).
[2]杜宝库，万隆君.船载卫星天线自动寻星
跟踪技术[J].中国机械,2014(4).
[3]郭俊岩.有线电视网络公司前端卫星天
线系统的优化、升级与改造[J].西部广播电
视,2014(6).
图4  软件逻辑结构图
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