專利名稱：一種手持衛(wèi)星通信終端及該終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信終端，尤其涉及應用在交通、海事、軍事等領域的一種手持衛(wèi) 星通信終端及該終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星通信是利用運行在地球空間軌道上的通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)無線信號，實現(xiàn)地面兩點 或多點間通信的一種通信方式。由于衛(wèi)星運行在地外軌道上，無線信號傳輸距離遠，信號衰 減嚴重，因此往往要求地面衛(wèi)星通信終端將天線對準衛(wèi)星才能獲得較好的通信效果。在野 外使用衛(wèi)星通信終端時為了確定衛(wèi)星位置，通常使用GPS設備通過計算后獲知，再通過指 南針等設備確定天線指向。這種方法輔助設備多，計算費時，天線指向不明確。若要使用天 線與機身連接在一起的手持式衛(wèi)星通信終端(手持臺)，移動機身來對準衛(wèi)星更是不方便。 因此亟待實現(xiàn)一種方法來方便、快速、直觀的指導用戶將天線準確指向衛(wèi)星方向。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明設計了一種手持衛(wèi)星通信終端，實現(xiàn)了使用該終 端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法，該終端集成了 GPS定位模塊、磁場傳感器和加速度傳 感器，可以快速計算衛(wèi)星的位置；可以在手持衛(wèi)星通信終端上定位衛(wèi)星所在位置，并使用圖 形界面方式指導用戶將天線對準衛(wèi)星。該方法適合應用在天線與機身連接在一起的手持式 衛(wèi)星通信終端上。這樣的手持終端可以是支持任意一種通信制式的終端。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種手持衛(wèi)星通信終端，包括主控芯片、通過控制與 數(shù)據(jù)接口分別與主控芯片相連接的衛(wèi)星通信功能塊和外部設備、通過顯示接口與主控芯片 相連接的顯示設備，其特征在于還包括GPS定位模塊、磁場傳感器和加速度傳感器，GPS定 位模塊通過UART接口與主控芯片連接；磁場傳感器通過I2C接口與主控芯片連接；加速度 傳感器通過SPI接口與主控芯片連接。一種手持衛(wèi)星通信終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法，其特征在于根據(jù)GPS 定位模塊獲取的本地地理位置數(shù)據(jù)和衛(wèi)星位置信息計算出衛(wèi)星所在的方位，利用磁場傳感 器和加速度傳感器獲取的數(shù)據(jù)計算當前天線指向的方位，并在終端顯示界面上顯示，其具 體步驟如下(1)、用戶啟動應用程序后，首先檢查當前GPS定位模塊是否已經(jīng)提供定位信息， 如果GPS沒有定位，則通過顯示設備提示用戶，并退出程序；如果已經(jīng)定位，則啟動加速度 傳感器和磁場傳感器，并提示用戶輸入衛(wèi)星位置信息；(2)、用戶輸入衛(wèi)星位置后，啟動計算子程序，實時計算衛(wèi)星相對本地的方位以及 當前天線指向的方位，以圖形方式在顯示界面上顯示計算結(jié)果；(3)、最終顯示界面上顯示出天線指向方位與衛(wèi)星方位重合，用戶退出程序。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是使用本設計的可手持衛(wèi)星通信終端可指導用戶方便、快速、直觀的將天線準確指向衛(wèi)星方向，從而解決了在野外使用衛(wèi)星通信終端時，為了 獲得較好的通信效果，地面衛(wèi)星通信終端將天線對準衛(wèi)星確定衛(wèi)星位置的操作不便(輔助 設備多，計算費時，天線指向不明確)的問題。


圖1是本發(fā)明手持式衛(wèi)星終端連接原理圖。圖2是本發(fā)明總體流程圖。圖3是計算衛(wèi)星相對本地的方位子程序流程圖。圖4是計算當前天線指向的方位子程序流程圖。圖5是終端顯示屏上顯示的界面指示圖。圖6是天線指向方位與衛(wèi)星方位在同一徑向上的界面指示圖。圖7是天線指向方位與衛(wèi)星方位重合的界面指示圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。參照圖1，手持衛(wèi)星通信終端1包括主控芯片2、衛(wèi)星通信功能塊3、外部設備5、顯 示設備7、GPS定位模塊9、磁場傳感器11和加速度傳感器13，主控芯片2通過控制與數(shù)據(jù) 接口 4、控制數(shù)據(jù)接口 6分別與相衛(wèi)星通信功能塊3、外部設備5(存儲器、麥克風、喇口Λ、鍵 盤、指示燈等)連接，主控芯片2通過顯示接口 8與顯示設備7連接，主控芯片2通過UART 接口 10與GPS定位模塊9連接，主控芯片2通過I2C接口 12與磁場傳感器11連接；主控 芯片2通過SPI接口 14與加速度傳感器13連接。手持衛(wèi)星通信終端可以使用任意通信制式，只要是使用天線和終端主機連接到一 起的一體式衛(wèi)星通信終端都適用。目前常用的GPS定位模塊、磁場傳感器和加速度傳感器 的體積都很小，完全可以集成在任意手持衛(wèi)星終端中，配合軟件計算和圖形界面顯示，可以 實現(xiàn)快速、直觀、準確確定天線位置。在一個具體的實施例中，主控芯片采用0MAP5910處理器，它負責處理天線指向的 計算以及界面顯示。顯示設備采用2. 4英寸176*220分辨率IXD顯示屏。GPS定位模塊采 用LEA-5S，使用UART接口與主控芯片連接，配合型號為E2N0的小型GPS天線，在室外環(huán)境 中可以獲取本地精確的經(jīng)緯度信息。磁場傳感器采用AK8973芯片，使用I2C接口與主控芯 片連接。加速度傳感器采用LIS302DL三軸數(shù)字式加速計，使用SPI接口與主控芯片連接。主控芯片2與各模塊相連接，通過各種接口實現(xiàn)對模塊的控制，實現(xiàn)包括打電話、 發(fā)短信、定位天線指向等功能在內(nèi)的各項手持衛(wèi)星終端功能，并實現(xiàn)人機交互接口(鍵盤、 麥克風、喇叭等)的操作以及顯示界面的內(nèi)容顯示。衛(wèi)星通信功能塊3是實現(xiàn)衛(wèi)星通信功能的主要模塊，可以是任意一種衛(wèi)星通信制 式功能模塊。它實現(xiàn)了硬件組成和軟件功能。它通過控制與數(shù)據(jù)接口 4與主控芯片2相連， 在主控芯片的控制下實現(xiàn)衛(wèi)星通信的功能。顯示設備7是實現(xiàn)人機交互功能的主要組成部分，在手持衛(wèi)星終端上通常是液晶 顯示屏。它通過圖形界面顯示方式響應用戶操作，實現(xiàn)包括指導用戶確定天線指向功能在 內(nèi)的各項功能。
GPS模塊9及天線可以接收GPS衛(wèi)星信號，提供手持衛(wèi)星終端當前所在位置的經(jīng)緯 度信息。通過UART接口 10傳送位置信息給主控芯片2。磁場傳感器11可以采集XYZ三個方向的磁場強度數(shù)據(jù)，通過I2C接口 12傳輸給 主控芯片2 ；加速度傳感器13采集XYZ三個方向的加速度數(shù)據(jù)，通過SPI接口 14傳輸給主 控芯片2，主控芯片根據(jù)這兩個數(shù)據(jù)信息分別計算出終端目前指向的仰角。本發(fā)明的應用程序安裝在主控芯片上。參照圖2，應用程序根據(jù)GPS定位模塊獲取 的本地地理位置數(shù)據(jù)和衛(wèi)星位置信息計算出衛(wèi)星所在的方位角和仰角，利用磁場傳感器和 加速度傳感器獲取的數(shù)據(jù)計算當前天線指向的方位角和仰角，并在終端顯示界面上顯示， 以指導用戶將天線指向衛(wèi)星方位，其具體操作步驟如下(1)、用戶啟動應用程序后，首先檢查當前GPS定位模塊是否已經(jīng)提供定位信息， 如果GPS定位模塊沒有定位信息，則通過顯示界面提示用戶，顯示界面顯示“GPS未定位，無 法指示天線位置”，并退出程序；如果已經(jīng)定位，則啟動加速度傳感器和磁場傳感器，并提示 用戶輸入衛(wèi)星位置信息，即衛(wèi)星所在經(jīng)度(地球同步衛(wèi)星位于赤道正上方，飛行高度和緯 度都是固定的，只需要經(jīng)度一個參數(shù)即可確定其位置)。(2)、用戶輸入衛(wèi)星位置后，啟動計算子程序，實時計算衛(wèi)星相對本地的方位以及 當前天線指向的方位，并以圖形顯示方式在顯示界面上顯示計算結(jié)果，用戶根據(jù)計算結(jié)果 轉(zhuǎn)動手機。(3)、最終顯示界面上顯示出天線指向方位與衛(wèi)星方位重合，用戶退出程序。在用戶輸入衛(wèi)星位置后，應用程序?qū)㈦S著用戶轉(zhuǎn)動手機，實時計算衛(wèi)星相對本地 的方位以及天線指向的方位，并以圖形顯示方式顯示在顯示屏上，指導用戶將衛(wèi)星與天線 位置對準。如果天線當前方位與衛(wèi)星方位重合，應用程序?qū)⒗寐曇?、振動或顯示設備提示 用戶“已準確對準衛(wèi)星”。應用程序一直計算并顯示衛(wèi)星位置與天線指向，直到用戶退出該程序。參照圖3，衛(wèi)星相對本地的方位的計算步驟是判斷GPS定位模塊是否發(fā)送來本地 位置經(jīng)緯度信息，若已發(fā)送來定位信息，則判斷其定位信息是否有效，若有效，則利用公式 (1)和公式(2)實時計算衛(wèi)星相對本地位置的方位角和仰角。主控芯片采集GPS定位模塊提供的當前終端定位信息，利用GPS定位信息和用戶 輸入的衛(wèi)星位置信息實時計算衛(wèi)星相對本地的方位角和仰角，并通過IXD顯示屏顯示標示 出這個方位。GPS模塊定時通過串口傳送本地定位信息給主控芯片，包括經(jīng)度和緯度。每 次收到定位信息后，應用程序需要判斷數(shù)據(jù)是否有效，因為GPS模塊接收到的信號較弱，在 某些位置可能無法收到定位信息，如果定位信息無效，則不再計算衛(wèi)星相對位置，下次收到 GPS信息后重新計算。如果判斷定位信息有效，利用衛(wèi)星位置信息和本地定位信息計算出衛(wèi)星相對于終 端所在位置的方位角和仰角。其中衛(wèi)星相對本地的方位角指衛(wèi)星在地面上的垂直投影與本 地位置的連線和正南方向的夾角，偏東方向是正值，偏西方向是負值。衛(wèi)星相對本地的仰角 是衛(wèi)星與終端的連線與地平面之間的夾角。衛(wèi)星相對本地的方位角計算公式是
,ftanX^Az = arctan —----------------------------------------------------------⑴
V sin 7 J
衛(wèi)星相對本地的仰角計算公式是
權(quán)利要求
一種手持衛(wèi)星通信終端，包括主控芯片(2)、通過控制與數(shù)據(jù)接口(4)和控制數(shù)據(jù)接口(6)分別與主控芯片(2)相連接的衛(wèi)星通信功能塊(3)和外部設備(5)、通過顯示接口(8)與主控芯片(2)相連接的顯示設備(7)，其特征在于還包括GPS定位模塊(9)、磁場傳感器(11)和加速度傳感器(13)，GPS定位模塊(9)通過UART接口(10)與主控芯片(2)連接；磁場傳感器(11)通過I2C接口(12)與主控芯片(2)連接；加速度傳感器(13)通過SPI接口(14)與主控芯片(2)連接。
2.一種手持衛(wèi)星通信終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法，其特征在于根據(jù)GPS定 位模塊獲取的本地地理位置數(shù)據(jù)和衛(wèi)星位置信息計算出衛(wèi)星所在的方位，利用磁場傳感器 和加速度傳感器獲取的數(shù)據(jù)計算當前天線指向的方位，并在終端顯示界面上顯示，其具體 步驟如下(1)、用戶啟動應用程序后，首先檢查當前GPS定位模塊是否已經(jīng)提供定位信息，如果 GPS沒有定位，則通過顯示設備提示用戶，并退出程序；如果已經(jīng)定位，則啟動加速度傳感 器和磁場傳感器，并提示用戶輸入衛(wèi)星位置信息；(2)、用戶輸入衛(wèi)星位置后，啟動計算子程序，實時計算衛(wèi)星相對本地的方位以及當前 天線指向的方位，以圖形方式在顯示界面上顯示計算結(jié)果；(3)、最終顯示界面上顯示出天線指向方位與衛(wèi)星方位重合，用戶退出程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種手持衛(wèi)星通信終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法，其 特征在于衛(wèi)星相對本地的方位的計算步驟是判斷GPS定位模塊是否發(fā)送來本地位置經(jīng) 緯度信息，若已發(fā)送來定位信息，則判斷其定位信息是否有效，若有效，則利用公式⑴和 公式(2)實時計算衛(wèi)星相對本地位置的方位角和仰角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種手持衛(wèi)星通信終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法，其 特征在于當前天線指向的方位計算步驟是判斷加速度傳感器是否已經(jīng)準備好數(shù)據(jù)，主 控芯片讀取加速度傳感器、磁場傳感器的數(shù)據(jù)后，則利用公式(3)、公式(4)、公式(5)和公 式(6)實時計算當前天線指向的方位角和仰角。
全文摘要
本發(fā)明涉及手持衛(wèi)星通信終端及該終端指導用戶將天線對準衛(wèi)星的方法。該終端包括主控芯片、通過控制與數(shù)據(jù)接口分別與主控芯片相連接的衛(wèi)星通信功能塊和外部設備、通過顯示接口與主控芯片相連接的顯示設備，還包括GPS定位模塊、磁場傳感器和加速度傳感器，GPS定位模塊通過UART接口與主控芯片連接；磁場傳感器通過I2C接口與主控芯片連接；加速度傳感器通過SPI接口與主控芯片連接。其方法是實時計算出衛(wèi)星和天線指向的方位，并以圖形方式在終端顯示界面上顯示，可指導用戶方便、快速、直觀的將天線準確指向衛(wèi)星方向，從而解決了在野外使用衛(wèi)星通信終端時獲得較好的通信效果，地面衛(wèi)星通信終端將天線對準衛(wèi)星確定衛(wèi)星位置的操作不便(輔助設備多，計算費時，天線指向不明確)的問題。
文檔編號H04B1/38GK101938287SQ20101022813
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者孫圣舉, 宋超, 李昂, 王長嵩 申請人:天津七一二通信廣播有限公司