CN102868029A - 一种用于动中通散射的天线对准方法 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种用于动中通散射的天线对准方法，它主要涉及散射等点波束通信移动场合下的天线对准跟踪方法。本发明在原散射通信设备的基础上通过增加宽波束的小型天线，而无需借助于其他通信手段，通过控制单元自动操作，可完成散射通信在动中通环境下建链、跟踪等对准过程。本发明具有不需借助其他通信手段，准确高效，经济性好，操作方便等优点。特别适用于车载、舰载动中通环境下散射通信天线实时对准，为散射链路的机动建立提供支撑。

Description

一种用于动中通散射的天线对准方法

技术领域

本发明涉及通信领域中一种用于动中通散射天线的对准方法，特别适用于两端散射通信站在低速移动条件下的天线自动对准，及散射通信系统的快速开通。

背景技术

目前，散射通信系统常采用的对准方法为手动对准方式和自动对准方式，由于散射信道的瑞利衰落特性，在通信距离较远时，信号接收微弱；同时，受限于天线波束角窄，天线对准的实时性不足等特点，依靠传统天线对准机制的散射通信仅能用于“静中通”、“停即通”等应用环境，而不支持散射传输手段在移动环境下的使用，很大程度上影响了散射通信的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供的一种在原散射通信设备的基础上通过增加宽波束的小型天线，而无需借助于其他通信手段，通过控制单元自动操作，可完成散射通信在动中通环境下建链、跟踪等对准过程。本发明具有不需借助其他通信手段，准确高效，经济性好，操作方便等优点，解决了传统散射天线对准方法无法实现动中通天线对准的难题。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于动中通散射的天线对准方法，其特征在于：该方法是借助于天线自动对准平台来实现的，所述的天线自动对准平台包括收发双方分别安装的副天线和主天线，其中主天线为散射通信天线，副天线为小口径、宽波束平板天线，具体包括以下步骤：

粗对准过程：

(1)通信收发双方完成初始化，分别获取本端站的方位指示信息，所述的方位指示信息包括地理坐标、航向和速度；通信收发双方的副天线分别发送探测信号，探测信号包括方位指示信息和站号；

(2)通信收发双方的副天线分别搜索对方发送的探测信号；

(3)收到探测信号后，结合双方的地理坐标、航向、航速信息，利用天线方位角估计算法，得到各自天线方位角；

(4)主天线和副天线根据天线方位角指向相应方位，实现粗对准；

精对准过程：

(5)通信收发双方通过主天线建立初始通信，分别发送各自的方位指示信息，对方收到后互发确认信号，收到确认信号后，进入定位互易模式，分别获取对方的方位指示信息；

(6)计算通信方位角：根据本端站方位指示信息和接收到的对端站方位指示信息，通过链路规划程序，计算出通信方位角；

(7)副天线进行接收电平扫描：建立粗对准后，副天线在设定范围内进行接收电平扫描；

(8)两个通信端站主天线利用计算得到的通信方位角和副天线电平扫描结果，通过天线方位综合校正方法，对主天线方位进行细微调整，达到天线精细对准；

跟踪过程：

(9)根据主天线方位综合校正方法，对位置变化的两端站，进行天线对准的保持。

其中，步骤(2)中，当在有预案支持时，副天线可依据预案规定的转速在方案可能产生的范围内发送探索信号，同时对方发送的探测信号进行搜索；在没有预案支持的情况下，可由副天线以随机转速360°发送探测信号，并进行信号搜索。

其中，副天线的天线波束角≥50°。

其中，步骤(7)中，副天线进行接收电平扫描的设定范围为±10°。

其中，步骤(8)中，天线方位综合校正方法包括以下步骤：

(801)计算主天线方位校正角的加权值；

根据两个通信端站的通信方位角以及副天线电平扫描结果，计算主天线校正角的加权值，计算方法如下式所示

$w_x=\frac{k}{{\mathrm{\β}}_{n-1}-{\mathrm{\β}}_n}$

上式中，w_x表示本次方位校正角的加权值，β_n-1表示上一次主天线校正的角度值，β_n表示本次主天线校正角度的计算值，k为常数，角标n表示本次算法执行，角标n-1表示上一次算法执行；

(802)主天线方位校正角自适应加权；

根据主天线方位校正角的加权值，对主天线的校正角度进行加权计算，最终得出主天线方位角的校正角度值，计算公式如下式所示：

α＝w₁×α₁+w₂×α₂

上式中，α表示天线方位角度校正输出值，w₁表示主天线校正角度的加权值，α₁表示本次计算得到的主天线校正角度，w₂表示副天线校正角度的加权值，α₂表示本次计算得到的副天线校正角度。

(803)将计算得到的主天线方位角的校正值输出至主天线伺服系统。

本发明相比背景技术具有如下优点：

本发明不使用辅助通信手段，采用主副天线搭配的方法，实现散射通信“动中通”天线对准。其中副天线可与主天线进行一体化设计无需增加新的伺服设备，该方法具有对准速度快、对准精度高的优点。

附图说明

图1是本发明的实施例的电原理方框图；

图1中包括天线控制单元为1、天线伺服单元为2、调制解调器单元为3、副天线为4、主天线为5、导航定位装置6、惯导指向系统7、电子罗盘8以及监控计算机9；

其中，天线伺服单元2还包括方位角驱动单元2-1、俯仰角驱动单元2-2、天线倒伏机构2-3、陀螺单元2-4；

调制解调器单元3还主要包括解调单元3-1及其他相关单元。

图2是散射动中通天线对准流程图；

图3是主天线方位综合校正算法流程图。

具体实施方式

根据图1至图3对本发明作进一步说明，本发明无需借助于其他通信手段，即可完成散射动中通天线快速对准。天线控制单元1为本系统的核心设备，主要用于完成对准信号的融汇，并控制天线伺服单元完成相关动作；天线伺服单元2作用为主副天线4、5的驱动及稳定机构；调制解调器作用为解析对端位置等状态信息；导航定位装置6作用为提供本端天线位置信息；惯性导航装置7作用为获取本端站移动的方向和速度；电子罗盘8作用为提供天线指向方位角；监控计算机9作用为监控系统设备运行状态及通过地理信息为天线控制单元1提供方位角及俯仰角的校准和指示。

一种用于动中通散射的天线对准方法，该方法是借助于天线自动对准平台来实现的，所述的天线自动对准平台包括收发双方分别安装的副天线和主天线，其中主天线为散射通信天线，副天线为小口径、宽波束平板天线，具体包括以下步骤：

粗对准过程：

(1)通信收发双方完成初始化，分别获取本端站的方位指示信息，所述的方位指示信息包括地理坐标、航向和速度；通信收发双方的副天线分别发送探测信号，探测信号包括方位指示信息和站号。

(2)通信收发双方的副天线分别搜索对方发送的探测信号；

当在有预案支持时，副天线可依据预案规定的转速在方案可能产生的范围内发送探索信号，同时对方发送的探测信号进行搜索；在没有预案支持的情况下，可由副天线以随机转速360°发送探测信号，并进行信号搜索。

(3)收到探测信号后，结合双方的地理坐标、航向、航速信息，利用天线方位角估计算法，得到各自天线方位角。

(4)主天线和副天线根据天线方位角指向相应方位，实现粗对准。

精对准过程：

(5)通信收发双方通过主天线建立初始通信，分别发送各自的方位指示信息，对方收到后互发确认信号，收到确认信号后，进入定位互易模式，分别获取对方的方位指示信息。

(6)计算通信方位角：根据本端站方位指示信息和接收到的对端站方位指示信息，通过链路规划程序，计算出通信方位角。

(7)副天线进行接收电平扫描：建立粗对准后，副天线在设定范围内进行接收电平扫描；副天线进行接收电平扫描的设定范围为±10°。

(8)两个通信端站主天线利用计算得到的通信方位角和副天线电平扫描结果，通过天线方位综合校正方法，对主天线方位进行细微调整，达到天线精细对准。

其中，天线方位综合校正方法包括以下步骤：

(801)计算主天线方位校正角的加权值；

根据两个通信端站的通信方位角以及副天线电平扫描结果，计算主天线校正角的加权值，计算方法如下式所示

$w_x=\frac{k}{{\mathrm{\β}}_{n-1}-{\mathrm{\β}}_n}$

上式中，w_x表示本次方位校正角的加权值，β_n-1表示上一次主天线校正的角度值，β_n表示本次主天线校正角度的计算值，k为常数，角标n表示本次算法执行，角标n-1表示上一次算法执行；

(802)主天线方位校正角自适应加权；

根据主天线方位校正角的加权值，对主天线的校正角度进行加权计算，最终得出主天线方位角的校正角度值，计算公式如下式所示：

α＝w₁×α₁+w₂×α₂

上式中，α表示天线方位角度校正输出值，w₁表示主天线校正角度的加权值，α₁表示本次计算得到的主天线校正角度，w₂表示副天线校正角度的加权值，α₂表示本次计算得到的副天线校正角度。

(803)将计算得到的主天线方位角的校正值输出至主天线伺服系统。

跟踪过程：

(9)根据主天线方位综合校正方法，对位置变化的两端站，进行天线对准的保持。

工作原理：收发双方分别安装副天线4以及主天线5，其中主天线为散射通信天线，副天线为小口径、宽波束平板天线，天线波束角≥50°，仅用于辅助天线对准，两部天线采用独立伺服装置。天线对准过程由对准程序控制实现。

首先对天线进行初始化设置，并将副天线展开且进行水平角度360°扫描接收，扫描同时发送探测信号；在确认收到对方标识信号后结束大范围扫描，并将共享双方坐标、航向、航速对告，在双方本地坐标、航向、航速检测系统的支持下，分别获取对方坐标、航向、航速等信息，根据双方的坐标信息由监控计算机9计算散射通信最佳方位角，并结合计算机的地理信息得到最佳散射角，并将散射通信天线展开，且方位角指向计算得出的最佳方位角，完成双方主天线粗对准。

细对准过程在实现双方主天线粗对准后介入，此时收发双方实现初步建链，并可建立低速通信。细对准过程综合考虑航向、航速、双方坐标以及接收电平等因素进行周期方位角校准。通过如下方式实现，首先通过主天线共享双方的坐标、航速、航向信息(该过程通过协议完成不影响正常通信)，并根据以上信息得出相应的主天线方位角校正值，副天线通过程序控制进行接收电平扫描，根据扫描结果得出最强接收信号方位角，然后根据方位角权值计算公式得出各自校正值的权值，最后对各个方位角进行加权合并运算得出主天线校准值。细对准过程通过程序控制周期进行以实现双方天线的精确对准。

Claims (5)

1.一种用于动中通散射的天线对准方法，其特征在于：该方法是借助于天线自动对准平台来实现的，所述的天线自动对准平台包括收发双方分别安装的副天线和主天线，其中主天线为散射通信天线，副天线为小口径、宽波束平板天线，具体包括以下步骤：

粗对准过程：

(1)通信收发双方完成初始化，分别获取本端站的方位指示信息，所述的方位指示信息包括地理坐标、航向和速度；通信收发双方的副天线分别发送探测信号，探测信号包括方位指示信息和站号；

(2)通信收发双方的副天线分别搜索对方发送的探测信号；

(3)收到探测信号后，结合双方的地理坐标、航向、航速信息，利用天线方位角估计算法，得到各自天线方位角；

(4)主天线和副天线根据天线方位角指向相应方位，实现粗对准；

精对准过程：

(5)通信收发双方通过主天线建立初始通信，分别发送各自的方位指示信息，对方收到后互发确认信号，收到确认信号后，进入定位互易模式，分别获取对方的方位指示信息；

(6)计算通信方位角：根据本端站方位指示信息和接收到的对端站方位指示信息，通过链路规划程序，计算出通信方位角；

(7)副天线进行接收电平扫描：建立粗对准后，副天线在设定范围内进行接收电平扫描；

(8)两个通信端站主天线利用计算得到的通信方位角和副天线电平扫描结果，通过天线方位综合校正方法，对主天线方位进行细微调整，达到天线精细对准；

跟踪过程：

(9)根据主天线方位综合校正方法，对位置变化的两端站，进行天线对准的保持。

2.根据权利要求1所述的一种用于动中通散射的天线对准方法，其特征在于：步骤(2)中，当在有预案支持时，副天线可依据预案规定的转速在方案可能产生的范围内发送探索信号，同时对方发送的探测信号进行搜索；在没有预案支持的情况下，可由副天线以随机转速360°发送探测信号，并进行信号搜索。

3.根据权利要求1所述的一种用于动中通散射的天线对准方法，其特征在于：副天线的天线波束角≥50°。

4.根据权利要求1所述的一种用于动中通散射的天线对准方法，其特征在于：步骤(7)中，副天线进行接收电平扫描的设定范围为±10°。

5.根据权利要求1所述的一种用于动中通散射的天线对准方法，其特征在于：步骤(8)中，天线方位综合校正方法包括以下步骤：

(801)计算主天线方位校正角的加权值；

根据两个通信端站的通信方位角以及副天线电平扫描结果，计算主天线校正角的加权值，计算方法如下式所示

$w_x=\frac{k}{{\mathrm{\β}}_{n-1}-{\mathrm{\β}}_n}$

上式中，w_x表示本次方位校正角的加权值，β_n-1表示上一次主天线校正的角度值，β_n表示本次主天线校正角度的计算值，k为常数，角标n表示本次算法执行，角标n-1表示上一次算法执行；

(802)主天线方位校正角自适应加权；

根据主天线方位校正角的加权值，对主天线的校正角度进行加权计算，最终得出主天线方位角的校正角度值，计算公式如下式所示：

α＝W₁×α₁+W₂×α₂

上式中，α表示天线方位角度校正输出值，w₁表示主天线校正角度的加权值，α₁表示本次计算得到的主天线校正角度，w₂表示副天线校正角度的加权值，α₂表示本次计算得到的副天线校正角度。

(803)将计算得到的主天线方位角的校正值输出至主天线伺服系统。

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