CN103022696A - 自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置，其中，自动定向天线系统，包括：分别与天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘，通过第一步进电机和第二步进电机使天线在水平维度和垂直维度上都能转动，通过获取天线当前的方位角和俯仰角，以及天线和目标节点的地理位置信息来对天线的指向进行调整控制，使得在天线与目标节点存在较大的高度差时，也能通过调整天线在垂直方向的指向，改善天线与信号发射器的通信质量。本发明提供的技术方案能够有效提高自动定向天线系统的灵活性。

Description

自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置。

背景技术

在无线通讯系统中，根据方向性的不同，天线种类分为全向天线和定向天线两种，全向天线能够在水平方向的360度都均匀辐射，覆盖范围大，然而全向天线的无方向性也使得其只能适用于短距离的信号传输场景。定向天线只在一定角度范围内辐射，能够适用于长距离的信号传输场景，但是覆盖范围相对固定。

针对全向天线和定向天线的不同特点，自动定向天线装置孕育而生，自动定向天线能够实现对定向天线方向的自动调整，提高了定向天线的灵活性。

现有的一种自动定向天线装置，包括：接收信号的天线，伺服云台，全球定位系统（GPS，Global Positioning System）信号接收机，用于伺服云台转动的处理器，以及用于感测天线的当前指向方位的电子罗盘仪。其中，天线设置在伺服云台之上，GPS信号接收机一端与天线相连接，另一端与处理器相连接，处理器分别与伺服云台和电子罗盘仪相连接。天线在接收到信号发射器传播过来的信号时，将接收到的信号传输到GPS信号接收机，GPS信号接收机根据接收到的信号分析得到信号发射器的位置信息并传输给处理器，同时，电子罗盘感测天线的当前指向方位，并将天线的当前指向方位传输给处理器，处理器根据信号发射器的位置信息以及天线的当前指向方位，分析出天线需要水平转动的角度，之后处理器驱动伺服云台转动。

由上可见，现有的自动定向天线装置只能驱动天线在水平方向上转动，灵活性差，且在天线与信号发射器存在较大的高度差时，无法通过调整天线的位置改善天线与信号发射器的通信质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置，用于提高自动定向天线系统的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明一方面提供了一种自动定向天线系统，包括：

天线；

与上述天线的水平传动机构连接，用于驱动上述天线水平转动的第一步进电机；

与上述天线的垂直传动机构连接，用于驱动上述天线垂直转动的第二步进电机；

安装在上述天线上，用于获取上述天线的方位角和俯仰角的电子罗盘；

以及，用于获取上述天线的地理位置信息的第一定位模块；

以及，用于获取目标节点的地理位置信息的第二定位模块；

以及，分别与上述第一步进电机，上述第二步进电机，上述第一定位模块，上述第二定位模块以及上述电子罗盘连接的处理器；

上述处理器用于根据上述第一定位模块获取的上述天线的地理位置信息和上述第二定位模块获取的上述目标节点的地理位置信息，计算出上述天线的目标方位角和目标俯仰角；根据上述目标方位角，上述目标俯仰角，以及上述天线的当前方位角和当前俯仰角，判断上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围，若超过，则控制上述第一步进电机和上述第二步进电机调整上述天线的指向，使上述天线的指向与上述目标节点的偏离落在上述预定范围内。

基于本发明第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述处理器具体通过如下方式判断上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围：

计算上述天线处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向与上述天线当前指向的夹角；

判断上述夹角是否小于上述天线的主瓣角；

若上述夹角小于上述天线的主瓣角，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离不超过预定范围；

若上述夹角不小于上述天线的主瓣角，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离超过预定范围。

基于本发明第一方面，或者本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述第一定位模块具体用于：根据接收到的全球定位系统GPS信号，获取上述天线的地理位置信息。

基于本发明第一方面，或者本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式，上述第二定位模块具体用于：接收来自上述目标节点的包含上述目标节点的地理位置信息的消息，并从上述消息中获取上述目标节点的地理位置信息。

本发明第二方面提供的一种天线的自动定向方法，应用于自动定向天线系统中，其中，上述自动定向天线系统，包括：分别与上述天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘；上述天线的自动定向方法，包括：从上述电子罗盘获取上述天线的方位角和俯仰角；

获取上述天线的地理位置信息；

获取目标节点的地理位置信息；

根据上述天线的地理位置信息和上述目标节点的地理位置信息，计算上述天线的目标方位角和目标俯仰角；

根据上述目标方位角，上述目标俯仰角，以及上述天线的方位角和俯仰角，判断上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围；

若超过，则控制上述第一步进电机和上述第二步进电机调整上述天线的指向，使上述天线的指向与上述目标节点的偏离落在上述预定范围内。

基于本发明第二方面，在第一种可能的实现方式中，上述判断上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围，包括：

计算上述天线处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向与上述天线当前指向的夹角；

判断上述夹角是否小于上述天线的主瓣角；

若上述夹角小于上述天线的主瓣角，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离不超过预定范围；

若上述夹角不小于上述天线的主瓣角，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离超过预定范围。

基于本发明第二方面，在第一种可能的实现方式中，上述从上述电子罗盘获取上述天线的方位角和俯仰角，之前包括：对上述电子罗盘进行磁偏角校正。

基于本发明第二方面，或者本发明第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述获取上述天线的地理位置信息，包括：接收到的全球定位系统GPS信号；根据接收到的全球定位系统GPS信号，获取上述天线的地理位置信息。

基于本发明第二方面，或者本发明第二方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，上述获取上述目标节点的地理位置信息，包括：

接收来自上述目标节点的包含上述目标节点的地理位置信息的消息；

从上述消息中获取上述目标节点的地理位置信息。

本发明第三方面提供了一种天线的自动定向装置，应用于自动定向天线系统中，其中，上述自动定向天线系统，包括：分别与上述天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘，上述天线的自动定向装置，包括：第一获取单元，用于从上述电子罗盘获取上述天线的方位角和俯仰角；

第二获取单元，用于获取上述天线的地理位置信息；

第三获取单元，用于获取目标节点的地理位置信息；

计算单元，用于根据上述第二获取单元获取的天线的地理位置信息和上述第三获取单元获取的目标节点的地理位置信息，计算上述天线的目标方位角和目标俯仰角；

判断单元，用于根据上述计算单元计算得到的上述天线的目标方位角和目标俯仰角，以及上述第一获取单元获取到的上述天线的方位角和俯仰角，判断上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围；

调整单元，用于当上述判断单元的判断结果为是时，控制上述第一步进电机和上述第二步进电机调整上述天线的指向，使上述天线的指向与上述目标节点的偏离落在上述预定范围内。

基于本发明第三方面，在第一种可能的实现方式中，上述判断单元包括：

计算子单元，用于计算上述天线处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向与上述天线当前指向的夹角；

判断子单元，用于判断上述计算子单元计算得到的夹角是否小于上述天线的主瓣角，当上述夹角小于上述天线的主瓣角时，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离不超过预定范围，当上述夹角不小于上述天线的主瓣角时，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离超过预定范围。

由上可见，本发明实施例在天线的水平面和垂直面各设置步进电机，使得天线在水平维度和垂直维度上都能转动，极大提高了自动定向天线系统的灵活性，通过获取天线当前的方位角和俯仰角，以及天线和目标节点的地理位置信息来对天线的指向进行调整控制，使得在天线与目标节点存在较大的高度差时，也能通过调整天线在垂直方向的指向，改善天线与信号发射器的通信质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的自动定向天线系统一个结构示意图；

图2为本发明实施例提供的对电子罗盘的磁偏角校正流程一个流程示意图；

图3为本发明实施例提供的天线的自动定向方法一个实施例流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种地理空间示意图；

图5为本发明实施例提供的一种动作行为判断原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种天线的目标指向与当前指向的夹角计算原理示意图；

图7为本发明实施例提供的一种天线的自动定向装置一个实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对本发明实施例的一种自动定向天线系统进行描述，请参阅图1，本发明实施例中的自动定向天线系统100，包括：

天线101；

与天线101的水平传动机构连接，用于驱动天线101水平转动的第一步进电机102；

与天线101的垂直传动机构连接，用于驱动天线101垂直转动的第二步进电机103；

安装在天线101上，用于获取天线101的方位角和俯仰角的电子罗盘104；

以及，用于获取天线101的地理位置信息的第一定位模块105；

以及，用于获取目标节点的地理位置信息的第二定位模块106；

以及，分别与第一步进电机102，第二步进电机103，第一定位模块105，第二定位模块106以及电子罗盘104连接的处理器107。

其中，处理器107用于根据第一定位模块105获取的天线101的地理位置信息和第二定位模块106获取的目标节点的地理位置信息，计算出天线101的目标方位角和目标俯仰角；根据上述目标方位角，上述目标俯仰角，以及天线101的当前方位角和当前俯仰角，判断天线101的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围，若超过，则控制第一步进电机102和第二步进电机103调整天线101的指向，使天线101的指向与上述目标节点的偏离落在上述预定范围内。

在本发明实施中，上述天线101的地理位置信息包括天线101所处位置的经度，纬度和高度，同理，上述目标节点的地理位置信息包括目标节点所处位置的经度，纬度和高度。在一种实现方式中，第一定位模块105可以是GPS信号接收机或其它具有定位功能的设备，第一定位模块105通过接收GPS信号或其它定位信号（如北斗定位信号）来获取天线的地理位置信息，第二定位模块106可以是GPS信号接收机或其它具有定位功能的设备，第二定位模块106通过接收来自目标节点的GPS信号或北斗定位信号或者其它定位信号来获取目标节点的地理位置信息，或者，第二定位模块106也可以是无线数传模块，则第二定位模块106可以通过接收来自目标节点的包含上述目标节点的地理位置信息的消息，从接收到的消息中获取到上述目标节点的地理位置信息，当然，上述目标节点的地理位置信息也可以是由其它网络设备发送给第二定位模块106，此处不作限定。

在本发明实施例中，第一步进电机102和第二步进电机103的步距角可以相同，也可以不同。在一种实现方式中，上述预定范围可以是：在水平方向上为第一步进电机102的一个步距角内，在垂直方向上为第二步进电机103的一个步距角内，那么，当上述目标方位角与天线的当前方位角的角度差大于第一步进电机102的一个步距角，则认定为天线的当前指向与目标节点在水平方向上的偏离超过预定范围，当上述目标俯仰角与天线的当前俯仰角的角度差大于第二步进电机103的一个步距角，则认定为天线的当前指向与目标节点在垂直方向上的偏离超过预定范围。当然，本发明实施例中，也可以根据实际需求设定上述预定范围的值，此处不作限定。

例如，考虑到自动定向天线系统100在移动系统中的应用，当装载自动定向天线系统100的物体持续无规律移动时，将会使天线101的方位角和俯仰角不断变化，若上述预定范围过小，则会使第一步进电机102和第二步进电机103频繁转动，加大机械损耗，为了减少此类机械损耗，延长机械寿命，且不影响天线101与目标节点间的正常通信，本发明实施例使用动作行为判断算法，将上述预定范围设置为天线101的主瓣角，由于当目标节点在天线的主瓣范围内时，其接收的信号衰减将小于3dBm，因此，使用动作行为判断算法对天线与目标节点之间的通信影响不大。上述动作行为判断算法具体表现为：处理器107计算天线101处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向与天线101当前指向的夹角；判断计算得到的夹角是否小于天线101的主瓣角；若计算得到的夹角小于天线101的主瓣角，则判定天线101的当前指向与上述目标节点的偏离不超过预定范围；若计算得到的夹角不小于天线101的主瓣角，则判定天线101的当前指向与上述目标节点的偏离超过预定范围。

由于地理极方向与地磁极方向有一定的夹角，而且该夹角在地球上不同的位置会出现不同，因此，进一步，可以在获取天线101的方位角和俯仰角之前，先对电子罗盘104进行磁偏角校正，以补偿地理极和地磁极之间的偏角，使电子罗盘104测量出来的天线101的方位角准确度更高。在本发明实施例中，可以由处理器107对电子罗盘104的磁偏角进行校正，当然，在实际应用中，也可以通过人工方式对电子罗盘104的磁偏角进行校正，此处不作限定。下面以处理器对电子罗盘的磁偏角校正流程为例进行说明，请参阅图2所示：

A1、获取天线所在地的实际磁偏角；

在实际应用中，天线所在地的实际磁偏角可以通过人工方式查询之后输入至处理器，或者，处理器也可以在获知天线所在地后，从预存的包含各地实际磁偏角的表格中获取天线所在地的实际磁偏角，此处不作限定。

A2、处理器向电子罗盘发送清除命令，清除电子罗盘的磁北修正。

A3、处理器驱动第一步进电机转动，使电子罗盘获取到的方位角等于磁偏角；

本发明实施例中，电子罗盘固定安装在天线上，天线的方位角即为电子罗盘获取到的方位角，处理器通过驱动第一步进电机带动天线转动，直至电子罗盘获取到的方位角等于磁偏角。

A4、向电子罗盘发送校正命令，将电子罗盘的当前指向设置为零度。

需要说明的是，若在对电子罗盘的磁偏角进行校正之后，电子罗盘所安装的天线所在地未发生变化，则在后续流程中可以不再对该电子罗盘的磁偏角进行校正。

需要说明的是，本发明实施例中的天线101可以定向天线，也可以是其它类型天线，上述目标节点可以是中继节点、基站或者其它信号发射器，此处不作限定。本发明实施例中的自动定向天线系统100可以应用于点对点的专网无线视频应急通信系统中，也可以应用于其它移动通信系统中。

由上可见，本发明实施例在天线的水平面和垂直面各设置步进电机，使得天线在水平维度和垂直维度上都能转动，极大提高了自动定向天线系统的灵活性，通过获取天线当前的方位角和俯仰角，以及天线和目标节点的地理位置信息来对天线的指向进行调整控制，使得在天线与目标节点存在较大的高度差时，也能通过调整天线在垂直方向的指向，改善天线与信号发射器的通信质量。进一步，本发明实施例中采用动作行为判断算法，在保证天线和目标节点的正常通信下，减少了天线的机械损耗，极大提到了本发明的自动定向天线系统的寿命。

下面对本发明实施例中的一种天线的自动定向方法进行描述，该方法应用于自动定向天线系统中，其中，上述自动定向天线系统，包括：分别与上述天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘，请参阅图3，本发明实施例中天线的自动定向方法，包括：

301、从电子罗盘获取天线的方位角和俯仰角；

在本发明实施例中，电子罗盘安装在天线上，通过电子罗盘可以实时获取到天线的方位角和俯仰角。

由于地理极方向与地磁极方向有一定的夹角，而且该夹角在地球上不同的位置会出现不同，所以在获取天线101的方位角和俯仰角之前，需要先对电子罗盘104进行磁偏角校正，以补偿地理极和地磁极之间的偏角，使电子罗盘104测量出来的天线101的方位角准确度更高。在本发明实施例中，可以由处理器107对电子罗盘104的磁偏角进行校正，其具体实现方式可以参照图2所示，此处不再赘述。当然，在实际应用中，也可以通过人工方式对电子罗盘104的磁偏角进行校正，此处不作限定。

需要说明的是，若在对电子罗盘的磁偏角进行校正之后，电子罗盘所安装的天线所在地未发生变化，则在后续流程中可以不再对该电子罗盘的磁偏角进行校正。

302、获取天线的地理位置信息；

在本发明实施中，天线的地理位置信息包括天线所处位置的经度，纬度和高度。在一种实现方式中，自动定向天线系统可以通过接收GPS信号或其它定位信号（如北斗定位信号）来获取天线的地理位置信息。

303、获取目标节点的地理位置信息；

在本发明实施中，目标节点的地理位置信息包括目标节点所处位置的经度，纬度和高度。在一种实现方式中，自动定向天线系统可以通过接收来自目标节点的GPS信号或其它定位信号（如北斗定位信号）来获取目标节点的地理位置信息，或者，自动定向天线系统也可以通过接收来自目标节点的包含上述目标节点的地理位置信息的消息，从接收到的消息中获取到上述目标节点的地理位置信息，当然，上述目标节点的地理位置信息也可以是由其它网络设备发送给自动定向天线系统，此处不作限定。

304、根据天线的地理位置信息和目标节点的地理位置信息，计算出天线的目标方位角和目标俯仰角；

自动定向天线系统根据步骤302和步骤303获取到的天线的地理位置信息和目标节点的地理位置信息，计算出天线的目标方位角和目标俯仰角。

具体地，自动定向天线系统计算天线的目标方位角和目标俯仰角的方式如下：如图4所示的地理空间示意图，A点为天线所在位置，B点为目标节点所在位置，假设地理位置信息的坐标意义为（经度，纬度，高度），A点的坐标为（a，b，c），B点的坐标为（x，y，z），o为地球中心，B在地面上的投影为B’，箭头AN的指向是A点所认为的正北方向，面NAP是A点的参考水平面，弧AB’是A、B’两点的球面举例，AP是弧AB’的切线，则角BAP即为天线的俯仰角（如图4所示的β），角NAP即为天线的方位角（如图4所示的α）。设角AOB为θ。海平面到球心的距离为R（约6378公里），则可以由公式1和公式2分别计算出天线的目标方位角和目标俯仰角：

公式1： $\cos a=\frac{\cos y\sin (x-a)}{\sin \mathrm{\θ}};$

公式2： $\tan \mathrm{\β}=\frac{\cos \mathrm{\θ}-\frac{c+R}{z+R}}{\sin \mathrm{\θ}};$

其中，cosθ=cos(x-a)cosycosb+sinysinb。

305、根据目标方位角，目标俯仰角，以及天线的方位角和俯仰角，判断天线的当前指向与目标节点的偏离是否超过预定范围；

若天线的当前指向与目标节点的偏离超过预定范围，则执行步骤306，若天线的指向与目标节点的偏离不超过预定范围，则执行步骤307。

在本发明实施例中，上述第一步进电机和上述第二步进电机的步距角可以相同，也可以不同。在一种实现方式中，上述预定范围可以是：在水平方向上为上述第一步进电机的一个步距角内，在垂直方向上为上述第二步进电机的一个步距角内，那么，当上述目标方位角与天线的当前方位角的角度差大于上述第一步进电机的一个步距角，则认定为天线的当前指向与目标节点在水平方向上的偏离超过预定范围，当上述目标俯仰角与天线的当前俯仰角的角度差大于上述第二步进电机的一个步距角，则认定为天线的当前指向与目标节点在垂直方向上的偏离超过预定范围。当然，本发明实施例中，也可以根据实际需求设定上述预定范围的值，此处不作限定。

例如，考虑到自动定向天线系统在移动系统中的应用，当装载本发明的自动定向天线系统的物体持续无规律移动时，将会使天线的方位角和俯仰角不断变化，若上述预定范围过小，则会使第一步进电机和第二步进电机频繁转动，加大机械损耗，为了减少此类机械损耗，延长机械寿命，且不影响天线与目标节点间的正常通信，本发明实施例使用动作行为判断算法，将上述预定范围设置为天线的主瓣角，如图5所示的动作行为判断原理示意图，假设天线处于位置A，当目标节点处于位置B时，其在天线的主瓣范围内，接收到的天线信号衰减将小于3dBm，此衰减将对通信影响不大，依据此原理，当目标节点和天线连线的指向与天线当前指向之间的夹角γ小于天线的主瓣角θ时，将不转动天线，只有当目标节点移动到C点或者天线自身移动时，导致夹角γ大于或等于天线的主瓣角θ时，才使天线一直转动到夹角γ小于天线的主瓣角θ或者转动到对准目标节点C为止。

上述动作行为判断算法具体表现为：自动定向天线系统计算天线处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向与天线当前指向的夹角；判断计算得到的夹角是否小于天线的主瓣角；若计算得到的夹角小于天线的主瓣角，则判定天线的指向与上述目标节点的偏离不超过预定范围；若计算得到的夹角不小于天线的主瓣角，则判定天线的指向与上述目标节点的偏离超过预定范围。在动作行为判断算法中，计算天线处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向（即目标指向）与天线当前指向的夹角的方式如下：

如图6所示的天线的目标指向与当前指向的夹角计算原理示意图，A点为天线所处的位置，以A点为原点建立直角坐标系，AB为天线的目标指向，AC为天线的当前指向，则夹角γ即为天线的目标指向与当前指向的角度差，D、E两点分别为B、C两点在A点所在水平面上的垂直交点。使用坐标（方位角，俯仰角）来分别表示B点和C点的坐标，设B点的坐标为（a，b），C点的坐标为（x，y），AD和AE长度设为1，则夹角γ可以由公式3和公式4计算得到：

公式3：DE²=2-2cos(y-b)；

公式4： $\cos \mathrm{\γ}=\frac{{(1/\cos a)}^2+{(1/\cos x)}^2-{(\tan a-\tan x)}^2-{\mathrm{DE}}^2}{2\frac{1}{\cos a\cos x}}.$

306、控制第一步进电机和第二步进电机调整天线的指向，使天线的指向与目标节点的偏离落在预定范围内；

自动定向天线系统可以由目标方位角和当前方位角算出方位角差，由目标俯仰角和目标俯仰角算出俯仰角差，将方位角差除以第一步进电机的步距角，得到水平步进数，将俯仰角差除以第二步进电机的步距角，得到垂直步进数，自动定向天线系统控制第一步进电机和第二步进电机分别转动水平步进数和垂直步进数，使天线的指向与目标节点的偏离落在预定范围内。

307、结束本次流程。

需要说明的是，本发明实施例中的天线可以定向天线，也可以是其它类型天线，上述目标节点可以是中继节点、基站或者其它信号发射器，此处不作限定。本发明实施例中的自动定向天线系统可以应用于点对点的专网无线视频应急通信系统中，也可以应用于其它移动通信系统中。

需要说明的是，本发明实施例中的天线的自动定向方法可以应用于如上述装置实施例中的自动定向天线系统，可以用于实现上述装置实施例中的全部技术方案，上述装置实施例中的各个功能模块的功能可以参照本方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可参照本方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

由上可见，本发明实施例在天线的水平面和垂直面各设置步进电机，使得天线在水平维度和垂直维度上都能转动，极大提高了自动定向天线系统的灵活性，通过获取天线当前的方位角和俯仰角，以及天线和目标节点的地理位置信息来对天线的指向进行调整控制，使得在天线与目标节点存在较大的高度差时，也能通过调整天线在垂直方向的指向，改善天线与信号发射器的通信质量。进一步，本发明实施例中采用动作行为判断算法，在保证天线和目标节点的正常通信下，减少了天线的机械损耗，极大提到了本发明的自动定向天线系统的寿命。

本发明实施例还提供了一种天线的自动定向装置，该自动定向装置应用于自动定向天线系统中，其中，上述自动定向天线系统，包括：分别与上述天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘，请参阅图7，本发明实施例中天线的自动定向装置700，包括：

第一获取单元701，用于从上述电子罗盘获取上述天线的方位角和俯仰角。

第二获取单元702，用于获取上述天线的地理位置信息。

第三获取单元703，用于获取目标节点的地理位置信息。

计算单元704，用于根据第二获取单元702获取的天线的地理位置信息和第三获取单元703获取的目标节点的地理位置信息，计算上述天线的目标方位角和目标俯仰角。

判断单元705，用于根据计算单元704计算得到的上述天线的目标方位角和目标俯仰角，以及第一获取单元701获取到的上述天线的方位角和俯仰角，判断上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离是否超过预定范围。

调整单元706，用于当判断单元705的判断结果为是时，控制上述第一步进电机和上述第二步进电机调整上述天线的指向，使上述天线的指向与上述目标节点的偏离落在上述预定范围内。

在一种实现方式中，判断单元705具体包括：

计算子单元，用于计算上述天线处于上述目标方位角和上述目标俯仰角时的指向与上述天线当前指向的夹角；

判断子单元，用于判断上述计算子单元计算得到的夹角是否小于上述天线的主瓣角，当上述夹角小于上述天线的主瓣角时，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离不超过预定范围，当上述夹角不小于上述天线的主瓣角时，则判定上述天线的当前指向与上述目标节点的偏离超过预定范围。

需要说明的是，本发明实施例中的天线可以定向天线，也可以是其它类型天线，上述目标节点可以是中继节点、基站或者其它信号发射器，此处不作限定。本发明实施例中的自动定向天线系统可以应用于点对点的专网无线视频应急通信系统中，也可以应用于其它移动通信系统中。

需要说明的是，本发明实施例中的自动定向装置400可以如上述方法实施例中的自动定向方法，可以用于实现上述方法实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可参照上述方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

由上可见，本发明实施例在天线的水平面和垂直面各设置步进电机，使得天线在水平维度和垂直维度上都能转动，极大提高了自动定向天线系统的灵活性，通过获取天线当前的方位角和俯仰角，以及天线和目标节点的地理位置信息来对天线的指向进行调整控制，使得在天线与目标节点存在较大的高度差时，也能通过调整天线在垂直方向的指向，改善天线与信号发射器的通信质量。进一步，本发明实施例中采用动作行为判断算法，在保证天线和目标节点的正常通信下，减少了天线的机械损耗，极大提到了本发明的自动定向天线系统的寿命。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上对本发明所提供的一种自动定向天线系统、天线的自动定向方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施例方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种自动定向天线系统，其特征在于，包括：

天线；

与所述天线的水平传动机构连接，用于驱动所述天线水平转动的第一步进电机；

与所述天线的垂直传动机构连接，用于驱动所述天线垂直转动的第二步进电机；

安装在所述天线上，用于获取所述天线的方位角和俯仰角的电子罗盘；

以及，用于获取所述天线的地理位置信息的第一定位模块；

以及，用于获取目标节点的地理位置信息的第二定位模块；

以及，分别与所述第一步进电机，所述第二步进电机，所述第一定位模块，所述第二定位模块以及所述电子罗盘连接的处理器；

所述处理器用于根据所述第一定位模块获取的所述天线的地理位置信息和所述第二定位模块获取的所述目标节点的地理位置信息，计算出所述天线的目标方位角和目标俯仰角；根据所述目标方位角，所述目标俯仰角，以及所述天线的当前方位角和当前俯仰角，判断所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离是否超过预定范围，若超过，则控制所述第一步进电机和所述第二步进电机调整所述天线的指向，使所述天线的指向与所述目标节点的偏离落在所述预定范围内。

2.根据权利要求1所述的自动定向天线系统，其特征在于，

所述处理器具体通过如下方式判断所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离是否超过预定范围：

计算所述天线处于所述目标方位角和所述目标俯仰角时的指向与所述天线当前指向的夹角；

判断所述夹角是否小于所述天线的主瓣角；

若所述夹角小于所述天线的主瓣角，则判定所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离不超过预定范围；

若所述夹角不小于所述天线的主瓣角，则判定所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离超过预定范围。

3.根据权利要求1或2所述的自动定向天线，其特征在于，

所述第一定位模块具体用于：根据接收到的全球定位系统GPS信号，获取所述天线的地理位置信息。

4.根据权利要求1或2所述的自动定向天线，其特征在于，

所述第二定位模块具体用于：接收来自所述目标节点的包含所述目标节点的地理位置信息的消息，并从所述消息中获取所述目标节点的地理位置信息。

5.一种天线的自动定向方法，应用于自动定向天线系统中，其中，所述自动定向天线系统，包括：分别与所述天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘；

其特征在于，所述方法包括：

从所述电子罗盘获取所述天线的方位角和俯仰角；

获取所述天线的地理位置信息；

获取目标节点的地理位置信息；

根据所述天线的地理位置信息和所述目标节点的地理位置信息，计算所述天线的目标方位角和目标俯仰角；

根据所述目标方位角，所述目标俯仰角，以及所述天线的方位角和俯仰角，判断所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离是否超过预定范围；

若超过，则控制所述第一步进电机和所述第二步进电机调整所述天线的指向，使所述天线的指向与所述目标节点的偏离落在所述预定范围内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述判断所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离是否超过预定范围，包括：

计算所述天线处于所述目标方位角和所述目标俯仰角时的指向与所述天线当前指向的夹角；

判断所述夹角是否小于所述天线的主瓣角；

若所述夹角小于所述天线的主瓣角，则判定所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离不超过预定范围；

若所述夹角不小于所述天线的主瓣角，则判定所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离超过预定范围。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，

所述从所述电子罗盘获取所述天线的方位角和俯仰角，之前包括：

对所述电子罗盘进行磁偏角校正。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，

所述获取所述天线的地理位置信息，包括：

接收到的全球定位系统GPS信号；

根据接收到的全球定位系统GPS信号，获取所述天线的地理位置信息。

9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，

所述获取所述目标节点的地理位置信息，包括：

接收来自所述目标节点的包含所述目标节点的地理位置信息的消息；

从所述消息中获取所述目标节点的地理位置信息。

10.一种天线的自动定向装置，应用于自动定向天线系统中，其中，所述自动定向天线系统，包括：分别与所述天线的水平传动机构和垂直传动机构连接的第一步进电机和第二步进电机以及电子罗盘，其特征在于，所述天线的自动定向装置，包括：

第一获取单元，用于从所述电子罗盘获取所述天线的方位角和俯仰角；

第二获取单元，用于获取所述天线的地理位置信息；

第三获取单元，用于获取目标节点的地理位置信息；

计算单元，用于根据所述第二获取单元获取的天线的地理位置信息和所述第三获取单元获取的目标节点的地理位置信息，计算所述天线的目标方位角和目标俯仰角；

判断单元，用于根据所述计算单元计算得到的所述天线的目标方位角和目标俯仰角，以及所述第一获取单元获取到的所述天线的方位角和俯仰角，判断所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离是否超过预定范围；

调整单元，用于当所述判断单元的判断结果为是时，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机调整所述天线的指向，使所述天线的指向与所述目标节点的偏离落在所述预定范围内。

11.根据权利要求10所述的自动定向装置，其特征在于，

所述判断单元包括：

计算子单元，用于计算所述天线处于所述目标方位角和所述目标俯仰角时的指向与所述天线当前指向的夹角；

判断子单元，用于判断所述计算子单元计算得到的夹角是否小于所述天线的主瓣角，当所述夹角小于所述天线的主瓣角时，则判定所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离不超过预定范围，当所述夹角不小于所述天线的主瓣角时，则判定所述天线的当前指向与所述目标节点的偏离超过预定范围。

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