CN104167606B - 一种毫米波天线对中控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于毫米波通信天线差速旋转方式的毫米波天线对中控制系统。本发明的对中控制系统由多个相同的对中控制装置组成，对中控制装置分别设置在不同的毫米波天线通信站点中；每个对中控制装置包括天线转动模块、位置信息检测模块、天线信息采集传感器和对中控制模块；天线转动模块、位置信息检测模块和天线信息采集传感器分别与对中控制模块。本发明能有效提高毫米波天线对中精度，实现天线自动化对中通信，减少对中前的准备工作和数据交换工作，增加毫米波的通信保密性，实现毫米波通信机动性、可靠性及野外自适应特性。

Description

一种毫米波天线对中控制系统

技术领域

本发明属于通信天线空间目标搜寻、定位及天线姿态调整及运动伺服系统技术，具体涉及一种毫米波天线对中控制系统。

背景技术

作为一种新型的军用通信手段，毫米波作为战场通信一种手段，目前在国内正处于起步阶段，而对毫米波天线在使用时的调整方法研究和应用上，目前的设计思想和实现手段是：在随机情况下，通信设备的两天线的轴线一般位于两个不同的平面内，故天线对准实际上是一个较复杂的空间收索问题。从天线轴线在两正交平面(方位平面和俯仰平面)内的投影可以看出，只要分别在方位和俯仰面内调整即可将两天线对准。这种调整方法将空间收索转换成两个简单的水平和垂直面收索，可以简化收索控制算法。目前所采用的方法是：天线可以先实现方位对准，然后再调俯仰指向，实现两天线的完全对中。

对中系统中需要多种参数和数据，如通信站点天线位置数据(经纬度)，天线朝向方位角度数据，天线基准水平位置等。获取参数方法是：1)采用GPS(或军用地图或北斗系统)来标示两个天线的具体地理位置(也包括高度信息)；2)采用磁罗盘来检测并标示天线的朝向；3)采用三轴加速度传感器来检测天线俯仰及水平角度。这些参数的获得，都不可避免地存在一定的误差，当误差在一定程度时，要在依赖这些数据进行天线对中就可能存在一些问题。而在这几种数据中，天线朝向的方位数据存在的误差最大。

为了实现天线的对中，在两个天线实现对中进行通信之前，需要这两个天线的上述3类数据必须在两站点之间进行数据交换，这就需要通过其他通信手段来进行数据传输，如通常所采用的是通过无线对讲装置进行数据交换，再获得对方的数据后，通过输入这些参数到天线对中姿态调整控制器中，从而使得驱动系统在这些数据的基础上对天线朝向和俯仰进行调节。从理论上来讲，该对中原理是可以实现两个天线的对中并建立通信链路。但一个实际问题不得不面对，那就是当采用这样方式，发现在实际应用中，两天线的方位指向误差一般较大，其主要原因在于天线朝向的检查手段依赖于磁阻传感器，而磁阻传感器受外界磁场的影响较大，从而影响一定的偏差，再由于毫米波的波瓣小，一般只有3°左右，一旦天线朝向误差较大，采用这样的方法就难于实现天线的对中。同时，站点位置误差也在一定程度上存在。因此目前采用的天线对中方法并不适用于毫米波天线对中使用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种仅依赖单点站点位置信息，并采用两天线差速旋转方式来进行天线定位，使得两天线之间在不用全面交换双方位置数据的情况下，在不用借助磁偏角数据的情况下、实现两天线的定位和朝向姿态调整。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种毫米波天线对中控制系统，其特征在于，该对中控制系统由多个相同的对中控制装置组成，对中控制装置分别设置在不同的毫米波天线通信站点中；每个对中控制装置包括天线转动模块、位置信息检测模块、天线信息采集传感器和对中控制模块；天线转动模块、位置信息检测模块和天线信息采集传感器分别与对中控制模块；其中，

位置信息检测模块用于检测其自身位于的毫米波天线通信站点的站点地理位置信息，并将检测到的信息发送到对中控制模块，所述站点地理位置信息至少包括站点经度、站点纬度和站点高度；

所述天线信息采集传感器用于采集其自身位于的毫米波天线通信站点的天线状态信息，并将采集到的天线状态信息发送到对中控制模块，所述天线状态信息包括天线方位角度和天线俯仰角度；

所述天线转动模块包括天线方位角度转动电机和天线俯仰角度转动电机，天线转动模块根据接收到的对中控制模块发送的控制指令控制天线转动；

所述对中控制模块根据位置信息检测模块提供的其自身位于的毫米波天线通信站点的站点地理位置信息以及天线状态信息控制天线转动模块使天线进行旋转，使不同的毫米波天线通信站点在天线旋转的过程中相互检测，并根据检测到的信息对天线进行定位，使毫米波天线对中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.仅需要知道单边主站点位置信息，或在一定条件下，不需要知道双方位置信息，便可以实现毫米波天线对中；不用在对中之前需要采用其他辅助手段进行通信以交换双方站点位置信息，增加部队的通信的保密特性和机动特性；

2.天线对中方式适用性更强，应用范围更加广泛，适合部队对机动性、灵活性及通信可靠性要求。

3.减少或消除位置信息误差(特别是方位角度及姿态信息误差)对毫米波通信天线对中的影响，提高对中效率和准确性；

4.提高在野外及复杂环境下的毫米波天线对中效率和准确性；

5.提供解决毫米波天线对中不成功时的原因分析和决策支持手段，对实际应用时的通信位置选取和优化提供评判和决策。

附图说明

图1为本发明的对中控制装置的逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述

1)天线俯仰角度对天线对中的影响

按目前毫米波的传输距离设定20KM，其传输波瓣角3°，其在传输20KM的直线两点位置时，毫米波到达对方，其信号覆盖面积直径可以达到1KM。

也就是说，若两站点相距20KM，其两个站点的高度差只要不超过1000m(考虑信号传输过程的一些衰减和变化，该范围应该更小一些)。则按一方天线发出的信息就可以被另一方天线所收到，通过天线选择方式，总可以确定出另一天线的基本方位，再通过微调，最终可以实现对中。

2)天线位置误差对天线对中的影响

从毫米波的信号通信途径也可以看出，当两个通信站点的位置坐标出现一定的误差时，按目前GPS系统，其定位精度一般在10米内，北斗的目前定位精度一般在20米内，按这样的误差情况，，当两个天线因误差位置存在误差而进行对中时，其信号发射后的覆盖区域将远远大于这个定位误差的范围，这就是说，两天线的位置定位误差，对于整个信号接收，天线对中，不会产生大的影响。

3)天线方位角度对天线对中的影响

天线朝向(方位角度)是影响天线对中一个非常重要的因素，当采用磁罗盘检测天线方位角度时，方位角度存在误差时对对中的影响。

当磁罗盘的磁北角存在偏差，且偏差大于一定范围时，就会出现两个天线难于对中的情况。

而毫米波天线对中，只是毫米波通信的必要条件，要保障毫米波通信的可靠建立，毫米波天线是否对中，天线通信链路上是否有障碍物遮挡，以及天气如大雨的影响等，都可能造成毫米波信号不能传送到对方，一但对方不能正确接收到通信信息，天线对中就难于进行。也就是说，一但出现按正常操作都不能完成毫米波天线对中时，将很难判断其原因是因为对中所采用的数据存在问题，还是因为信号传输环境存在问题等等。

通过上面的分析，为避免因方位朝向误差过大而引起天线对中不能建立，采用取消罗盘的方法。

当然，在这样的情况下，两点之间的距离远近，也决定了两点之间的有效高度差范围大小。只有在这个范围内，该方法才可以实现两站点在彼此都无任何对方位置信息时的天线自动对中。

由于毫米波的通信传输距离一般情况下在20KM左右，信号波瓣一般在1～3°。地面上的两个站点，这里定义为A和B点，如下，要实现A,B两点的天线对中，从理论上讲，若知道其彼此的位置坐标，高度差，已经天线的朝向，便可以通过调整彼此天线姿态进行两天线对中。

为实现这个目的，就需要站点A和站点B必须获得对方站点的位置坐标数据，天线指向数据和天线水平基准数据。并且要进行数据交换，以知道双方天线的位置和朝向。

从上面所说的对中原理和过程来看，两站点之间要实现对中，对从站点而言，最关键和重要的是要获得主从站点位置的相对高度差。这个数据的准确性决定了该模式对中的准确性。而主站点的高度和从站点的高度数据均可以通过GPS或其他高度检测手段(如大气压力)进行检测修正。

如图1所示，本发明的对中控制装置包括天线转动模块、位置信息检测模块、天线信息采集传感器和对中控制模块；天线转动模块、位置信息检测模块和天线信息采集传感器分别与对中控制模块；其中，

位置信息检测模块用于检测其自身位于的毫米波天线通信站点的站点地理位置信息，并将检测到的信息发送到对中控制模块，所述站点地理位置信息至少包括站点经度、站点纬度和站点高度；

所述天线信息采集传感器用于采集其自身位于的毫米波天线通信站点的天线状态信息，并将采集到的天线状态信息发送到对中控制模块，所述天线状态信息包括天线方位角度和天线俯仰角度；

所述天线转动模块包括天线方位角度转动电机和天线俯仰角度转动电机，天线转动模块根据接收到的对中控制模块发送的控制指令控制天线转动；

所述对中控制模块根据位置信息检测模块提供的其自身位于的毫米波天线通信站点的站点地理位置信息以及天线状态信息控制天线转动模块使天线进行旋转，使不同的毫米波天线通信站点在天线旋转的过程中相互检测，并根据检测到的信息对天线进行定位，使毫米波天线对中。

其中，天线转动模块可设置于放置天线的云台上，通过云台的转动而带动天线进行相应的转动。

本发明的工作原理为：

将天线对中控制装置分别设置在不同的毫米波天线站点中，其具体的控制方法如下：

(1)控制站点1的毫米波天线按给定速度匀速旋转，其天线的俯仰角度可暂时定为水平；

(2)另一毫米波站点2在毫米波通信范围区域内，根据事先所获得的毫米波站点1的位置信息(如通过GPS定位或北斗定位网)，包括站点的经纬度坐标和高度信息；结合位置信息检测模块检查的本站点所在位置的位置信息，通过对中控制模块可以计算出两站点的距离和高度差；从而计算出站点2的天线应该调整的俯仰角度；

(3)控制站点1基于站点2俯角角度计算值，通过天线转动模块的电机驱动控制，调整该天线俯仰角至该角度值，并开始按给定的速度匀速旋转；其旋转速度和站点1的天线选择速度成一定的差值；站点2毫米波天线成信息发射状态，其发送内容即为站点2的位置信息(通过GPS或北斗系统所获得的定位信息)；

(4)站点1和站点2的天线按不同的速度旋转，在某一个时刻，两天线会对中，此时为动态的对中，站点1的对中系统通过检测天线接收信号的有无和强弱，并根据所当时时刻的转动角度位置，便可以确定出自身天线所应该的方位和朝向；

(5)站点1停止转动，开始发射信息；

(6)站点2天线在旋转一周后，总可以接受到站点1所发出的信息，站点2根据天线所接收的信号有无和强度，结合天线转角，可以确定出站点2天线的朝向，从而建立与站点1之间的毫米波通信链路，实现静态的对中。

Claims (1)

1.一种毫米波天线对中控制系统，其特征在于，该对中控制系统由多个相同的对中控制装置组成，对中控制装置分别设置在不同的毫米波天线通信站点中；每个对中控制装置包括天线转动模块、位置信息检测模块、天线信息采集传感器和对中控制模块；天线转动模块、位置信息检测模块和天线信息采集传感器分别与对中控制模块连接；其中，

位置信息检测模块用于检测其自身位于的毫米波天线通信站点的站点地理位置信息，并将检测到的信息发送到对中控制模块，所述站点地理位置信息至少包括站点经度、站点纬度和站点高度；

所述天线信息采集传感器用于采集其自身位于的毫米波天线通信站点的天线状态信息，并将采集到的天线状态信息发送到对中控制模块，所述天线状态信息包括天线方位角度和天线俯仰角度；

所述天线转动模块包括天线方位角度转动电机和天线俯仰角度转动电机，天线转动模块根据接收到的对中控制模块发送的控制指令控制天线转动；

所述对中控制模块根据位置信息检测模块提供的其自身位于的毫米波天线通信站点的站点地理位置信息以及天线状态信息控制天线转动模块使天线进行旋转，使不同的毫米波天线通信站点在天线旋转的过程中实现动态的天线对中，并在天线对中的时刻检测到对方的信息，并根据检测到的信息对天线进行定位，实现毫米波天线静态的对中；所述实现动态的天线对中的具体过程为：控制毫米波站点1的毫米波天线按给定速度匀速旋转，其天线的俯仰角度可定为水平；另一毫米波站点2在毫米波通信范围区域内，根据事先所获得的毫米波站点1的位置信息，包括站点的经纬度坐标和高度信息；结合位置信息检测模块检测的本站点所在位置的位置信息，通过对中控制模块可以计算出两站点的距离和高度差；从而计算出毫米波站点2的天线应该调整的俯仰角度；基于毫米波站点2俯仰角度计算值，通过天线转动模块的电机驱动控制，调整毫米波站点2俯仰角至该俯仰角度计算值，并开始按给定的速度匀速旋转；其旋转速度和毫米波站点1的天线旋转速度成一定的差值；毫米波站点2毫米波天线成信息发射状态，其发送内容即为毫米波站点2的位置信息，毫米波站点1和毫米波站点2的天线按不同的速度旋转，在某一个时刻，两天线会对中，此时为动态的对中。