CN104820441A - 一种无线网桥自动测向和调整方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网桥自动测向和调整方法及系统，自动测向和调整系统包括有自动控制芯片，与自动控制芯片的信号输入端分别连接的定位模块、输入模块和本地定向天线，与自动控制芯片的信号输出端连接的自动对准机械装置；自动对准机械装置的信号输出端、定位模块均与本地定向天线连接。本发明采集无线网桥中两个定向天线的信息，然后得出两者在三维空间中的坐标点，将两个坐标点进行连接即得出理论几何基准线，然后再根据理论几何基准线及其小角度区域的测量数据，将定线天线调整到最强信号的方向，完成测向调整，整个调整方法简单、无需人为干预，可自动完成自动测向及无线网桥系统的搭建，对准精度高、速度快。

Description

一种无线网桥自动测向和调整方法及系统

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体是一种无线网桥自动测向和调整方法及系统。

背景技术

现如今的定向天线对准调整方法一般为：通过测试软件和激光测距仪或者其他强的直线电光源，利用激光光点精确位置，然后再细调信号，包括发射功率和接收功率两个都要调；最后利用全向天线协助本地定向天线对准远端定向天线，从而组成无线网桥通讯链路。但是这种方法，需要人为手动操作调整或半自动调整，调整方式复杂，且调整精度差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线网桥自动测向和调整方法及系统，可实现全自动机械化调整，调整方式简单，且调整精度高，调整后信号强度强。

本发明的技术方案为：

一种无线网桥自动测向和调整方法，包括以下步骤：

(1)、首先输入模块获取远端定向天线的经纬度信息和高度信息，定位模块获取本地定向天线的经纬度信息和高度信息；

(2)、步骤(1)获取到的信息传输给自动控制芯片，自动控制芯片根据两个定向天线的经纬度信息和高度信息，得出两个定向天线在三维空间中的坐标点，再根据坐标点得出理论几何基准线，控制与本地定向天线连接的自动对准机械装置，调整本地定向天线的朝向，即姿态，使本地定向天线对准理论几何基准线；

(3)、自动控制芯片控制与本地定向天线连接的自动对准机械装置，使本地定向天线在几何基准线周围设定的区域范围内按设定的小角度做慢速圆锥式扩散转动，自动控制芯片实时采集转动过程中获得的远端信号强度，得到本地天线新的信号强度基准轴和旋转角度，从而获得本地定向天线的最佳对准方向，完成无线网桥的自动连接。

所述的步骤(2)中根据坐标点得出理论几何基准线，是根据方位角测算和仰角测算得出理论几何基准线，方位角测算和仰角测算的具体步骤如下，其中，方位角(azimuthangle)即从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角：

(1)、方位角计算：

a、在知道本地定向天线A点和远端定向天线B点的经纬度后，使用三面角余弦公式，得到公式(1)：

cos(c)＝cos(a)×cos(b)+sin(a)×sin(b)×cos(A～OC～B)  (1)，

其中，A～OC～B是面AOC与面BOC的二面角，将两个定向天线A、B点的经纬度数据代入，得到角C与经纬度的关系，见公式(2)：

cos(c)＝cos(90-Bw)×cos(90-Aw)+sin(90-Bw)×sin(90-Aw)×cos(Bj-Aj)  (2)，

其中，Aj，Bw分别是A点的经度和纬度，Bj、Bw分别是B点的经度和纬度，二面角A～OC～B的度数就是两点经度之差；

b、根据三角函数，求得角c的正弦值：

求得正弦后，使用球面正弦公式由此得到，

$\sin A=\frac{\sin a\sin C}{\sin c}=\frac{\sin (90-\mathrm{Bw})\sin (\mathrm{Bj}-\mathrm{Aj})}{\sin c}---\left(4\right),$

用反正弦函数求角度，上式可直接写成：

$A=\arcsin \left(\frac{\sin (90-\mathrm{Bw})\×\sin (\mathrm{Bj}-\mathrm{Aj})}{\sin \left(c\right)}\right)---\left(5\right),$

c、据B点相对于A点的位置在四个象限两个轴上进行讨论，依据不同情况对计算结果进行不同处理；假设A点固定于原点，则B点在第一象限，Azimuth＝A；B在第二象限，Azimuth＝360+A；B在第三四象限，Azimuth＝180-A；B在轴上，则直接按轴所在位置，确定Azimuth等于0、90、180、270；Azimuth值为所求方位角；

(2)、仰角测算：

a、根据式(2)，用反余弦函数求得c的度数，

c＝arccos(cos(90-Bw)×cos(90-Aw)+sin(90-Bw)×sin(90-Aw)×cos(Bj-Aj))

(6)，

然后再将度数转换为弧度，得式(7)，

然后c(弧度)乘以地球半径就得到了A点和B点间的水平距离，即式(8)，

L＝R×c(弧度)  (8)，

其中，地球是一个近乎标准的椭球体，它的赤道半径为6378.140千米，极半径为6356.755千米，平均半径6371.004千米，即R＝6371.004km；

b、A点和B点高度差h1＝|Bh-Ah|，若h1>0则角度为水平向上仰角，h1<0则角度为水平向下俯角，仰角计算公式为式(9)，

α＝arctan(h1/L)  (9)。

所述的陀螺仪获取本地定向天线的姿态信息，然后传输给自动控制芯片。

所述的本地定向天线每完成一圈数据采集即可确定强信号方向和区域，并计算出新的信号强度基准轴和旋转角度，两至三圈即可获得最佳对准方向，完成无线网桥的自动连接。

一种无线网桥自动测向和调整系统，包括有自动控制芯片，与自动控制芯片的信号输入端分别连接的定位模块、输入模块和本地定向天线，与自动控制芯片的信号输出端连接的自动对准机械装置；所述的自动对准机械装置的信号输出端、定位模块均与本地定向天线连接。

所述的无线网桥自动无线测向和调整系统还包括有与自动控制芯片信号输入端连接的陀螺仪，且陀螺仪与本地定向天线连接。

所述的无线网桥自动无线测向和调整系统还包括有与自动控制芯片连接的电源管理模块。

本发明的优点：

本发明采集无线网桥中两个定向天线的信息，然后得出两者在三维空间中的坐标点，根据两个坐标点的连线即得出理论几何基准线，然后再根据理论几何基准线及其小角度区域的测量数据，将定线天线调整到最强信号的方向，整个调整方法简单、无需人为干预，可自动完成自动测向及无线网桥系统的搭建，对准精度高、速度快。

附图说明

图1是本发明无线网桥自动测向和调整系统的结构框图。

图2是本发明理论几何基准线的坐标图。

图3是本发明本地定向天线和远端定向天线的方位角的结构示意图。

图4是本发明仰角的结构示意图，

具体实施方式

一种无线网桥自动测向和调整系统，包括有自动控制芯片1，与自动控制芯片1的信号输入端分别连接的定位模块2、陀螺仪3、输入模块4、本地定向天线5和电源管理模块6，与自动控制芯片1的信号输出端连接的自动对准机械装置7，自动对准机械装置7为两轴控制单元，用于调整定向天线的朝向；自动对准机械装置7的信号输出端、定位模块2、陀螺仪3均与本地定向天线5连接。

一种无线网桥自动测向和调整方法，包括以下步骤：

(1)、首先输入模块4获取远端定向天线的经纬度信息和高度信息，定位模块2获取本地定向天线5的经纬度信息和高度信息，陀螺仪3获取本地定向天线5的姿态信息；

(2)、步骤(1)获取到的信息传输给自动控制芯片1，自动控制芯片1根据两个定向天线的经纬度信息和高度信息，得出两个定向天线在三维空间中的坐标点，再根据坐标点得出理论几何基准线，控制与本地定向天线5连接的自动对准机械装置7，调整本地定向天线5的朝向，即姿态，使本地定向天线5对准理论几何基准线(见图2)；

上述根据坐标点得出理论几何基准线，是根据方位角测算和仰角测算得出理论几何基准线，方位角测算和仰角测算的具体步骤如下：

见图3，方位角计算：

a、在知道本地定向天线A点和远端定向天线B点的经纬度后，使用三面角余弦公式，得到公式(1)：

cos(c)＝cos(a)×cos(b)+sin(a)×sin(b)×cos(A～OC～B)  (1)，

其中，A～OC～B是面AOC与面BOC的二面角，将两个定向天线A、B点的经纬度数据代入，得到角C与经纬度的关系，见公式(2)：

cos(c)＝cos(90-Bw)×cos(90-Aw)+sin(90-Bw)×sin(90-Aw)×cos(Bj-Aj)  (2)，

其中，Aj，Bw分别是A点的经度和纬度，Bj、Bw分别是B点的经度和纬度，二面角A～OC～B的度数就是两点经度之差；

b、根据三角函数，求得角c的正弦值：

求得正弦后，使用球面正弦公式由此得到，

$\sin A=\frac{\sin a\sin C}{\sin c}=\frac{\sin (90-\mathrm{Bw})\sin (\mathrm{Bj}-\mathrm{Aj})}{\sin c}---\left(4\right),$

用反正弦函数求角度，上式可直接写成：

$A=\arcsin \left(\frac{\sin (90-\mathrm{Bw})\&times;\sin (\mathrm{Bj}-\mathrm{Aj})}{\sin \left(c\right)}\right)---\left(5\right),$

c、据B点相对于A点的位置在四个象限两个轴上进行讨论，依据不同情况对计算结果进行不同处理；假设A点固定于原点，则B点在第一象限，Azimuth＝A；B在第二象限，Azimuth＝360+A；B在第三四象限，Azimuth＝180-A；B在轴上，则直接按轴所在位置，确定Azimuth等于0、90、180、270；Azimuth值为所求方位角；

见图4，仰角测算：

a、根据式(2)，用反余弦函数求得c的度数，

c＝arccos(cos(90-Bw)×cos(90-Aw)+sin(90-Bw)×sin(90-Aw)×cos(Bj-Aj))

(6)，

然后再将度数转换为弧度，得式(7)，

然后c(弧度)乘以地球半径就得到了A点和B点间的水平距离，即式(8)，

L＝R×c(弧度)  (8)，

其中，R＝6371.004km；

b、A点和B点高度差h1＝|Bh-Ah|，若h1>0则角度为水平向上仰角，h1<0则角度为水平向下俯角，仰角α计算公式为式(9)，

α＝arctan(h1/L)  (9)；

(3)、自动控制芯片1控制与本地定向天线5连接的自动对准机械装置7，使本地定向天线5在几何基准线周围设定的区域范围内按设定的小角度做慢速圆锥式扩散转动，自动控制芯片1实时采集转动过程中获得的远端信号强度，本地定向天线5每完成一圈数据采集即可确定强信号方向和区域，并计算出新的信号强度基准轴和旋转角度，两至三圈即可获得最佳对准方向，完成本地定向天线5和远端定向天线组成的无线网桥的自动连接。

Claims (7)

1.一种无线网桥自动测向和调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、首先输入模块获取远端定向天线的经纬度信息和高度信息，定位模块获取本地定向天线的经纬度信息和高度信息；

(2)、步骤(1)获取到的信息传输给自动控制芯片，自动控制芯片根据两个定向天线的经纬度信息和高度信息，得出两个定向天线在三维空间中的坐标点，再根据坐标点得出理论几何基准线，控制与本地定向天线连接的自动对准机械装置，调整本地定向天线的朝向，即姿态，使本地定向天线对准理论几何基准线；

(3)、自动控制芯片控制与本地定向天线连接的自动对准机械装置，使本地定向天线在几何基准线周围设定的区域范围内按设定的小角度做慢速圆锥式扩散转动，自动控制芯片实时采集转动过程中获得的远端信号强度，得到本地天线新的信号强度基准轴和旋转角度，从而获得本地定向天线的最佳对准方向，完成无线网桥的自动连接。

2.根据权利要求1所述的一种无线网桥自动测向和调整方法，其特征在于：所述的步骤(2)中根据坐标点得出理论几何基准线，是根据方位角测算和仰角测算得出理论几何基准线，方位角测算和仰角测算的具体步骤如下：

(1)、方位角计算：

a、在知道本地定向天线A点和远端定向天线B点的经纬度后，使用三面角余弦公式，得到公式(1)：

cos(x)＝cos(a)×cos(b)+sin(a)×sin(b)×cos(A～OC～b)   (1)，

其中，A～OC～B是面AOC与面BOC的二面角，将两个定向天线A、B点的经纬度数据代入，得到角C与经纬度的关系，见公式(2)：

cos(c)＝cos(90-Bw)×cos(90-Aw)+sin(90-Bw)×sin(90-Aw)×cos(Bj-Aj)(2)，

其中，Aj，Bw分别是A点的经度和纬度，Bj、Bw分别是B点的经度和纬度，二面角A～OC～B的度数就是两点经度之差；

b、根据三角函数，求得角c的正弦值：

$\underset{\&OverBar;}{\sin }\left(c\right)=\sqrt{1-{\cos }^2\left(c\right)}---\left(3\right),$

求得正弦后，使用球面正弦公式由此得到，

$\sin A=\frac{\sin a\sin C}{\sin c}=\frac{\sin (90-\mathrm{Bw})\sin (\mathrm{Bj}-\mathrm{Aj})}{\sin c}---\left(4\right),$

用反正弦函数求角度，上式可直接写成：

$A=\arcsin \left(\frac{\sin (90-\mathrm{Bw})\&times;\sin (\mathrm{Bj}-\mathrm{Aj})}{\sin \left(c\right)}\right)---\left(5\right),$

c、据B点相对于A点的位置在四个象限两个轴上进行讨论，依据不同情况对计算结果进行不同处理；假设A点固定于原点，则B点在第一象限，Azimuth＝A；B在第二象限，Azimuth＝360+A；B在第三四象限，Azimuth＝180-A；B在轴上，则直接按轴所在位置，确定Azimuth等于0、90、180、270；Azimuth值为所求方位角；

(2)、仰角测算：

a、根据式(2)，用反余弦函数求得c的度数，

c＝arccos(cos(90-Bw)×cos(90-Aw)+sin(90-Bw)×sin(90-Aw)×cos(Bj-Aj))

(6)，

然后再将度数转换为弧度，得式(7)，

然后c(弧度)乘以地球半径就得到了A点和B点间的水平距离，即式(8)，

L＝R×c(弧度)   (8)，

其中，R＝6371.004km；

b、A点和B点高度差h1＝|Bh-Ah|，若h1>0则角度为水平向上仰角，h1<0则角度为水平向下俯角，仰角计算公式为式(9)，

α＝arctan(h1/L)     (9)。

3.根据权利要求1所述的一种无线网桥自动测向和调整方法，其特征在于：所述的陀螺仪获取本地定向天线的姿态信息，然后传输给自动控制芯片。

4.根据权利要求1所述的一种无线网桥自动测向和调整方法，其特征在于：所述的本地定向天线每完成一圈数据采集即可确定强信号方向和区域，并计算出新的信号强度基准轴和旋转角度，两至三圈即可获得最佳对准方向，完成无线网桥的自动连接。

5.一种无线网桥自动测向和调整系统，其特征在于：包括有自动控制芯片，与自动控制芯片的信号输入端分别连接的定位模块、输入模块和本地定向天线，与自动控制芯片的信号输出端连接的自动对准机械装置；所述的自动对准机械装置的信号输出端、定位模块均与本地定向天线连接。

6.根据权利要求5所述的一种无线网桥自动测向和调整系统，其特征在于：所述的无线网桥自动无线测向和调整系统还包括有与自动控制芯片信号输入端连接的陀螺仪，且陀螺仪与本地定向天线连接。

7.根据权利要求5所述的一种无线网桥自动测向和调整系统，其特征在于：所述的无线网桥自动无线测向和调整系统还包括有与自动控制芯片连接的电源管理模块。