CN105870603A - 一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用GNSS与惯导组合导航接收机实现高铁高动态转换系统(HIDT‑LTE)的微波开关型多入多出天线(MS‑MIMO)控制方法，是一种把卫星导航和LTE通信技术相结合的方法。该方法采用天线控制系统，包括GNSS与惯导组合导航接收机、数据处理模块、微波开关型多入多出天线(MS‑MIMO)、天线控制器。GNSS与惯导组合导航接收机用于实时采集列车的位置和前进方向等信息，并通过串行通信接口与数据处理模块连接；数据处理模块优选通信基站，并计算出列车天线指向通信基站的方位角和俯仰角；在弯道和隧道内，可以根据地形情况选择机械传动方式，实现车载MIMO通信天线与地面基站固定天线的对准；在平坦开阔地天线控制器可以通过电子开关切换车载MS‑MIMO通信天线，实现车载MIMO天线与地面基站固定通信天线的对准。

Description

一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法

技术领域

本发明属于移动通信领域的天线技术领域，主要涉及一种适用于高动态运动环境下的通信天线控制方法，尤其涉及一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法。

背景技术

目前，我国运营高铁总里程已达2万公里，居世界首位，未来到2020年，运营里程数将达到14.5万公里以上。中国高铁是我国在全球竞争中的一张王牌，未来必将掀起一股中国高铁风暴。但是高铁列车运营速度达到350km/h以上，导致常规的地面移动网络无法为乘客提供满意的2G/3G通信服务，对多媒体、intemet网络等更没有实现完美支持。

先进的高铁动力技术与落后的高铁信息服务技术方面的巨大矛盾，成为制约高铁进一步发展和走出去的瓶颈。

列车高速运行带来的多普勒频移、信令风暴和信号穿透车厢损耗是导致2G/3G地面移动网通信性能恶化的主要原因。通过改造现有通信基站布局，缩短地面通信基站间距离，构造近似直射穿透车厢的通信模型，可以降低穿透损耗，同时可以缓解多普勒频移对通信链路的影响；采用现有的小区合并技术可以用于解决信令风暴问题。

但用这种方法极大的增加了基站数量，导致系统建设成本暴涨，后续维护费用也成倍增加。

中国科学院国家天文台提出了高铁宽带专网高动态LTE转换技术，有望以较低的成本解决上述技术问题。

在列车高速移动过程中，列车上的高铁宽带专网高动态转换器(HIDT)的微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)必须保持指向地面通信基站。在通信基站边界处实现天线切换时，对车载天线方位电机的旋转速度要求极高。因此，急需提供一种方法来实现对高铁宽带专网高动态LTE转换器(HIDT-LTE)的微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)的控制，以满足高铁列车告诉运行下的通信网络要求。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，针对高铁宽带专网高动态LTE转换器(HIDT)的微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)，提出一种控制方法，可以满足该天线在高速运动的情况下实现快速的基站切换，并且系统成本较低，具有较好的经济效益。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，采用天线控制系统，所述天线控制系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、数据处理模块、微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)、天线控制器；

该天线控制方法包括以下步骤：

步骤1：GNSS与惯导组合导航接收机测量列车位置信息C和航向角信息φ，并通过串行通信接口发送至数据处理模块；

步骤2：数据处理模块根据列车位置信息C，结合内置的高铁专网电子地图，查询列车位置附近可用的通信基站位置信息B，通信基站的覆盖半径R，通信基站天线的高度H，通信基站距离路轨的距离D，并通过覆盖半径R和列车航向角信息φ优选通信基站；

步骤3：计算列车距离通信基站垂足的距离L，并计算L和D的比例关系K＝L/D；

步骤4：结合微波开关型多入多出天线的波束方向图，结合选择的通信基站位置B，参考K值，通过电子开关的切换，在平原地区可以实现定向天线和全向天线之间的快速切换；

步骤5：结合地形地貌，通过列车前进方向与列车基站连线的夹角，确定是否驱动选定高增益通信天线的方位轴电机来实现天线波束的对准。

其中，所述GNSS与惯导组合导航接收机包括卫星导航接收机，用于测量高速运动的列车位置信息和航向信息，通过串行输入输出接口与数据处理模块相连，还包括测量型GNSS天线，测量型GNSS导航接收机和惯性测量器件，惯性测量器件可以为MEMS器件组合或高精度战术级的惯导器件组合。

其中，所述数据处理模块，包括存储器、CPU、供电电源及输入输出接口，用于存储高铁专网电子地图和实时解算通信天线指向通信基站的方位角和俯仰角，通过串行通信接口与导航接收机相连接。

其中，所述微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)包括两组高增益天线(TANT1、TANT2)、一组全向天线(TANT 3)和一组独立控制电子开关。

其中，所述独立控制电子开关包括3个独立的电子开关，具有毫秒级别的响应能力，可以独立的控制每组天线的接通和关闭，与天线控制器的IO管脚相连。

其中，所述天线控制器可以是单片机、单板机、工控机以及其它具有控制步进电机能力的MCU，具有多个串行通信接口和多个独立可控的IO口。

其中，所述高铁专网电子地图显示形状为随高铁路轨而变化的狭长形状；其显示内容为高铁路轨及路轨沿线的通信基站详细信息，包括：铁路路轨的经度、纬度、高度信息，通信基站的有效覆盖半径、基站铁塔高度、基站天线高度、基站铁塔距离路轨最短距离信息等，高铁电子地图可以存储在数据处理模块内。

本发明的有益效果：

本发明的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，有效解决了高铁列车高速运动带来的HIDT-LTE的天线跟踪控制问题。通常情况下，不需要启动车载MS-MIMO通信天线的方位俯仰驱动系统，通过电子开关的简单切换，实现了车地通信链路的畅通；

本发明的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，提高了MS-MIMO通信天线的可靠性，降低了高铁列车车载HIDT机械部件的设计要求，有效降低了HIDT-LTE系统的成本。

附图说明

图1为MS-MIMO天线控制系统示意图；

图2为高铁车载天线系统原理示意图；

图3为高铁车载天线与地面通信基站的空间角度关系示意图。

其中，TANT1、TANT2-车载高增益天线；TANT3-车载全向天线；MS-微波开关；RICM-射频中频转换模块；BBM-室内基带模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明的天线控制系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、数据处理模块、微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)和天线控制器。

其中，GNSS与惯导组合导航接收机包括卫星导航接收机，用于测量高速运动的列车位置信息、航向信息，通过串行输入输出接口与数据处理模块相连；还包括测量型GNSS天线，测量型GNSS导航接收机和惯性测量器件，惯性测量器件可以为MEMS器件组合或高精度战术级的惯导器件组合。

数据处理模块，包括存储器、CPU、供电电源及输入输出接口，用于存储高铁专网电子地图和实时解算MS-MIMO天线指向通信基站的方位角和俯仰角，通过串行通信接口与导航接收机、天线控制器相连接；高铁专网电子地图，包括铁路路轨和沿线高铁专网通信基站的详细信息，存储在数据处理模块的存储器内。

如图2所示，微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)包括两组高增益天线(TANT1、TANT2)、一组全向天线(TANT3)和一组独立控制电子开关。独立控制电子开关包括3个独立的电子开关，具有毫秒级别的响应能力，可以独立的控制每组天线的接通和关闭，与天线控制器的IO管脚相连。

天线控制器通过串行通信接口与数据处理模块相连接，通过I/O口和电机驱动器、电子开关相连接。通过5个IO口与电机驱动器相连，实现与控制器相连的两台步进电机运动的控制，包括转速、转向和转动角度；通过3个独立的IO管脚分别控制3个电子开关，每个电子开关独立控制天线的选通与中断。

如图3所示，通信LTE基站安装的通信天线距离地面高度为H，基站与路轨的垂直距离为D，列车距离基站铁轨垂足距离为L，基站全向天线覆盖半径为r，定向天线的覆盖半径为R，列车天线的高度为h。其中R是H和h以及地球半径的函数。列车上天线安装方式为：高增益天线TANT1放在靠近车头的位置，全向天线TANT3居中，高增益天线TANT2靠近车尾。

列车天线与通信基站天线的连线与列车前进方向的夹角θ，列车天线的俯仰角为β。可由下式计算：

$tan\mathrm{\θ}=\frac{D}{L}---\left(1\right)$

$\tan \mathrm{\β}=\frac{H}{\sqrt{D^2+L^2}}---\left(2\right)$

$R=3572X\sqrt{H+h}---\left(3\right)$

高铁路轨按照近似水平设计建造，由于地球是球形，因此，车载天线指向通信基站的俯仰角从远及近不断增大，高增益天线的最大俯仰角在通信基站距离路轨最近的位置位于全向天线TANT3的边界附件，此时：

$\tan \mathrm{\β}=\frac{H}{\sqrt{D^2+L^2}}>\frac{H}{r}---\left(4\right)$

考虑到基站通信塔的建设情况，H的最大高度不宜超过30m，R不超过20km，此时基站全向天线覆盖半径r的按照1km计算时，在全向天线覆盖边界位置处的车载高增益天线俯仰角约为1.8°，即β_max＝1.8°。

天线方向图可用E面方向图和H面方向图表示，对于MS-MIMO天线系统的全向天线而言，方向图设计为方位180°，俯仰90°；高增益定向天线其三维方向图用表示，且大于40°，大于60°。因此高增益定向天线的俯仰角仅需要在初始安装时调整为2°，在列车运动过程中，一般情况下俯仰角不调整。

对于MS-MIMO天线控制系统而言，实际工作中只有一面天线工作，当从高增益定向天线切换至全向天线时，仅需要打开全向天线电子开关。利用本发明提供的方法，从全向天线切换回高增益定向性天线也仅需要打开高增益定向型天线的电子开关，而无需考虑高增益天线TANT1和TANT2的方位角和俯仰角的跟踪问题。

进一步，本专利的具体的控制实现方法如下：

上述关于车载高增益天线的俯仰角的设计和初始安装方法，表明了定向型高增益天线的俯仰角在绝大多数情况下是一个固定姿态角。以下重点分析方位角的情况。

通常情况下，基站与路轨的垂直距离D小于基站覆盖半径r，远远小于基站覆盖半径R。因此，列车从基站覆盖半径边缘进入基站小区时，L最大，天线的方位角θ近似为0°。因此在初始安装高增益天线时，设计列车靠近车头部位的高增益天线TANT1和靠近车尾部位的高增益天线TANT2成近似180°角，近似背靠背结构，也就是说车头天线近似指向车头，车尾天线近似指向车尾。

由于高铁的路轨附近通常没有大型建筑物，通常情况下，通信基站全向天线的覆盖半径r容易满足大于2km的设计要求。由于因此，在边界附近为了尽量不驱动方位电机旋转，可以定义边界附近最大的θ_max，此时，天线初始安装方法应能提供夹角约为θ_max/2。

根据式(1)可知，θ_max时，K_min＝L/D＝1/tan(θ_max)。更进一步，

$\sqrt{D^2+{\left(K_{\min }D\right)}^2++H^2}<r---\left(5\right)$

建造基站时，当列车从基站覆盖进入基站小区时，K大于K_min，高增益天线TANT1初始对准通信基站后，将电子开关切换至高增益天线TANT1，不需要驱动方位电机旋转；列车继续前进，在L等于K_minD处，将电子开关切换至MS-MIMO的全向天线TANT3；在驶离基站小区的过程中，在L等于-K_minD处，需要将电子开关切换至高增益天线TANT2。列车继续前进，驶离基站的覆盖范围R时，及时启动高增益天线TANT1：将电子开关切换为高增益天线TANT1。

实施例一

地面通信基站的塔高H取30m，与铁轨距离D取200m，全向天线覆盖半径r取1km，定向天线覆盖半径R取20km，距离铁轨D取300m。

根据高增益天线的方向图可知，其方位3dB波束宽度约40°，按照不低于1/5波束宽度的要求设计指向精度，θ_max取6°。

$tan\mathrm{\&theta;}=\frac{D}{L}---\left(1\right)$

$\tan \mathrm{\&beta;}=\frac{H}{\sqrt{D^2+L^2}}---\left(2\right)$

K_min＝L/D＝1/tan(θ_max) (3)

由式(1)～(3)可知，θ_max取6°时，K取10，此时，L为2km。

列车从基站覆盖半径R边缘进入基站小区时，L最大，天线的方位角θ为atan(200/20000)，近似为0.57°，进入全向天线和定向天线覆盖交界处时，天线的方位角θ为atan(200/2000)，近似为5.7°，因此建议定向天线的最大方向指向0.57°～5.7°的中间区域，取3°。因此在初始安装MS-MIMO天线时，靠近车头的高增益天线TANT1和靠近车尾部位的高增益天线TANT2成174°，其中高增益天线TANT1与列车前进方向夹角为3°；由式(2)可知两面天线与列车顶部平面的俯仰夹角定为2°。

本实施例的具体实施步骤如下：

步骤1、利用高精度的GNSS接收机制作高铁专网电子地图，精确标定可用的通信基站位置、高度、覆盖范围和路轨信息，并存储在数据处理模块内；

步骤2、GNSS和惯导组合导航接收机实时测量高铁列车的位置信息，并将定位结果通过串行通信接口发送至数据处理模块；

步骤3、根据GNSS和惯导组合导航接收机实时测量的高铁列车位置信息和航向信息，数据处理模块根据内置的高铁专用电子地图，查询以列车位置为圆心，半径为20km的通信基站。选出所有的通信基站后，根据电子地图优选距离高铁列车最近的两个通信基站，并计算MS-MIMO天线指向信号较强的两个通信基站的方位角和俯仰角，同时快速解算K值。

所述的天线方位角和俯仰角，其定义如下：

方位角：高铁列车通信天线指向地面通信基站天线时，其主瓣波束在水平面内的投影与列车前进方向的夹角；其理论值按照下式(6)计算：

GNSS和惯导组合导航接收机测量得到列车前进方向为θ₁，列车和基站天线的连线与真北的夹角为θ₂，则天线指向通信基站的理论方位角θ为：

θ＝θ₂-θ₁ (6)

其中θ₂由以下方法计算：

为了计算地面通信基站的方位角θ₂，选择在站心直角坐标系R进行计算。在WGS-84地球球心坐标系T下，基站通信天线相位中心位置用(X_B，Y_B，Z_B)描述，列车通信天线的相位中心位置分别用表示，i分别为1，2，3，表示3组天线。

则通信天线指向地面基站通信天线的观测向量在协议地球坐标系下的表达式为：0

${\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\\ \mathrm{\&Delta;}z\end{array}\right]}_T={\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]}_T-{\left[\begin{array}{c}{X}_A^i\\ Y_A^i\\ Z_A^i\end{array}\right]}_T$

用描述由协议地球坐标系到站心坐标系的转换矩阵，则有：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]}_R=C_T^R{\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\\ \mathrm{\&Delta;}z\end{array}\right]}_T$

为：

其中，λ和分别为列车天线相位中心的经度和纬度。

则：

${\mathrm{\&theta;}}_2=arctan\frac{y_R}{x_R}---\left(2\right)$

俯仰角：列车通信天线主瓣波束指向地面通信基站天线时，其与水平面的夹角α，此时等效于发明内容中的β。

$\mathrm{\&beta;}=\mathrm{\&alpha;}=arctan\frac{z_R}{\sqrt{{x_R}^2+{y_R}^2}}---\left(3\right)$

所述的MS-MIMO天线为3组天线，分别是全向天线TANT3和增益约为15dB的TANT2和TANT1。

步骤4、数据处理模块根据基站的覆盖半径，优选信号最强的通信基站，并将该基站有关的方位角和俯仰角、K值等计算结果选定可用的MS-MIMO通信天线，将选定结果通过串行通信数据接口发送至天线控制器，另一组计算结果备份与数据处理模块内；天线控制器将电子开关快速切换至指向通信基站的通信天线。切换方法根据K值判断：

(1)|k|＞10

K＞10且|θ|＜6°电子开关切换至高增益天线TANT1

K＜-10且|θ|＜6°电子开关切换至高增益天线TANT2

K＞10且|θ|＞6°，则电子开关切换至高增益天线TANT1，启动方位轴电机进行方位调整；θ＞6，则方位电机逆时针旋转θ，若θ＜-6则方位电机顺时针旋转θ。

K＜-10且|θ|＞6°则电子开关切换至高增益天线TANT2，启动方位轴电机进行方位调整；θ＞6，则方位电机逆时针旋转θ，若θ＜-6则方位电机顺时针旋转θ。

(2)|k|＜10电子开关切换至全向天线TANT3。

步骤5、重复步骤1-4，结合K值通过控制电子开关实现MS-MIMO天线的切换。考虑到高铁路轨地形的特点，所述的信号最佳的通信基站与MS-MIMO切换的还需要判断隧道情况，MS-MIMO天线的隧道环境控制方法如下：

隧道进口和出口分别设置地面通信天线，设隧道长度为L。列车即将进入隧道时，立即将高增益天线TANT1和TANT2调整为夹角为180°，即TANT2指向车尾，TANT1指向车头。进入隧道后，立即将电子开关切换为天线TANT2工作；根据惯导的数据，进入隧道L/2时，进入隧道一半时，自动切换至天线TANT1。

实施例二

地面通信基站的塔高H取20m，全向天线覆盖半径r取1km，定向天线覆盖半径R取16km，与铁轨距离D取50m。

根据高增益天线的方向图可知，其方位3dB波束宽度约40°，按照不低于1/5波束宽度的要求设计指向精度，θ_max取6°。

$tan\mathrm{\&theta;}=\frac{D}{L}---\left(1\right)$

$\tan \mathrm{\&beta;}=\frac{H}{\sqrt{D^2+L^2}}---\left(2\right)$

K_min＝L/D＝1/tan(θ_max) (3)

由式(1)～(3)可知，θ_max取6°时，K取10，此时，L为0.5km。

列车从基站覆盖半径R边缘进入基站小区时，L最大，天线的方位角θ为atan(50/16000)，近似为0.18°，进入全向天线和定向天线覆盖交界处时，天线的方位角θ为atan(50/500)，近似为5.7°，因此建议定向天线的最大方向指向0.18°～5.7°的中间区域2.8°，可近似取3°。因此在初始安装MS-MIMO天线时，靠近车头的高增益天线TANT1和靠近车尾部位的高增益天线TANT2成174°，其中高增益天线TANT1与列车前进方向夹角为3°；由式(2)可知两面天线与列车顶部平面的俯仰夹角定为2.3°，可以近似取2°。

本实施例的具体实施步骤如下：

步骤1、利用高精度的GNSS接收机制作高铁专网电子地图，精确标定可用的通信基站位置、高度、覆盖范围和路轨信息，并存储在数据处理模块内；

步骤2、GNSS和惯导组合导航接收机实时测量高铁列车的位置信息，并将定位结果通过串行通信接口发送至数据处理模块；

步骤3、根据GNSS和惯导组合导航接收机实时测量的高铁列车位置信息和航向信息，数据处理模块根据内置的高铁专用电子地图，查询以列车位置为圆心，半径为20km的通信基站。选出所有的通信基站后，根据电子地图优选距离高铁列车最近的两个通信基站，并计算MS-MIMO天线指向信号较强的两个通信基站的方位角和俯仰角，同时快速解算K值。

所述的天线方位角和俯仰角，其定义如下：

方位角：高铁列车通信天线指向地面通信基站天线时，其主瓣波束在水平面内的投影与列车前进方向的夹角；其理论值按照下式(6)计算：

GNSS和惯导组合导航接收机测量得到列车前进方向为θ₁，列车和基站天线的连线与真北的夹角为θ₂，则天线指向通信基站的理论方位角θ为：

θ＝θ₂-θ₁ (6)

其中θ₂由以下方法计算：

为了计算地面通信基站的方位角θ₂，选择在站心直角坐标系R进行计算。在WGS-84地球球心坐标系T下，基站通信天线相位中心位置用(X_B，Y_B，Z_B)描述，列车通信天线的相位中心位置分别用表示，i分别为1，2，3，表示3组天线。

则通信天线指向地面基站通信天线的观测向量在协议地球坐标系下的表达式为：0

${\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\\ \mathrm{\&Delta;}z\end{array}\right]}_T={\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]}_T-{\left[\begin{array}{c}{X}_A^i\\ Y_A^i\\ Z_A^i\end{array}\right]}_T$

用描述由协议地球坐标系到站心坐标系的转换矩阵，则有：

${\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]}_R=C_T^R{\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}x\\ \mathrm{\&Delta;}y\\ \mathrm{\&Delta;}z\end{array}\right]}_T$

为：

其中，λ和分别为列车天线相位中心的经度和纬度。

则：

${\mathrm{\&theta;}}_2=arctan\frac{y_R}{x_R}---\left(2\right)$

俯仰角：列车通信天线主瓣波束指向地面通信基站天线时，其与水平面的夹角α，此时等效于发明内容中的β。

$\mathrm{\&beta;}=\mathrm{\&alpha;}=arctan\frac{z_R}{\sqrt{{x_R}^2+{y_R}^2}}---\left(3\right)$

所述的MS-MIMO天线为3组天线，分别是全向天线TANT3和增益约为15dB的TANT2和TANT1。

步骤4、数据处理模块根据基站的覆盖半径，优选信号最强的通信基站，并将该基站有关的方位角和俯仰角、K值等计算结果选定可用的MS-MIMO通信天线，将选定结果通过串行通信数据接口发送至天线控制器，另一组计算结果备份与数据处理模块内；天线控制器将电子开关快速切换至指向通信基站的通信天线。切换方法根据K值判断：

(1)|k|＞10

K＞10且|θ|＜6°电子开关切换至高增益天线TANT1

K＜-10且|θ|＜6°电子开关切换至高增益天线TANT2

K＞10且|θ|＞6°，则电子开关切换至高增益天线TANT1，启动方位轴电机进行方位调整；θ＞6，则方位电机逆时针旋转θ，若θ＜-6则方位电机顺时针旋转θ。

K＜-10且|θ|＞6°则电子开关切换至高增益天线TANT2，启动方位轴电机进行方位调整；θ＞6，则方位电机逆时针旋转θ，若θ＜-6则方位电机顺时针旋转θ。

(2)|k|＜10电子开关切换至全向天线TANT3。

步骤5、重复步骤1-4，结合K值通过控制电子开关实现MS-MIMO天线的切换。考虑到高铁路轨地形的特点，所述的信号最佳的通信基站与MS-MIMO切换的还需要判断隧道情况，MS-MIMO天线的隧道环境控制方法如下：

隧道进口和出口分别设置地面通信天线，设隧道长度为L。列车即将进入隧道时，立即将高增益天线TANT1和TANT2调整为夹角为180°，即TANT2指向车尾，TANT1指向车头。进入隧道后，立即将电子开关切换为天线TANT2工作；根据惯导的数据，进入隧道L/2时，进入隧道一半时，自动切换至天线TANT1。

Claims (7)

1.一种高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，采用天线控制系统，所述天线控制系统包括GNSS与惯导组合导航接收机、数据处理模块、微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)、天线控制器；

该天线控制方法包括以下步骤：

步骤1：GNSS与惯导组合导航接收机测量列车位置信息C和航向角信息φ，并通过串行通信接口发送至数据处理模块；

步骤2：数据处理模块根据列车位置信息C，结合内置的高铁专网电子地图，查询列车位置附近可用的通信基站位置信息B，通信基站的覆盖半径R，通信基站天线的高度H，通信基站距离路轨的距离D，并通过覆盖半径R和列车航向角信息φ优选通信基站；

步骤3：计算列车距离通信基站垂足的距离L，并计算L和D的比例关系K＝L/D；

步骤4：结合微波开关型多入多出天线的波束方向图，结合选择的通信基站位置B，参考K值，通过电子开关的切换，在平原地区可以实现定向天线和全向天线之间的快速切换；

步骤5：结合地形地貌，通过列车前进方向与列车基站连线的夹角，确定是否驱动选定高增益通信天线的方位轴电机来实现天线波束的对准。

2.根据权利要求1所述的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，所述GNSS与惯导组合导航接收机包括卫星导航接收机，用于测量高速运动的列车位置信息和航向信息，通过串行输入输出接口与数据处理模块相连，还包括测量型GNSS天线，测量型GNSS导航接收机和惯性测量器件，惯性测量器件可以为MEMS器件组合或高精度战术级的惯导器件组合。

3.根据权利1所述的根据权利1所述的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，所述数据处理模块，包括存储器、CPU、供电电源及输入输出接口，用于存储高铁专网电子地图和实时解算通信天线指向通信基站的方位角和俯仰角，通过串行通信接口与导航接收机相连接。

4.根据权利要求1所述的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，所述微波开关型多入多出天线(MS-MIMO)包括两组高增益天线(TANT1、TANT2)、一组全向天线(TANT3)和一组独立控制电子开关。

5.根据权利要求4所述的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，所述独立控制电子开关包括3个独立的电子开关，具有毫秒级别的响应能力，可以独立的控制每组天线的接通和关闭，与天线控制器的IO管脚相连。

6.根据权利要求1所述的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，所述天线控制器可以是单片机、单板机、工控机以及其它具有控制步进电机能力的MCU，具有多个串行通信接口和多个独立可控的IO口。

7.根据权利要求1所述的高铁宽带专网高动态转换系统的天线控制方法，其特征在于，所述高铁专网电子地图显示形状为随高铁路轨而变化的狭长形状；其显示内容为高铁路轨及路轨沿线的通信基站详细信息，包括：铁路路轨的经度、纬度、高度信息，通信基站的有效覆盖半径、基站铁塔高度、基站天线高度、基站铁塔距离路轨最短距离信息等，高铁电子地图可以存储在数据处理模块内。