CN105981221A - 天线方位调节装置及天线方位调节方法 - Google Patents

Abstract

一种天线方位调节装置(200)，其包括相机(210)、螺母扳手(220和230)、以及运动控制器(400)。螺母扳手(220和230)可以分别安装在方位角调节螺栓(160)和仰角调节螺栓(180)上。螺母扳手(220和230)通过向方位角调节螺栓(160)和仰角调节螺栓(180)施加马达动力来改变天线单元的方位。运动控制器(400)基于通过相机(210)拍摄的图像以及通过天线单元(110)接收的无线电波的接收强度，计算接收强度为最大值时天线单元(110)的角度位置，然后通过将驱动信号提供给方位角调节螺栓(160)和仰角调节螺栓(180)，将天线单元(110)调节到接收强度为最大值的角度位置。任何工作者都能够因此快速准确地安装天线装置。

Description

天线方位调节装置及天线方位调节方法

技术领域

本发明涉及调节天线方位的天线方位调节装置及天线方位调节方法。

背景技术

安装定向天线时，为了将接收等级最大化，重要的是将天线放置为朝向适当方向。目前在调节天线方位时，工作者通过试错处理来寻求确定有最大接收等级的方位，并在这个方位上安装天线，在试错处理中，按照步进方式来改变天线方位。

但是，因为需要设置两个方位，方位角和仰角，来调节天线方位，所以在实践中很难将天线的方位设置为(即，将天线定向为)朝向可以实现最大接收等级的方向。通过每次检查接收等级来进行仰角和方位角的精细调节，按照步进方式将天线设置为朝向有最大接收等级的方向，是耗时的工作。

因为最近使用毫米波频率的无线电波，所以需要以相当于将线穿过针眼所需的准确度的准确度等级，来相对于波源天线设置天线方位。例如，当前需要1.0度或更低，例如0.4度或0.2度的极度精细的角度调节。关于利用安装支架将天线安装在导杆等等上的情况，要使用不到一匝安装螺丝来安装天线。在没有任何标准例如指标的情况下，通过试错来准确调节天线方位需要大量实验。

已经提出过帮助将天线方位设置为朝向波源方向的方法(例如，专利文献1、2和3)。例如，专利文献1公开了一种用于搜索无线电辐射源的寻向器。寻向器包括寻向阵列天线以及安装在阵列天线上的相机。相机镜头被排列为其光轴基本上垂直于阵列天线的垂直面。在此结构中，通过相机拍摄推定是无线电辐射源的对象的图像。此外，通过诸如射电全息照相术这样的技术，可将阵列天线接收的接收信号可视化，并输出作为波源图像。然后，将相机图像和波源图像被显示在上面并相互重叠上的屏幕提供给工作者。通过观看屏幕，工作者可将该对象指定为无线电辐射源。

在专利文献2和3中，将针对天线排列的相机安装在天线上，并将相机用作瞄准器。通过相机指定无线电辐射源，并调节天线的方位，使得无线电辐射源来到屏幕的中心。按照这种方式，通过相机来指定无线电辐射源或者将相机用作瞄准器有助于调节天线方位。

引用列表

专利文献

PTL1：日本未审专利申请No.2007-33380

PTL2：日本未审专利申请No.2007-88576

PTL3：日本未审专利申请No.2005-72780

发明内容

技术问题

但是，考虑到专利文献1、2和3中公开的技术有以下问题。首先，高准确度地将相机的光轴排列为朝向天线接收方向并不容易。排列误差需要在1.0度以下，并且在天线安装点不可能手工将相机的光轴对准天线接收方向。因此，天线制造商需要制造并销售附接了已经对准的相机的天线装置；但是，将相机附接到每个天线带来成本的大幅增长。

第二，这种相机需要具有实质上的缩放功能。需要大型光学装置在几百米或几公里的距离拍摄无线电辐射源的图像。这也会带来成本的大幅增长。

第三，存在这样的问题，无线电辐射源的无线电辐射方向并非总是垂直于无线电辐射源的天线平面。当无线电辐射方向稍微偏离天线平面时，即使在正确方向上将天线方位调节到无线电辐射源的天线平面，也不一定是实现最大接收等级的方位。

本发明的示例性目标是提供能够在简单、廉价的结构中以高准确度调节天线方位的天线方位调节装置和天线方位调节方法。

问题的解决方案

根据本发明示例性方案的天线方位调节装置是用于调节天线装置中的天线单元的方位的天线方位调节装置，所述天线装置包括天线单元和方位调节部，所述方位调节部改变天线单元的方位，所述天线方位调节装置包括：相机，其相对于天线单元而被固定；马达驱动单元，其能够被安装在方位调节部上并通过向方位调节部施加马达动力的力来改变天线单元的方位；以及运动控制器，其用于通过将驱动信号提供给马达驱动单元来调节天线单元的方位，并且所述运动控制器基于相机拍摄的图像以及通过天线单元接收的无线电波的接收强度来获得天线单元的角度位置，并通过将驱动信号提供给马达驱动单元来调节天线单元的角度位置。

根据本发明示例性方案的天线方位调节方法是调节天线装置中的天线单元的方位的天线方位调节方法，所述天线装置包括天线单元和方位调节部，所述方位调节部改变天线单元的方位，所述天线方位调节方法包括以下各步骤：将相机安装在天线装置上，使得位置和方位相对于天线装置的天线单元没有位移；将马达驱动单元安装在方位调节部上；基于通过相机拍摄的图像以及通过天线单元接收的无线电波的接收强度，计算天线单元的角度位置；以及通过将驱动信号提供给马达驱动单元，调节天线单元的角度位置。

本发明的有益效果

根据本发明的示例性方案，可以快速准确地安装天线装置。

附图说明

图1是天线装置的外部示意图。

图2是天线装置的上视图。

图3是天线装置的侧视图。

图4是示出将天线方位调节装置附接到天线装置的状态的示意图。

图5是示出将天线方位调节装置附接到天线装置的状态的示意图。

图6是示出螺母扳手的结构的示意图。

图7是运动控制器的功能性方框图。

图8是示出将天线方位调节装置的方位调节到最合适方向的程序的流程图。

图9是示出搜索最佳接收方向的步骤的详细程序的流程图。

图10是示出从上方观察天线装置的示意图。

图11是示出被捕捉图像的示例的示意图。

图12是示出显示屏的示例的示意图。

图13是示出轻微改变天线单元的方位角的状态的示意图。

图14是示出被捕捉图像的示例的示意图。

图15是示出将当前图像叠加在初始图像上的状态的示意图。

图16是示出当前图像与初始图像之间的间隙的示意图。

图17是示出从相对天线的无线电辐射模式以及根据这些模式天线方位的步进变化的示例的示意图。

图18是示出随着天线单元的方位的变化，接收强度的变化的曲线图。

图19是示出随着天线单元的方位的变化，接收强度的变化的曲线图。

图20是示出随着天线单元的方位的变化，接收强度的变化的曲线图。

图21是调节天线单元的方位的步骤的详细流程图。

图22是示出当前位置与峰值位置之间的间隙的示意图。

图23是示出搜索峰值位置的另一种方法的示意图。

图24是示出将天线装置与方位调节装置组合在一起的示例的示意图。

具体实施方式

在附图中示出本发明的示例性实施例，然后参照附图中元件的附图标记来描述本发明的示例性实施例。

(第一示例性实施例)

下面描述本发明的示例性实施例。

本示例性实施例的要点是调节天线方位的天线方位调节装置的结构和操作。但是，在描述调节天线方位之前，下面示意性地描述天线装置100的结构。

图1是示出天线装置100的示意图。天线装置100可以是已知的天线装置。虽然将所谓的抛物面天线作为示例示出，但是在应用本示例性实施例时对天线的类型没有特别限制。例如，定向天线可以是平板天线。

图1示出从后面观察时安装在导杆10上的天线装置100。天线装置100包括天线单元110、发射和接收单元120、以及安装器件130。

在本示例中天线单元110是抛物面天线。发射和接收单元120是电子电路单元，其包括接收电路121和发射电路122(参见图7)，并根据需要进行信号的调制和解调。发射和接收单元120包括充当外壳的存储箱123以及在存储箱123中存储的电子电路单元(121，122)，并且连接到天线单元110的后侧。

安装器件130安装并固定天线单元110以及发射和接收单元120。作为示例，示出将天线单元110以及发射和接收单元120固定于导杆10的情况。

安装器件130包括夹具单元140、方位角方向可移动部件150、方位角调节螺栓(方位调节部)160、仰角方向可移动部件170、以及仰角调节螺栓(方位调节部)180。

夹具单元140包括U形螺栓141和支架142。U形螺栓141为U形，以包围导杆10，从而在支架142的后侧将导杆10保持在U形螺栓141与支架142之间。支架142为中空矩形，有一个开放侧，以容纳方位角方向可移动部件150。支架142前侧开放，以容纳方位角方向可移动部件150。

方位角方向可移动部件150关于一个轴来以可旋转的方式被支撑，容纳在支架142内。旋转轴的轴线垂直，并且方位角方向可移动部件150可通过这个旋转轴在方位角方向上位移。

关于旋转轴，对旋转轴轴线方向的描述考虑了天线装置100的一般安装状态。但是要注意，关于移动天线单元110的自由度，有两个可以相互独立旋转的轴就足矣，并且因此，旋转轴的轴线方向不限于重力的方向，例如垂直方向或水平方向。

图2是从图1中的方向II观察的示意图。换言之，图2是示出从上方观察天线装置100的示意图。支架142的侧表面有两个深孔143和143，在深孔143与143之间放置了旋转轴，并且螺丝144和144插入深孔143和143，并被拧入方位角方向可移动部件150。通过调节拧紧螺丝144和144的程度，就可以在方位角方向可移动部件150的移动状态与固定状态之间切换。

方位角调节螺栓160从支架142后侧插入，其头部连接到方位角方向可移动部件150后侧。当转动方位角调节螺栓160前后移动时，推动或拉动方位角方向可移动部件150，因此方位角方向可移动部件150绕旋转轴旋转。换言之，方位角方向可移动部件150的方位角由于方位角调节螺栓160的操作而变化。因此，方位角调节螺栓160充当通过施加力来改变天线单元的方位(方位角)的方位调节部。

仰角方向可移动部件170安装在方位角方向可移动部件150的前侧。仰角方向可移动部件170在仰角方向可移动部件170的底座端171附接于方位角方向可移动部件150，并且在前侧连接到天线单元110的后侧。通过方位角方向可移动部件150，仰角方向可移动部件170的底座端171关于一个轴而以可旋转的方式被支撑。旋转轴为水平，并且仰角方向可移动部件170可通过旋转轴在仰角方向上位移。仰角方向可移动部件170的底座端171有两个深孔172和172，在深孔172与172之间放置了旋转轴，并且螺丝173和173插入深孔172和172，并且被拧入方位角方向可移动部件150。通过调节拧紧螺丝173和173的程度，就可以在仰角方向可移动部件170的移动状态与固定状态之间切换。

仰角方向可移动部件170的底座端171设置了基本上垂直下垂的仰角调节螺栓180，并且仰角调节螺栓180与方位角方向可移动部件150拧在一起。通过转动仰角调节螺栓180使其前后移动，可以向上推动或向下拉动仰角方向可移动部件170的底座端171，从而改变仰角方向可移动部件170的仰角。因此，仰角调节螺栓180充当通过施加力来改变天线单元的方位(仰角)的方位调节部。

可以理解，具有如上结构的天线装置100可以相互独立地调节天线单元110的方位角和仰角。

因为天线单元110连接到仰角方向可移动部件170的前端，所以它能够连同仰角方向可移动部件170一起改变天线单元110的仰角。此时仰角调节螺栓180转动。此外，因为仰角方向可移动部件170的底座端171连接到方位角方向可移动部件150，所以仰角方向可移动部件170和天线单元110可以连同方位角方向可移动部件150一起改变方位角。此时方位角调节螺栓160转动。

下面描述天线方位调节装置200。

图4是示出将天线方位调节装置200附接到天线装置100的状态的示意图。

天线方位调节装置200包括相机210、两个螺母扳手(马达驱动单元)220和230、运动控制器400、以及个人计算机240。其中将天线方位调节装置200附接于天线装置100的系统称为天线系统。

安装天线装置100的工作者进行工作，来将相机210以及螺母扳手220和230安装在天线装置100上。之后，半自动地调节天线单元110的方位。下面描述这个过程。

注意，包括个人计算机240只是为了便于使用输入输出器件(键盘和显示器)，并且如果将输入器件和输出器件合成在运动控制器400中，则不需要个人计算机240。在这种情况下输入器件是键盘、触摸板、各种开关、各种按钮等等。输出器件通常是液晶监视器。

相机210可以是数码相机，或者是具有相机功能的便携终端(例如移动电话)。在图4中，将相机210安装在天线单元110背面，并且相机210的镜头拍摄图像的方向与天线装置100接收无线电波的方向没有关系。就像在本示例中，相机210拍摄图像的方向是任意的。但是要注意，根据以下描述显然，位置被设定(固定)的对象需要处于成像区域中。换言之，例如仅仅为了拍摄天空图像的成像方向是没有用处的。例如优选像建筑或房屋这样的结构物出现在图像中。此外，有可能的话，更加优选有清楚颜色、形状等等的对象出现在图像中。安装天线装置100的工作者环视周围并大致确定相机210的方位，使得上述结构物出现在图像中。然后，工作者以固定方式将相机210安装在天线装置100的合适位置。

如图1所示，在将相机210安装在存储箱123的顶表面的情况下，最容易的方式是利用双面胶带将相机210附接于存储箱123。但是要注意，即使在采用最容易的方式时，天线单元110和相机210的位置和方位没有相对于彼此位移也是必要的。换言之，如果天线单元110的位置或方位改变，那么相机210的位置或方位应当按照相同的方式改变。

图5示出利用给定的安装固具211将相机210固定于天线单元110的情况，用于参考。就像在本示例中，自然而然，相机210可以朝向与天线单元110的接收方向相同的方向。

螺母扳手220和230是转动方位角调节螺栓160和仰角调节螺栓180的动力螺栓螺丝起子。螺母扳手220和230具有相同的结构。为了区分它们，用附图标记“220”表示转动方位角调节螺栓160的螺母扳手，用附图标记“230”表示转动仰角调节螺栓180的螺母扳手。

图6示出螺母扳手220和230的结构。因为螺母扳手220和230具有相同的结构，所以只描述螺母扳手220作为示例。(对于螺母扳手230，用“3”代替附图标记的第二个数字)。在图6中，螺母扳手220包括螺母221、随螺母221旋转的齿轮222、与齿轮222啮合的小齿轮223、以及驱动小齿轮223以旋转它的马达224。注意在图6中，用虚线示出外壳225，以看清其内部。如图6所示，螺母221的孔很深，以允许螺栓160和180前后移动。因此，可以防止螺栓160和180的螺丝头与螺母221的底座相互接触。

工作者将螺母扳手220的螺母221安装在方位角调节螺栓160的螺丝头上，并将螺母扳手230的螺母安装在仰角调节螺栓180的螺丝头上(参见图4)。马达224和225通过来自运动控制器400的驱动信号来驱动。在驱动马达224和225时，小齿轮223和233、齿轮222和232以及螺母221和231因此旋转。按照这种方式，方位角调节螺栓160和仰角调节螺栓180通过驱动螺母扳手220和230而前后移动，并因此调节天线单元110的方位(方位角和仰角)。

图7是运动控制器400的功能方框图。在图7中，除了马达驱动器之外，可将运动控制器400的功能实现为载入程序的CPU的结果。

运动控制器400包括中央控制单元405、马达驱动器406、图像处理单元410、接收强度检测单元420、接收强度记录单元430，峰值搜索单元440、以及调节指令单元450。

此外，图像处理单元410包括图像捕捉单元411、初始图像记录单元412、图像匹配处理单元413、以及位移计算单元(位置计算单元)414。

调节指令单元450包括峰值位置记录单元451和间隙计算单元452。

下面参照流程图和说明描述每个功能单元的详细操作。

图8是示出将天线方位调节到最合适方向的程序的流程图。天线方位调节方法大体上包括准备步骤(ST100)、搜索最佳接收方向的步骤(ST200)、调节天线方位的步骤(ST300)、以及固定天线装置的步骤(ST400)。下面描述每个步骤。

准备步骤(ST100)包括暂时安装天线装置100的步骤(ST110)、将相机210安装于天线装置100的步骤(ST120)、将螺母扳手安装于方位角调节螺栓160和仰角调节螺栓180的步骤(ST130)、布线的步骤(ST140)、以及启动运动控制器的步骤(ST150)。

暂时安装天线装置100的步骤(ST110)是利用图1已经示出的安装器件130将天线装置100安装在指定安装位置的步骤。在该步骤中，可将天线单元110的方位大致调节到某个方位角和仰角。例如，可以利用罗盘将天线单元110的方位设置为朝向相对站点，或者在利用望远镜识别相对站点之后，将天线单元110的方位设置为相对站点。注意，虽然后面将进行精细调节(ST300)，但是如果间隙大到10度或20度，则精细调节变难。因此，必须将天线的方位设置为(即，将天线定向为)允许测量接收强度等级的程度。例如，针对假定为最佳的方向，间隙优选为落入例如向前和向后大约5度的范围，虽然这取决于天线的尺寸和性能。一般而言，在通信所需的接收强度与测量接收强度所需的最小必要接收强度之间存在大约20dB至30dB的差异。

前面参照图1描述了安装相机210的步骤(ST120)。也就是说，如果可能的话，工作者环视周围并大致确定相机210的方位，使得结构物出现在图像中，然后，以固定方式将相机210安装在天线装置100的合适位置。

下一个步骤是将螺母扳手220和230安装在方位角调节螺栓160和仰角调节螺栓180上(ST130)。具体而言，工作者将螺母扳手220的螺母221安装在方位角调节螺栓160的螺丝头上，并将螺母扳手230的螺母231安装在仰角调节螺栓180的螺丝头上。

之后，将电线连接到运动控制器400(ST140)。首先，将相机210与运动控制器400连接在一起。然后，进行布线，使得能够通过运动控制器400来检测天线装置100的接收等级。具体而言，将发射和接收单元120的接收电路121连接到运动控制器400。此外，将螺母扳手220和230连接到运动控制器400。

虽然在图1中示出相机210和运动控制器400、以及天线装置100和运动控制器400分别通过电线连接，但是它们可通过无线方式连接。

此外，螺母扳手220和230与运动控制器400可通过无线方式连接。

在这种情况下，将驱动器合成到螺母扳手220和230中，并且只有控制信号通过无线方式从运动控制器400传输到螺母扳手220和230。

完成布线之后，启动运动控制器400(ST140)，并载入指定程序(天线方位调节程序)。准备步骤(ST100)因此结束。

接着描述搜索最佳接收方向的步骤(ST200)。(注意，搜索最佳接收方向的步骤ST200以及调节天线方位的步骤ST300是由运动控制器400自动进行的处理)。图9是示出搜索最佳接收方向的步骤(ST200)的详细程序的流程图。首先要进行的是捕捉初始图像。相机210已经安装在天线装置100上，并且图像捕捉单元411捕捉相机210中的当前图像作为初始图像(ST210)。

图10是示出从上方观察天线装置100的示意图。(换言之，图10是示出从图1中箭头II的方向观察天线装置100的示意图)。在图10中，用虚线指示相机210的成像范围。(注意，点划线指示成像范围的中心线)。在图10的示例中，假定建筑20位于相机210成像范围的中心附近。因此，建筑20出现在相机图像的中心附近，如图11所示。通过图像捕捉单元411，相机图像在个人计算机240的显示单元241上显示。

注意，在本说明书的描述中，将显示单元241上的显示示例示出为可见地表示通过运动控制器400为工作者(以及本说明书的读者)进行的处理。但是，因为天线方位调节是通过运动控制器400自动进行，所以基本上不需要逐个显示处理的细节。

图12是示出显示屏的示例的示意图。显示屏大致分为4个区域，左上区域是显示初始图像的初始图像显示区域R10。工作者观察初始图像显示区域R10中显示的图像，并认出能够充当地标的对象(20)出现在图像中。初始图像被记录和存储在初始图像记录单元412中。

在捕捉初始图像(ST210)之后，中央控制单元405进行工作，稍微改变天线单元110的方位(ST220)。在该处理中(ST220)，中央控制单元405向马达驱动器406发送控制信号。响应于控制信号，马达驱动器406向螺母扳手220和230发送驱动信号。

图13是示出轻微改变天线单元110的方位角的状态的示意图。(虽然在图13中将方位角改变大约10度，但是为了帮助理解，方便说明，在实践中优选一点一点地改变角度(例如，每次0.1度))。因为相机210是与天线单元110整体地位移，所以相机210的方位角也按照与天线单元110相同的方式改变。因此，相机210的成像方向改变。结果，假定在图14所示的成像区域中建筑20向左边轻微地位移。在图12的显示屏中，假定初始图像显示区域R10下面的区域是显示当前图像的当前图像显示区域R20。通过当前图像显示区域R20，工作者可以实时观察当前被相机210捕捉的图像。

在其方位改变之后通过相机210拍摄的图像是当前图像。通过图像捕捉单元411捕捉当前图像(ST230)。然后，图像处理单元410将当前图像与初始图像相比较，从而计算当前图像与初始图像之间的间隙(ST240)。比较两个图像并认出图像从而发现其中一个图像偏离另一个图像多少是模式匹配的应用，并通过各种方法实现。例如，已知Phase-OnlyCorrelation(仅相位相关方法)。

图像匹配处理单元413将初始图像P10与当前图像P20相比较，并偏移当前图像P20，使得当前图像P20与初始图像P10最紧密地匹配。图15是示出将当前图像P20叠加在初始图像P10上使其匹配的状态的示意图。假定在初始图像P10中心附近出现的建筑20出现在当前图像P20左边。在这种情况下，发现当前图像P20的图像中心Oc相对于初始图像P10的图像中心Oi位移到右边。

位移计算单元414基于通过图像匹配处理单元413的匹配结果，计算当前图像P20与初始图像P10之间的间隙(ST240)。在本示例中，计算有多少像素留下作为间隙。如图16所示，假定在显示图像中，横向是x轴方向，纵向是y轴方向。位移计算单元414通过计算在x方向上有多少(ΔX)像素以及在y方向上有多少(ΔY)像素当前图像P20偏离初始图像P10来计算间隙。计算的间隙(ΔX,ΔY)在显示屏上显示。假定x方向上的间隙和y方向上的间隙在当前图像显示区域R20下方显示(参见图12)。

从图15和图16可以理解，当初始图像P10的中心Oi是坐标系的原点时，将当前图像P20的中心Oc的坐标表示为(ΔX,ΔY)。因此，在本说明书中，有时候将坐标(ΔX,ΔY)称为当前图像P20的位置。此外如上所述，天线单元110和相机210的位置及方位相对于彼此固定。换言之，天线单元110的方位以及在与天线单元110相同的方位上通过相机210拍摄的图像是一一对应关系。因此，在本说明书中，有时候将坐标(ΔX,ΔY)称为天线单元的位置，天线单元110的方位(角度)等同于图像的位置(ΔX,ΔY)。(因此，有时候将位移计算单元414称为位置计算单元)。

通过相同的方式计算当前图像P20的位置之后，检测接收强度(ST250)。具体而言，检测在天线单元110的当前方位可以接收的信号的强度。通过发射和接收单元120(接收电路121)，将天线单元110接收的电子波信号传输给接收强度检测单元420。接收强度检测单元420获得输入信号等级。为了计算信号等级，接收强度检测单元420进行时间平均方法。按照这种方法获得的接收强度在显示屏上显示。在本示例中假定，接收强度的显示区域连同间隙一起，放置在当前图像显示区域R20下方。

将当前图像P20的位置和此时的接收等级记录为一对(ST260)。具体而言，将通过位移计算单元414计算的当前图像P20的位置以及通过接收强度检测单元420检测的接收强度传输给接收强度记录单元430。接收强度记录单元430将当前图像P20的位置和接收强度记录为一对。

此外，记录当前图像P20的位置和接收强度之后，在显示屏上将它们显示为曲线图。在本示例中假定，显示屏的右上区域是曲线图显示区域R30。

中央控制单元405通过一点一点地改变天线单元110的方位，重复从改变天线方位(ST220)到记录数据(ST260)的步骤。图17示出天线装置100的接收天线模式30以及天线单元110的方位的步进变化的示例。在天线单元110是抛物面天线的情况下，接收天线模式30是同心圆。中央控制单元405通过在预定范围内按照不同的方式改变天线单元110的方位，测量接收等级。例如，在方位角±5度和仰角±5度的范围内可以进行光栅扫描。具体而言，例如如箭头A所示，将仰角固定为一定值，并且只有方位角从左边转移到右边。这意味着螺母扳手220被驱动。接着如箭头B所示，将仰角改变为稍小的值(也就是说，螺母扳手230被驱动)，并且只有方位角从右边转移到左边(螺母扳手220被驱动)。重复这个处理，改变天线单元110的方位，如箭头C和箭头D所示。通过该操作，获得指示天线单元110的位置与接收强度之间关系的曲线图。

图18是示出随着天线单元110的方位沿着箭头A的变化，接收强度的变化的曲线图。在图18中，垂直轴是接收等级，水平轴是方位角。注意，用ΔX的值表示方位角。此外，因为仰角对应于Δy，所以在右边用ΔY_A标记图18。同样，图19是对应于箭头B的曲线图，图20是对应于箭头C的曲线图。当经过箭头C所示的辐射图案的中心时，接收强度达到其峰值。图18、图19和图20的曲线图在显示屏的曲线图显示区域R30中显示，如图12所示。

在指定范围中进行测量时(ST270中“是”)，搜索峰值位置(ST280)。峰值搜索单元440在接收强度记录单元430记录的数据中搜索接收强度的最大值。峰值搜索单元440通过搜索找到接收强度的最大值，并进一步读取实现接收强度的最大值时天线单元110的位置。(如上所述，在接收强度记录单元430中将天线单元110的位置和接收强度记录为一对)。接收强度的最大值和此时天线单元110的位置(ΔX,ΔY)在最大接收方向显示区域R40中显示(ST290)。如图12所示，将接收方向显示区域R40放置在显示屏的中下部。在下面的描述中，有时候将实现接收强度最大值时天线单元110的位置称为“峰值位置”。通过峰值搜索单元440计算的峰值位置记录在峰值位置记录单元451中。

在获得实现接收强度最大值时天线单元110的方位(位置)之后，搜索最佳接收方向的步骤(ST200)结束。然后，处理进行到调节天线单元110的方位的步骤(ST300)。

下面描述调节天线单元110的方位的步骤(ST300)。在搜索最佳接收方向的步骤(ST200)中已经获得实现接收强度最大值时天线单元110的位置(峰值位置)，并且，在调节天线单元110的方位的步骤(ST300)中，运动控制器400进行调节，在峰值位置设置天线单元110的方位。

图21是调节天线单元110的方位的步骤(ST300)的详细流程图。图像捕捉单元411捕捉当前图像(ST310)。具体而言，为了识别当前天线位置，获取当前通过相机210拍摄的图像。然后，通过图像匹配处理单元413和位移计算单元414来计算初始图像与当前图像之间的间隙(ST320)，并连同当前图像一起在当前图像显示区域R20中显示。

此外，将当前图像的位置(ΔX,ΔY)传输给间隙计算单元452。间隙计算单元452计算当峰值位置是原点时当前图像偏离多少。图22示出该计算。在图22中，峰值位置是(ΔXp,ΔYp)，这个位置被设置为原点。然后，将当前图像的位置(ΔX,ΔY)与原点之间的间隙表示为(Gap(x),Gap(y))。按照这种方式计算的间隙(Gap(x),Gap(y))被显示在显示屏的间隙显示区域R50中(ST330)。在本示例中假定，将间隙显示区域R50放置在最大接收方向显示区域R40右边。

中央控制单元405确定间隙是否在允许范围内(ST340)。(假定允许范围是预定的)。在这个确定中，不仅考虑间隙(Gap(x),Gap(y))的值，而且考虑当前接收强度低于峰值多少。因为从图像确定的间隙量根据从相机210到对象的距离而不同，例如，只将间隙用作指标并非优选。(对于相机角度1度的间隙根据从相机210到对象的距离而不同)。

当间隙在允许范围外时(ST340中“否”)，中央控制单元405调节天线单元110的方位，使其处于峰值位置(ST350)。(换言之，它驱动螺母扳手220和230)。然后，中央控制单元405再次评估经过调节之后天线单元110的位置从峰值位置偏离多少(ST340)，并调节天线单元110的方位，使其处于峰值位置(ST350)。(这样等同于将相机210和接收强度检测单元420用作传感器的反馈控制)。当中央控制单元405确定间隙在允许范围内时(ST340中“是”)，它向工作者报告完成(ST360)。(可通过声音或者显示单元241上的消息报告完成)。

因此可将天线单元110调节到实现最大接收等级的方位。

最后，将天线装置固定。具体而言，通过拧紧螺丝144、144、173和173来固定天线单元110的方位。

在拧紧螺丝144、144、173和173时，有可能天线单元110的方位移位。因此，优选在拧紧螺丝144、144、173和173的工作期间保持图像处理单元410被激活，并重复ST310至ST340。注意，当间隙在允许范围外时(ST340)，优选通过声音或显示将位移通知工作者，而不驱动螺母扳手220和230。如果在工作者将螺丝144、144、173和173拧紧到一定程度之后驱动螺母扳手220和230，螺母扳手220和230或螺栓160和180的任何一个都可能损坏。

在适当固定天线装置之后，将天线方位调节装置200从天线装置100去除。

根据具有上述结构的第一示例性实施例，可获得以下有益效果。

(1)根据本示例性实施例，可以自动调节天线单元110的方位，以实现最大接收等级。在现有系统中，通过依赖于猜测的试错方法来调节天线单元110的方位，例如通过试错或者按照步进方式重复精细调节，寻求确定实现最大接收等级的方向。

另一方面，在第一示例性实施例中，在接收强度记录单元430记录的数据中获得最大接收等级，然后还获得实现最大接收等级时天线单元110的角度位置(峰值位置)(ST280)。此外，获得方向以及当前天线角度位置与峰值位置之间的间隙量(ST420)。然后，通过利用螺母扳手220和230转动螺栓160和180(ST350)，自动调节天线单元110的方位。因此，根据第一示例性实施例，任何工作者都可以快速准确地安装天线装置100，而不需要求助于试错和只是稍微通过手指感觉来转动调节螺栓的专家技巧。

(2)在第一示例性实施例中，通过比较相机210拍摄的图像来获得天线单元110的角度位置。因为只必须获得天线单元110的角度位置作为从初始角度位置或峰值位置的相对位移，所以相机210的成像方向不限于特定方向。换言之，天线单元110和相机210不需要对准。因此，不需要将对准每个天线装置100的相机210附接的成本和劳动力。

(3)在本示例性实施例中，不将相机210用作瞄准器。当无线电辐射方向稍微偏离天线平面时，即使在正确方向上将天线方位调节到无线电辐射源的天线平面，也不一定是实现最大接收等级的方位。另一方面，在本示例性实施例中，将天线单元110定向于无线电波的接收等级最高的位置。

(4)在本示例性实施例中，利用相机210的图像只能检测天线单元110的轻微位移。有一种技术，由此将旋转编码器添加到天线装置的移动部，且通过旋转编码器的输出值来检测天线单元的方位。(例如，在日本未审专利申请No.2010-278807中公开了这种结构)。但是，为了通过旋转编码器检测小于1度的旋转，旋转编码器的直径需要为几十个厘米，这导致天线装置尺寸的增加。此外，有如此高准确度的旋转编码器非常昂贵。此外，即使在通过旋转编码器来检测天线单元的方位的情况下，在旋转编码器与天线单元之间也需要诸如齿轮这样的位移传输机构。然后，在齿轮之间出现由于后坐所致的误差。

另一方面，像本示例性实施例一样使用相机210的结构便宜，并且不会导致天线装置100尺寸的增加。此外，因为从相机210到对象的距离更长，所以随着相机210角度的变化，对象的偏离更大。因此，通过利用相机210的图像，可以以很高的分辨率来检测相机210(即，天线单元110)的位移。因为天线单元110的位置(位移)本身是通过相机120来测量，所以不出现后坐。(简言之，这与在方向待调节的对象上安装位移传感器的情况相同)。因为按照这种方式可以直接测量天线单元的方位，所以可以实现方位的高准确性调节。

(5)因为在本示例性实施例中是利用相机210的图像来检测天线单元的位移，所以当相机210尽可能远地拍摄场景的图像时，用于位移检测的分辨率可以更高。天线装置安装在高处或者有精细视角的地方，用于发射和接收无线电波。因此，将相机210安装在天线装置100时，相机210处于能够拍摄远处对象的图像的状态。因此，利用相机210来检测天线单元110的方位具有显著效果。在只能从离开对象的短距离拍摄图像的环境中，为了在图像处理中检测小位移，必须使用高准确性的光学系统，其中消除了任何偏差、失真等等。在这种情况下，使用普通数码相机总体而言是不够的。另一方面，如同在本示例性实施例中，在利用相机210调节天线单元110的方位的情况下，可以拍摄遥远视角的图像，并且因此可通过低成本相机210充分满足要求。

应当注意，本发明不限于上述示例性实施例，并且在本发明的范围内可以通过多种方式变化。

在搜索峰值位置时，虽然可以如图17所示对整个区域进行光栅扫描，但是搜索峰值位置有很多其他方法变型。一个示例是在EL方向和AZ方向上交替扫描的方法，从而缩小峰值位置的范围，如图23所示。在该方法中，(1)在EL方向上沿着某条线路进行扫描，并在该线路上获得峰值方向，以及然后(2)在峰值方向上设置EL，并在AZ方向上沿着该线路进行扫描。通过重复该操作，可以缩小峰值位置的范围，并获得峰值位置。(换言之，该方法与交替进行步骤ST200和ST300的方法相同)。

在运动控制器400中，中央控制单元405、图像处理单元410、接收强度检测单元420、接收强度记录单元430、峰值搜索单元440以及调节指令单元450的每一个都可以是包括各种逻辑元件的专用硬件。或者，可通过将给定程序集成到具有CPU(中央处理器)、存储器(存储装置)等等的计算机中来实施中央控制单元405、图像处理单元410、接收强度检测单元420、接收强度记录单元430、峰值搜索单元440以及调节指令单元450的功能。可通过例如互联网的通信装或者例如CD-ROM或存储卡的非易失性记录介质来将天线方位调节程序安装到具有CPU和存储器的计算机的存储器中，并使得CPU等等通过安装的程序操作来实施上述功能单元。可通过将存储卡、CD-ROM等等直接插入计算机，或者通过将读取例如存储介质的设备外部连接到计算机，来安装程序。此外，通过将LAN电缆、有线或无线通信线路连接到计算机，可经由通信来提供和安装程序。

在上述示例性实施例中，将方位角调节螺栓160和仰角调节螺栓180描述为方位调节部的示例。通常，方位调节部是螺丝，并且螺丝被转动，以前后移动，从而移动天线单元。但是要注意，方位调节部当然不限于此，并且可以使用任何结构，只要它能够改变天线单元的方位。例如，通过以各种方式将凸轮和齿轮组合，可以实施这种结构。

同样，虽然因为将螺栓用作方位调节部，所以将螺母扳手描述为马达驱动单元的示例，但是如果用其他东西代替方位调节部，那么当然要改变马达驱动单元来适应它们。

在天线装置的一些结构中，通过一个方位调节部可使得方位角和仰角可变。例如在日本未审专利申请No.H5-67909中公开了这种天线装置。在这种情况下，仅使用一个马达驱动单元(螺母扳手)。

虽然在以上示例性实施例中描述将天线装置与天线方位调节装置分开的示例，但是天线装置与天线方位调节装置可以组合在一起。图24例如示出将天线装置与方位调节装置组合在一起的系统。在图24中，将天线系统放在安装底座60的安装表面上。天线系统具有通过云台520来支撑天线单元110的结构。云台520包括底座平台521、旋转平台522、旋转马达524、转动平台523、以及转动马达525，旋转平台522可旋转地支撑在底座平台521上，旋转马达524驱动旋转平台522以旋转它，转动平台523被支撑为能够沿着旋转平台522上的仰角方向转动，转动马达525驱动转动平台523以旋转它。控制单元540和天线单元110被支撑在转动平台523上。控制单元540包括发射和接收单元120以及运动控制器400。(在这种情况下，云台充当方位调节部)。如果天线系统有马达，就不需要附接和拆卸螺母扳手。

本申请基于并主张2014年2月4日提交的日本专利申请No.2014-019265的优先权，通过参考将其全部内容合并于此。

附图标记列表

10 导杆

20 建筑

30 接收天线模式

100 天线装置

110 天线单元

120 发射和接收单元

121 接收电路

122 发射电路

123 存储箱

130 安装器件

140 合模单元

141 U形螺栓

142 支架

143 深孔

144 螺丝

150 方位角方向可移动部件

160 方位角调节螺栓

170 仰角方向可移动部件

172 深孔

173 螺丝

180 仰角调节螺栓

200 天线方位调节装置

210 相机

220,230 螺帽扳手

220 固具

221 螺母

222 齿轮

223 小齿轮

224 马达

225 外壳

240 个人计算机

241 显示单元

400 运动控制器

405 中央控制单元

406 马达驱动器

410 图像处理单元

411 图像捕捉单元

412 初始图像记录单元

413 图像匹配处理单元

414 位移计算单元(位置计算单元)

420 接收强度检测单元

430 接收强度记录单元

440 峰值搜索单元

450 调节指令单元

451 峰值位置记录单元

452 间隙计算单元

Claims (6)

1.一种天线方位调节装置，包括：

相机，其相对于天线单元来被固定；

马达驱动单元，其能够被安装在方位调节部上，并且通过向所述方位调节部施加马达动力的力来改变所述天线单元的方位；以及

运动控制器，其通过将驱动信号提供给所述马达驱动单元来调节所述天线单元的方位，

其中，

所述运动控制器基于所述相机拍摄的图像以及通过所述天线单元接收的无线电波的接收强度来获得所述天线单元的角度位置，并且通过将驱动信号提供给所述马达驱动单元来调节所述天线单元的角度位置。

2.根据权利要求1所述的天线方位调节装置，其中，

所述运动控制器获取所述天线单元的方位与所述接收强度之间的关系，通过将驱动信号提供给所述马达驱动单元，在指定范围内改变所述天线单元的方位。

3.根据权利要求1或2所述的天线方位调节装置，其中，

所述运动控制器基于所述相机拍摄的图像以及通过所述天线单元接收的无线电波的接收强度，来获得所述接收强度为最大值时所述天线单元的角度位置，并且通过将驱动信号提供给所述马达驱动单元，来将所述天线单元调节到所述接收强度为最大值时的角度位置。

4.根据权利要求1至3任一项所述的天线方位调节装置，其中，

所述运动控制器包括：

位置计算单元，其通过利用相机拍摄的图像来计算所述天线单元的相对角度位置；

接收强度检测单元，其检测通过所述天线单元接收的无线电波的接收强度；

接收强度记录单元，其将所述天线单元的相对角度位置和在所述相对角度位置的接收强度以彼此相关联的方式来记录；

峰值搜索单元，其根据所述接收强度记录单元中记录的数据，来搜索所述接收强度的最大值；

峰值位置记录单元，其记录与通过所述峰值搜索单元获得的最大接收强度相对应的所述天线单元的角度位置，作为峰值位置；以及

间隙计算单元，其计算所述天线单元的当前角度位置与所述峰值位置之间的间隙，并且

所述运动控制器将所述驱动信号提供给所述马达驱动单元，以使得所述间隙变为更接近零。

5.一种天线系统，包括：

天线装置，其被配置为能够通过向方位调节部施加力来改变天线单元的方位；以及

根据权利要求1至4中的任一项所述的天线方位调节装置。

6.一种天线方位调节方法，包括以下各步骤：

将相机安装在天线装置上，以使得位置和方位相对于所述天线装置的天线单元没有位移；

将马达驱动单元安装在方位调节部上；

基于通过所述相机拍摄的图像以及通过所述天线单元接收的无线电波的接收强度，来计算所述天线单元的角度位置；以及

通过将驱动信号提供给所述马达驱动单元，来调节所述天线单元的角度位置。