CN106227244A - 一种基于云台的实时对准的天线系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云台的实时对准的天线系统及方法，该天线系统包括信息源、云台、传感器单元、系统控制单元、无线通信单元和定向天线；所述传感器单元和无线通信单元均与系统控制单元电性连接，所述无线通信单元通过定向天线与一远端的通信单元进行通信；云台包括云台控制单元、云台电机驱动单元、云台电机、云台机械部。本发明通过结合定向天线技术、云台系统技术以及卫星导航系统技术，持续地实时地把定向天线对准到远端，从而改善了存在单端或者双端的移动的通信质量和通信距离，提高了通信效能，并且该系统结构简单，易于实现，易于小型化。

Description

一种基于云台的实时对准的天线系统及方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种基于云台的实时对准的天线系统及方法。

背景技术

当前国内设计有很多的智能天线对准系统或者装置，并且很多都是针对于低频或者毫米波通信的，大部分智能天线对准系统结构复杂，如授权公告号为CN101650570的“智能云台对准系统”的专利，该专利公开了一种智能云台对准系统，该系统包括：基带单元、射频单元、智能云台，并且智能云台包括：云台显示控制单元、云台控制电路单元、步进电机和步进电机驱动电路单元，传感器定位单元，该传感器包括GPS系统和磁罗盘，并且基带单元为毫米波通信设备的接口控制部分，射频单元，为毫米波通信设备的室外单元，该专利只应用于毫米波通信，由于有室内单元也具有室外单元，该专利公布的系统不小巧，也不轻便，比较难以移动，该专利公开的系统也不能自动接收远端的位置信息，从而不能自动调整云台，使天线对准移动的远端，该专利公开的智能云台对准系统的造价也是非常非常昂贵的，需要耗费相当大的物力和财力才能实现。

现在技术方案还没有针对通信两端都在移动的天线对准方案，而且它们大都结构复杂，且不易小型化；因此，提供一种结构小巧，造价相对便宜，并且能够改善通信效能，减少无线电环境污染的基于云台的实时对准天线系统成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于云台的实时对准的天线系统，其能解决单端移动或者双端移动的天线对准的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种基于云台的实时对准的方法，其能解决单端移动或者双端移动的天线对准的技术问题。

为实现本发明的目的之一，采用以下技术方案来实现：

一种基于云台的实时对准的天线系统，包括信息源、云台、传感器单元、系统控制单元、无线通信单元和定向天线；所述传感器单元和无线通信单元均与系统控制单元电性连接，所述无线通信单元通过定向天线与一远端的通信单元进行通信；所述信息源用于向系统控制单元提供远端物理坐标和速度信息；

云台包括云台控制单元、云台电机驱动单元、云台电机、云台机械部，且所述云台控制单元与本端系统控制单元电性连接，所述定向天线固定安装于云台机械部，系统控制单元根据无线通信单元接收到的物理坐标和速度信息输出转动对准信号至云台控制单元，云台控制单元根据转动对准信号通过控制云台电机驱动单元来控制云台电机的转动以使定向天线与远端对准。

优选地，所述云台机械部包括云台基底和云台转体，所述云台转体安装于云台基底上，所述定向天线固定安装于云台转体上，并且所述云台电机用于驱动云台转体转动以使定向天线与远端对准。进一步公开了云台机械部的具体结构。

优选地，所述云台电机为步进电机。其能进一步解决获取转动角度的技术问题。

优选地，所述传感器单元包括GNSS接收单元和电子罗盘传感器，所述GNSS接收单元和电子罗盘传感器均与系统控制单元电性连接。其进一步公开了传感器单元的具体包含内容。

为实现本发明的目的之二，采用以下技术方案来实现：

一种基于云台的实时对准的方法，其应用于上述的基于云台的实时对准的天线系统，包括以下步骤：

S1：初始化定向天线的对准方向；

S2：判断无线通信单元与远端无线通信单元是否连接成功，如果成功，则执行S3；如果失败，则返回S1；

S3：实时获取天线系统的本端位置信息和信息源的远端位置信息；所述本端位置信息包括天线系统的物理坐标、速度和云台转体的指向，所述远端位置信息包括远端物理坐标和速度；

S4：根据本端位置信息和远端位置信息计算得到转动对准信号，云台电机根据接收到的转动对准信号驱动云台转体的与远端对准，返回S2。

优选地，还包括步骤S5，该步骤位于步骤S1-S4任一步骤之后：

S5：调整无线通信单元的接收增益或者发送增益。其能进一步解决信号不强或信号过强的技术问题。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过结合定向天线技术、云台系统技术以及卫星导航系统技术，持续地实时地把定向天线对准到远端，从而改善了存在单端移动或者双端移动的通信质量和通信距离，提高了通信效能，减少无线电环境污染，而且提高了天线小型化的可能性。该系统的物理尺寸主要取决于定向天线的尺寸。当使用小尺寸的定向天线时，该系统也可以相应地小型化。所以该系统结构简单，易于实现，易于小型化。

附图说明

图1为本发明一种基于云台的实时对准的天线系统的结构框图；

图2为本发明一种基于云台的实时对准的方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明提供了一种基于云台的实时对准的天线系统，包括信息源、云台、传感器单元、系统控制单元、无线通信单元和定向天线；所述传感器单元和无线通信单元均与系统控制单元电性连接，所述传感器单元包括GNSS接收单元和电子罗盘传感器，所述GNSS接收单元和电子罗盘传感器均与系统控制单元电性连接，GNSS接收单元和电子罗盘传感器与云台的相对位置固定，从而和云台基线的相对位置也固定，该传感器单元能够实时监测本端机体在卫星导航系统中的坐标和速度，以及云台基线在卫星导航系统中的指向；

云台包括云台控制单元、云台电机驱动单元、云台电机、云台机械部，所述云台机械部包括云台基底和云台转体，所述云台电机用于驱动云台转体转动以使定向天线与远端对准；且所述云台控制单元与系统控制单元电性连接；所述信息源用于提供远端的物理坐标和速度信息，它可以是本端设定的远端的物理坐标和速度信息，也可以是远端的通信单元向本端通信单元发送的远端的物理坐标和速度信息；该系统还包括电源单元，该电源单元用于给整个系统供电；它们都是由电子器件组成的单元；物理上，它们之间可以互相独立，也可以任意地组合。所述无线通信单元通过定向天线与一远端的通信单元进行通信；

定向天线被固定于云台转体上，云台的指向和定向天线的指向一致或者存在一个固定的偏差，也即是在调整云台的指向的时候，就可以调整顶线天线的指向，并且可以根据使用环境来设计或选用尺寸小质量轻的定向天线，并且设计或者采用尺寸和性能适合的云台；并且本系统的物理尺寸主要取决于定向天线的尺寸，当使用小尺寸的定向天线时，该系统也可以相应的小型化，所以该系统结构简单，易于实现，并且小巧、轻便、便于移动；

云台控制单元通过控制云台电机驱动单元来控制云台电机的启动和关闭，所述云台电机为步进电机，从而调整云台的指向相对于云台基线的偏移角和旋转角，因为可以通过步进电机的步进情况来推算云台基线的偏移角和旋转角，所以不需要使用指向传感器来进行相应的测量；

云台的基线是相对于云台的基底来说一条固定的一条射线，并且射线方向远离本端机体，这条射线的方向称为云台基线指向，优选地，可以选择具有几何一一的射线作为云台的基线，例如，如果基底是一个圆形平台，则选择过平台中心、和平台垂直、并且方向远离本端机体的射线作为云台的基线，云台基线指向可以在卫星导航系统中由起点和方向点来表示，当本端天线系统进行移动或者转动的时候，云台基线也随之移动或转动；为了定义云台的指向，可以优选地选择一条和云台转体相对位置固定并且最具有几何意义的射线，这条射线称为云台的指线，例如，如果转体是一个半圆球，则选择过半圆球的球中心和过半圆球的顶点，并且方向远离基底的射线作为云台的指线，这条指线的指向就是云台的指向，云台的指向可以在卫星导航系统中由起点和方向点来进行表示，也可以由云台的基线的指向，以及云台的指线相对于云台基线的偏移角和旋转角来表示。

在通信双端可以只有一端配备本发明所描述的天线系统，也可以双端都配备本发明所描述的天线系统。

如图2所示，本发明提供了一种基于云台的实时对准的方法，其应用于上述的基于云台的实时对准的天线系统，包括以下步骤：

S1：初始化定向天线的对准方向；

S2：判断无线通信单元与远端无线通信单元是否连接成功，如果成功，则执行S3；如果失败，则返回S1；

S3：实时获取天线系统的本端位置信息和远端位置信息；所述本端位置信息包括天线系统的物理坐标、速度和云台转体的指向，所述远端位置信息包括远端物理坐标和速度；

S4：根据本端位置信息和远端位置信息计算得到转动对准信号，云台电机根据接收到的转动对准信号驱动云台转体的与远端对准，返回S2。还包括步骤S5，该步骤位于步骤S1-S4任一步骤之后：

S5：调整无线通信单元的接收增益或者发送增益。云台指向更新，接收增益更新和发送的增益更新的时间可以是预设的固定值，也可以更具实际的使用环境来进行相应的调整。

通过结合定向天线技术、云台系统技术以及卫星导航系统技术，持续地实时地把定向天线对准到远端，从而改善了存在单端移动或者双端移动的通信质量和通信距离，提高了通信效能，减少无线电环境污染，而且提高了天线小型化的可能性。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变，而所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于云台的实时对准的天线系统，其特征在于，包括信息源、云台、传感器单元、系统控制单元、无线通信单元和定向天线；所述传感器单元和无线通信单元均与系统控制单元电性连接，所述无线通信单元通过定向天线与一远端的通信单元进行通信；所述信息源用于向系统控制单元提供远端物理坐标和速度信息；

云台包括云台控制单元、云台电机驱动单元、云台电机、云台机械部，且所述云台控制单元与系统控制单元电性连接，所述定向天线固定安装于云台机械部，系统控制单元根据信息源提供的远端物理坐标和速度信息输出转动对准信号至云台控制单元，云台控制单元根据转动对准信号通过控制云台电机驱动单元来控制云台电机的转动以使定向天线与远端对准。

2.如权利要求1所述的基于云台的实时对准的天线系统，其特征在于，所述云台机械部包括云台基底和云台转体，所述云台转体安装于云台基底上，所述定向天线固定安装于云台转体上，并且所述云台电机用于驱动云台转体转动以使定向天线与远端对准。

3.如权利要求1所述的基于云台的实时对准的天线系统，其特征在于，所述云台电机为步进电机。

4.如权利要求1所述的基于云台的实时对准的天线系统，其特征在于，所述传感器单元包括GNSS接收单元和电子罗盘传感器，所述GNSS接收单元和电子罗盘传感器均与系统控制单元电性连接。

5.一种基于云台的实时对准的方法，其应用于如权利要求1-5中任意一顶所述的基于云台的实时对准的天线系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：初始化定向天线的对准方向；

S2：判断无线通信单元与远端无线通信单元是否连接成功，如果成功，则执行S3；如果失败，则返回S1；

S3：实时获取天线系统的本端位置信息和远端位置信息；所述本端位置信息包括天线系统的物理坐标、速度和云台转体的指向，所述远端位置信息包括远端物理坐标和速度；

S4：根据本端位置信息和远端位置信息计算得到转动对准信号，云台电机根据接收到的转动对准信号驱动云台转体，使定向天线与远端对准，返回S2。

6.如权利要求5所述的基于云台的实时对准的方法，其特征在于，还包括步骤S5，该步骤位于步骤S1-S4任一步骤之后：

S5：调整无线通信单元的接收增益或者发送增益。