CN107004953A - 一种控制波束稳定的方法及天线设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控制波束稳定的方法及天线设备，所述方法包括：获取所述天线设备的实际姿态数据；根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。能够解决现有技术中在稳定天线波束时，计算姿态角的程序繁琐且运算效率较低的问题。
Description
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及的是一种控制波束稳定的方法及天线设备。
有源天线系统(AAS，Active Antenna System)为当前无线移动通信的重要发展方向。相比传统无源天线系统，AAS结合多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)技术，可以减少基站安装成本、提升无线移动通信网络容量和性能，并且，AAS能够快速调整天线方向图，控制天线波束指向。通常AAS通过内部数字器件中的波束角度调整模块调整波束指向，通过预先配置角度参数，控制波束的俯仰角θ和方位角达到控制天线波束指向的目的。
由于现有的AAS应用场景主要为室外站(如铁塔站、楼顶站等)，站高普遍高于20m，因此，AAS容易受风阻等其他因素引起的缓慢振动的影响，频繁出现缓慢振动，引起AAS模块的姿态角变化，进而影响天线波束的指向。由于在20m以上的站高时，1°指向偏差会导致AAS波束目标指向偏差数十米，导致波束指向不稳定、空间传播路径变化不定、信道变化剧烈以及网络可靠性和性能急剧降低。目前，一般通过提高安装AAS的抱杆强度来提升AAS的机械固定稳定度，以减少抖动带来的波束指向不稳定，但建站成本高、改善效果有限、场景适应性差且改造周期长；或，通过减小AAS模块体积和重量，以降低风阻、减弱振动，另外，AAS重量减小，在同样抱杆强度的情况下，振动也相应减弱。但受工艺水平限制，缩小体积和重量极大增加设计和加工成本，并且现有设计和制造工艺水平有限，并不能实现足够小的体积和重量。
在雷达领域，一般通过在天线模块上捷联陀螺仪传感器和加速度传感器，实时对AAS的姿态信息进行采样，然后利用上一时刻的四元数、及当前时刻的四元数计算得到AAS模块的θ和计算AAS波束需要调整的配置值，但需要数字信号处理单元(DSP，Digital Signal Processor)或中央处理器(CPU，
Central Processing Unit)经过大量的反复运算才能计算得到θ和并且该配置值是由DSP或CPU进行运算、配置得到。整个过程耗时长，且整个运算过程中，DSP或CPU的占用率非常高，导致DSP或CPU所承担的其他功能受到一定程度影响，并且也影响到θ和的计算和配置，最终导致波束不稳定，校准的精确的较低，其次，如果需要保证波束稳定，需要提高DSP或CPU的运算能力，成本也相应增加。
发明内容
本发明提供了一种控制波束稳定的方法及天线设备，能够解决现有技术中在稳定天线波束时，计算姿态角的程序繁琐且运算效率较低的问题。
本发明第一方面提供一种控制波束稳定的方法，所述方法应用于天线设备，所述方法包括：
获取所述天线设备的实际姿态数据；
根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；
在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；
根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。
结合第一方面，本发明第一方面的第一种实现方式中，所述根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值，包括：
根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，所述目标配置地址用于控制所述天线设备发射波束的角度；
根据配置地址与配置值的对应关系确定所述目标配置地址对应的目标配置值。
结合第一方面的第一种实现方式，本发明第一方面的第二种实现方式中，获取姿态数据的周期为T，所述获取所述天线设备的实际姿态数据，包括：
获取Tn-1时刻所述天线设备的第一四元数Qn-1和Tn时刻的角速度ωn；
an-1、bn-1、cn-1及dn-1均为实数；
其中，i旋转代表X轴与Y轴相交平面中X轴正向向Y轴正向的旋转，j旋转代表Z轴与X轴相交平面中Z轴正向向X轴正向的旋转，k旋转代表Y轴与Z轴相交平面中Y轴正向向Z轴正向的旋转；
在Tn时刻，利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，所述Tn-1为第n-1个周期的起始时刻，所述Tn为第n个周期的起始时刻，所述n为正整数。
结合第一方面的第一至第二种实现方式，本发明第一方面的第三种实现方式中，所述实际姿态数据包括俯仰角元素和方位角元素，所述利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，包括：
利用四元数迭代算法解由所述第一四元数和所述角速度组成的四元数微分方程，计算得到所述天线设备在所述Tn的第二四元数Qn，所述第二四元数Qn包括标量和向量；
an、bn、cn及dn均为实数；
其中，an＝an-1+((-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)>>1)；
bn＝bn-1+((an-1*ωx+cn-1*ωz-dn-1*ωy)>>1)；
cn＝cn-1+((an-1*ωy-bn-1*ωz+dn-1*ωx)>>1)；
dn＝dn-1+((an-1*ωz+bn-1*ωy-cn-1*ωx)>>1)；
ωx，ωy，ωz分别依次为ωn在X轴、Y轴及Z轴上的分量；
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素；
所述根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，包括：
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素确定所述姿态偏差数据所属的偏差范围；
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素与配置地址三者之间的对应关系，及所述偏差范围得到所述目标配置地址。
结合第一方面的第三种实现方式，本发明第一方面的第四种实现方式中，所述利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素，包括：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第一表达式计算得到所述俯仰角元素；
所述第一表达式用于表示所述俯仰角元素的取值，所述第一表达式为：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第二表达式计算得到所述方位角元素；
所述第二表达式用于表示所述方位角元素的取值，所述第二表达式为：
结合第一方面的第一至第四种实现方式，本发明第一方面的第五种实现方式中，所述根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，包括：
在将用于确定波束当前输出的配置地址切换至所述目标配置地址后，利用所述目标配置值对输入所述天线设备的业务数据的波束进行波束赋型，以调整所述发射角度至所述目标角度，得到调整后的波束；
所述方法还包括：
将发射所述波束的发射角度切换至所述目标角度，并按照所述目标角度发射所述调整后的波束。
本发明第二方面提供一种天线设备，所述天线设备包括：
姿态获取模块，用于获取所述天线设备的实际姿态数据；
处理模块，用于根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；
在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；
姿态调整模块，用于根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。
结合第二方面，本发明第二方面的第一种实现方式中，所述处理模块具体用于：
根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，所述目标配置地址用于控制所述天线设备发射波束的角度；
根据配置地址与配置值的对应关系确定所述目标配置地址对应的目标配置值。
结合第二方面的第一种实现方式，本发明第二方面的第二种实现方式中，所述姿态获取模块具体用于：
获取Tn-1时刻所述天线设备的第一四元数Qn-1和Tn时刻的角速度ωn；
an-1、bn-1、cn-1及dn-1均为实数；
所述处理模块具体用于：在Tn时刻，利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，所述Tn-1为第n-1个周期的起始时刻，所述Tn为第n个周期的起始时刻，所述n为正整数，获取姿态数据的周期为T。
结合第二方面的第一和第二种实现方式，本发明第二方面的第三种实现方式中，所述实际姿态数据包括俯仰角元素和方位角元素，所述处理模块包括可编程器件，所述可编程器件用于：
利用四元数迭代算法解由所述第一四元数和所述角速度组成的四元数微分方程，计算得到所述天线设备在所述Tn的第二四元数Qn，所述第二四元数Qn包括标量和向量；
其中，an＝an-1+((-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)>>1)；
bn＝bn-1+((an-1*ωx+cn-1*ωz-dn-1*ωy)>>1)；
cn＝cn-1+((an-1*ωy-bn-1*ωz+dn-1*ωx)>>1)；
dn＝dn-1+((an-1*ωz+bn-1*ωy-cn-1*ωx)>>1)；
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素；
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素确定所述姿态偏差数据所属的偏差范围；
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素与配置地址三者之间的对应关系，及所述偏差范围得到所述目标配置地址。
结合第二方面的第三种实现方式，本发明第二方面的第四种实现方式中，所述可编程器件具体用于：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第一表达式计算得到所述俯仰角元素；
所述第一表达式用于表示所述俯仰角元素的取值，所述第一表达式为：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第二表达式计算得到所述方位角元素；
所述第二表达式用于表示所述方位角元素的取值，所述第二表达式为：
结合第二方面的第一至第四种实现方式，本发明第二方面的第五种实现方式中，所述姿态调整模块具体用于：
在将用于确定波束当前输出的配置地址切换至所述目标配置地址后，利用所述目标配置值对输入所述天线设备的业务数据的波束进行波束赋型，以调整所述发射角度至所述目标角度，得到调整后的波束；
所述天线设备还包括发射模块，所述发射模块用于：
将发射所述波束的发射角度切换至所述目标角度，并按照所述目标角度发
射所述调整后的波束。
结合第二方面的第一至第五种实现方式，本发明第二方面的第六种实现方式中，所述姿态获取模块集成于所述天线设备内或通过捷联安装在所述天线设备上，所述姿态获取模块包括加速度传感器和陀螺仪传感器，所述加速度传感器用于获取俯仰角和方位角，所述陀螺仪传感器用于实时获取所述天线设备的三轴角速度。
结合第二方面的第六种实现方式，本发明第二方面的第七种实现方式中，所述可编程器件还用于将自所述陀螺仪传感器输入所述可编程器件的三轴角速度进行滤波平滑处理。
从以上技术方案可以看出，通过根据预设姿态数据和获取的实际姿态数据计算得到姿态偏差数据，并根据上述对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值，然后根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。可以有效提高运算效率，及有效提高模块振动的情况下，波束角度的稳定性，抵消由于模块振动对波束指向的影响。
图1为本发明实施例中一种控制波束稳定的方法一流程示意图；
图1-1为本发明实施例中对三轴角速度进行滤波平滑处理的滤波器一结构示意图；
图2为本发明实施例中一种天线设备一结构示意图；
图3为本发明实施例中一种天线设备另一结构示意图。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块，本文中所出现的模块的划分，仅仅是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行，另外，所显示的或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块之间的间接耦合或通信连接可以是电性或其他类似的形式，本文中均不作限定。并且，作为分离部件说明的模块或子模块可以是也可以不是物理上的分离，可以是也可以不是物理模块，或者可以分不到多个电路模块中，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本发明实施例方案的目的。
本发明实施例提供了一种控制波束稳定的方法及天线设备，用于天线技术领域，实施本发明方法中的部分或全部步骤的天线设备可以是有源天线系统或其他类似的系统，该有源天线系统可以与室内基带处理单元(BBU，Building Base Band Unit)通过光纤连接组成基站，共同完成业务数据的传送。
本文中所描述的方法实施例及装置实施例均可应用于2G/3G/4G/5G等更高级的通信系统的基站，具体应用场景分别如下所述：
1、本发明应用在3G通信系统中，由网元基站收发台(BTS，Base Transceiver Station)实现本发明的方法，BTS在2G通信系统中为基站收发台，即实现用户设备和网络之间进行无线通信的中继设备。
2、本发明应用在3G通信系统中，由网元移动基站(Node B，Node Base Station)实现本发明所描述的方法，Node B通过标准的Iub接口与无线网络控制器(RNC，Radio Network Controller)互连，通过Uu接口与用户设备进行通信，主要完成Uu接口物理层协议和Iub接口协议的处理。一般，Node B主要由
控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成。
3、本发明应用在4G通信系统中，由网元演进型基站(eNodeB，Evoled Node Base Station)实现本发明所描述的方法，eNodeB相比现有3G中的NodeB，除了NodeB已有功能外，集成了部分RNC的功能，减少了通信时协议的层次。
本文中的四元数Q＝a+ib+jc+kd可用于表示三维物体的旋转和方位，描述了一个旋转轴和一个旋转角度。即任意一个在三维空间上的旋转，都是一些单位四元数相作用的结果。比余弦向量法和欧拉角法更方便且易求。对于i、j、k的几何意义可以理解为一种旋转，其中i旋转代表X轴与Y轴相交平面中X轴正向向Y轴正向的旋转，j旋转代表Z轴与X轴相交平面中Z轴正向向X轴正向的旋转，k旋转代表Y轴与Z轴相交平面中Y轴正向向Z轴正向的旋转。
参照图1，对本发明实施例中一种控制波束稳定的方法进行详细描述，所述方法应用于天线设备，所述方法包括：
101、获取所述天线设备的实际姿态数据；
该实际姿态数据包括俯仰角和方位角，且该实际姿态数据为当前时刻的天线设备的姿态数据，可以通过捷联在该天线设备上的姿态获取装置来获取，也可以是内置在该天线设备的姿态获取装置获取得到，只要能够精确得到该实际姿态数据即可，具体获取方式不作限定。
102、根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；
该预设姿态数据可以是初始化时的姿态数据，或未被初始化的上一时刻的姿态数据，由此可知，该姿态偏差数据仅为两者之间的相对值，XX
103、在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；
104、根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。
本发明实施例中，根据预设姿态数据和获取的实际姿态数据计算得到姿态偏差数据，并根据上述对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值，然
后根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。可以有效提高运算效率，及有效提高模块振动的情况下，波束角度的稳定性，抵消由于模块振动对波束指向的影响。
可选的，在上述图1所对应的实施例的基础上，本发明实施例的第一个可选实施例中，所述根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值，包括：
根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，所述目标配置地址用于控制所述天线设备发射波束的角度；
根据配置地址与配置值的对应关系确定所述目标配置地址对应的目标配置值。
可选的，在上述第一个可选实施例的基础上，本发明实施例的第二个可选实施例中，获取姿态数据的周期为T，所述获取所述天线设备的实际姿态数据，包括：
获取Tn-1时刻所述天线设备的第一四元数Qn-1和Tn时刻的角速度ωn；
an-1、bn-1、cn-1及dn-1均为实数，
其中，i旋转代表X轴与Y轴相交平面中X轴正向向Y轴正向的旋转，j旋转代表Z轴与X轴相交平面中Z轴正向向X轴正向的旋转，k旋转代表Y轴与Z轴相交平面中Y轴正向向Z轴正向的旋转；
在Tn时刻，利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，所述Tn-1为第n-1个周期的起始时刻，所述Tn为第n个周期的起始时刻，所述n为正整数。
实际应用中，可以通过惯性敏感元件(如陀螺仪传感器和加速度传感器)获取各个时刻天线设备的实际姿态数据，由于陀螺仪零轴存在漂移，会降低天线设备的计算精度，所以天线设备需要按照预设初始化条件对四元数及姿态角进行初始化，该预设初始化条件包括以下情况中的一种：
1、接收到BBU发送的通知消息，即可确定满足预设初始化条件；
其中，所述通知消息包括当前接入所述网络的用户数量和业务数量中的至少一个；BBU在判断满足如下项中的至少一项时，便向天线设备发送该通知消息：
当前接入所述网络的用户数量不大于第一门限值；
当前接入所述网络的业务数量不大于第二门限值。
2、定时，即在定时器计时达到所述定时器的触发时刻时，判断满足预设初始化条件。
上述天线设备在确定满足预设初始化条件后，在保证对当前网络状况影响最小化的前提下，可以对当前时刻的四元数、俯仰角及方位角分别进行初始化，即初始化后的四元数q0＝[1 0 0 0]T、初始化后的俯仰角θ和方位角均为0。
另外，本实例中在利用陀螺仪传感器采样得到三轴角速度(ωx,ωy,ωz)，采样周期T保持相同，采样频率尽可能提高，以获取更高的运算结果精度，通常采样频率为500-800Hz。
并且，由于陀螺仪存在一定的内部扰动，为获得更平稳的角速度值输出，可在计算前，先进行滤波平滑。可以用阿尔法Alpha滤波器进行滤波平滑(具体实现过程如图1-1所示)，或采用阿尔法贝塔Alpha-Beta滤波器进行滤波平滑处理，具体采用哪种平滑算法，只要能提高更好的性能即可，本文中不做限定。
可选的，在上述第一至第二个可选实施例的基础上，本发明实施例的第三个可选实施例中，所述实际姿态数据包括俯仰角元素和方位角元素，所述利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，包括：
利用四元数迭代算法解由所述第一四元数和所述角速度组成的四元数微分方程，计算得到所述天线设备在所述Tn的第二四元数Qn，所述第二四元数Qn包括标量和向量；
an、bn、cn及dn均为实数，ωx，ωy，ωz分别依次为ωn在X轴、Y轴及Z轴上的分量；
其中，an＝an-1+((-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)>>1)；
bn＝bn-1+((an-1*ωx+cn-1*ωz-dn-1*ωy)>>1)；
cn＝cn-1+((an-1*ωy-bn-1*ωz+dn-1*ωx)>>1)；
dn＝dn-1+((an-1*ωz+bn-1*ωy-cn-1*ωx)>>1)；
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素；
所述根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，包括：
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素确定所述姿态偏差数据所属的偏差范围；
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素与配置地址三者之间的对应关系，及所述偏差范围得到所述目标配置地址。
可选的，在上述第三个可选实施例的基础上，本发明实施例的第四个可选实施例中，所述利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素Eθ和所述方位角元素包括：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第一表达式计算得到所述俯仰角元素；
所述第一表达式用于表示所述俯仰角元素的取值，所述第一表达式为：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第二表达式计算得到所述方位角元素；
所述第二表达式用于表示所述方位角元素的取值，所述第二表达式为：
根据第一表达式和第二表达式得到俯仰角元素和方位角元素后，将这两者分别映射到存储器中对应的目标配置地址，以便根据目标配置地址提取相应的目标配置值，供控制波束角度之用。
需要说明的是，由第三、第四个可选实施例可知，在每次陀螺仪参数更新
其中，>>1表示右移一位，即将(-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)除以2，以替代原除法运算，有效提高运算效率、减少运算资源，当然也可以采用其他方式替代原除法运算，具体不做限定。
现有技术中，需要根据以下两个公式分别计算出θ和
其中，在对第二四元数进行坐标转换之前，为减小计算误差，一般对第二四元数进行归一化处理，故后续计算得到上述θ和中的及为经过归一化处理后的参数。
但，由于算法中存在乘法、除法、反正弦、反正切运算，且通常是使用DSP或者CPU完成整个计算，故运算效率较低，也会导致DSP或CPU占用率高，影响天线设备的系统性能。本可选实施例中利用迭代算法先计算出第四个可选实施例中所需要的an、bn、cn及dn，有效减少运算次数及运算时间。
并且，利用本发明实施例所描述的方法，并不需要计算θ和只需要计和两个变量即可，为了避免开方计算，算法化简如下：
经过上述化简后，计算过程仅需要完成12次乘法、2次除法、8次加/减法，整个计算过程可以通过DSP、CPU或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)计算完成，考虑到FPGA的较高的并行运算能力，
本方法优先运用FPGA完成整个运算及配置过程，不需要提升DSP或CPU的能力就可以达到高效运算、简化运算的效果，几乎0成本增加，具体选择的处理单元本文中不做限定。例如，以800Hz的角速度采样率为例，运算和配置单元工作时钟为100Mhz时，可以将运算和配置过程所需时间控制在125个工作时钟周期内即可完成。
可选的，在上述第一至第四个可选实施例的基础上，本发明实施例的第五个可选实施例中，所述根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，包括：
在将用于确定波束当前输出的配置地址切换至所述目标配置地址后，利用所述目标配置值对输入所述天线设备的业务数据的波束进行波束赋型，以调整所述发射角度至所述目标角度，得到调整后的波束；
所述方法还包括：
将发射所述波束的发射角度切换至所述目标角度，并按照所述目标角度发射所述调整后的波束。
可以理解的是，本文中的波束角度的配置值可以预先计算得到，并存储至存储器中，例如存于FPGA内的随机访问内存(RAM，Random-Access Memory的缩写)，可以提高配置的实时性，便于调用，无需每次计算目标配置值。
关于具体的配置值的计算过程如下：
例如，时(单位均为度°，数值范围根据实际场景而变化)，以1°为步进划分时，分别得到81组对应的波束角度的配置值，每个配置值都一一对应配置地址，配置值对应配置地址存储在RAM中。俯仰角元素和方位角元素可以通过映射到相应的配置地址上，然后通过该配置地址即可读取相应的配置值。
上面对本发明实施例的一种控制波束稳定的方法进行详细说明，下面从执行上述方法的天线设备侧对一种天线设备进行描述，参阅图2，所述天线设备20包括：
姿态获取模块201，用于获取所述天线设备20的实际姿态数据；
处理模块202，用于根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；
在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；
姿态调整模块203，用于根据所述目标配置值对所述天线设备20所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。
本发明实施例中，处理模块202根据预设姿态数据和姿态获取模块201获取的实际姿态数据计算得到姿态偏差数据，并根据上述对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值，然后姿态调整模块203根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。可以有效提高运算效率，及有效提高模块振动的情况下，波束角度的稳定性，抵消由于模块振动对波束指向的影响。
可选的，在上述图2所对应的实施例的基础上，本发明实施例的第一个可选实施例中，所述处理模块202具体用于：
根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，所述目标配置地址用于控制所述天线设备发射波束的角度；
根据配置地址与配置值的对应关系确定所述目标配置地址对应的目标配置值。
可选的，在上述第一个可选实施例的基础上，本发明实施例的第二个可选实施例中，所述姿态获取模块201具体用于：
获取Tn-1时刻所述天线设备20第一四元数Qn-1和第一角速度ωn-1；
an-1、bn-1、cn-1及dn-1均为实数；
所述处理模块202具体用于：在Tn时刻，利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，所述Tn-1为第n-1个周期的起始时
刻，所述Tn为第n个周期的起始时刻，所述n为正整数，获取姿态数据的周期为T。
可选的，在上述第一至第二个可选实施例的基础上，本发明实施例的第三个可选实施例中，参阅图3，所述实际姿态数据包括俯仰角元素和方位角元素，所述处理模块202包括可编程器件2021，所述可编程器件2021用于：
利用四元数迭代算法解由所述第一四元数和所述角速度组成的四元数微分方程，计算得到所述天线设备20在所述Tn的第二四元数Qn，所述第二四元数Qn包括标量和向量；
an、bn、cn及dn均为实数，ωx，ωy，ωz分别依次为ωn在X轴、Y轴及Z轴上的分量；
其中，an＝an-1+((-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)>>1)；
bn＝bn-1+((an-1*ωx+cn-1*ωz-dn-1*ωy)>>1)；
cn＝cn-1+((an-1*ωy-bn-1*ωz+dn-1*ωx)>>1)；
dn＝dn-1+((an-1*ωz+bn-1*ωy-cn-1*ωx)>>1)；
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素；
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素确定所述姿态偏差数据所属的偏差范围；
根据所述俯仰角元素、所述方位角元素与配置地址三者之间的对应关系，及所述偏差范围得到所述目标配置地址。
可选的，在上述第三个实施例的基础上，本发明实施例的第四个可选实施例中，所述可编程器件2021具体用于：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第一表达式计算得到所述俯仰角元素；
所述第一表达式用于表示所述俯仰角元素的取值，所述第一表达式为：
利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第二表达式计算得到所述方位角元素；
所述第二表达式用于表示所述方位角元素的取值，所述第二表达式为：
可选的，在上述第一至第四个可选实施例的基础上，本发明实施例的第五个可选实施例中，所述姿态调整模块203具体用于：
在将用于确定波束当前输出的配置地址切换至所述目标配置地址后，利用所述目标配置值对输入所述天线设备20业务数据的波束进行波束赋型，以调整所述发射角度至所述目标角度，得到调整后的波束；
所述天线设备20还包括传输模块204，所述传输模块204用于：
将发射所述波束的发射角度切换至所述目标角度，并按照所述目标角度发射所述调整后的波束，该传输模块204一般为天线振子。
可选的，在上述第一至第五个可选实施例的基础上，本发明实施例的第六个可选实施例中，参阅图3，所述姿态获取模块201集成于所述天线设备20内或通过捷联安装在所述天线设备20上，所述姿态获取模块201包括加速度传感器2011和陀螺仪传感器2012，所述加速度传感器2011用于获取俯仰角和方位角，所述陀螺仪传感器2012用于实时获取所述天线设备20的三轴角速度。
可选的，在上述第六个可选实施例的基础上，本发明实施例的第七个可选实施例中，所述可编程器件2021还用于将自所述陀螺仪传感器输入所述可编程器件的三轴角速度进行滤波平滑处理，以便后续利用该三轴角速度计算第二四元数、方位角元素及俯仰角元素。
本发明还提供一种计算机存储介质，该介质存储有程序，该程序执行时包括上述控制波束稳定的方法中的部分或者全部步骤。
本发明还提供一种计算机存储介质，该介质存储有程序，该程序执行时包括上述天线设备执行一种控制波束稳定的方法中的部分或者全部步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储
介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上对本发明所提供的一种控制波束稳定的方法及天线设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (14)
- 一种控制波束稳定的方法，其特征在于，所述方法应用于天线设备，所述方法包括：获取所述天线设备的实际姿态数据；根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值，包括：根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，所述目标配置地址用于控制所述天线设备发射波束的角度；根据配置地址与配置值的对应关系确定所述目标配置地址对应的目标配置值。
- 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取姿态数据的周期为T，所述获取所述天线设备的实际姿态数据，包括：获取Tn-1时刻所述天线设备的第一四元数Qn-1和Tn时刻的角速度ωn；an-1、bn-1、cn-1及dn-1∈R，其中，i旋转代表X轴与Y轴相交平面中X轴正向向Y轴正向的旋转，j旋转代表Z轴与X轴相交平面中Z轴正向向X轴正向的旋转，k旋转代表Y轴与Z轴相交平面中Y轴正向向Z轴正向的旋转；在Tn时刻，利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，所述Tn-1为第n-1个周期的起始时刻，所述Tn为第n个周期的起始时刻，所述n为正整数。
- 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述实际姿态数据包 括俯仰角元素和方位角元素，所述利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，包括：利用四元数迭代算法解由所述第一四元数和所述角速度组成的四元数微分方程，计算得到所述天线设备在所述Tn的第二四元数Qn，所述第二四元数Qn包括标量和向量；an、bn、cn及dn均为实数，ωx，ωy，ωz分别依次为ωn在X轴、Y轴及Z轴上的分量；其中，an＝an-1+((-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)>>1)；bn＝bn-1+((an-1*ωx+cn-1*ωz-dn-1*ωy)>>1)；cn＝cn-1+((an-1*ωy-bn-1*ωz+dn-1*ωx)>>1)；dn＝dn-1+((an-1*ωz+bn-1*ωy-cn-1*ωx)>>1)；利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素；所述根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，包括：根据所述俯仰角元素、所述方位角元素确定所述姿态偏差数据所属的偏差范围；根据所述俯仰角元素、所述方位角元素与配置地址三者之间的对应关系，及所述偏差范围得到所述目标配置地址。
- 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素，包括：利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第一表达式计算得到所述俯仰角元素；所述第一表达式用于表示所述俯仰角元素的取值，所述第一表达式为：利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第二表达式计算得到所述方位 角元素；所述第二表达式用于表示所述方位角元素的取值，所述第二表达式为：
- 根据权利要求2至5任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，包括：在将用于确定波束当前输出的配置地址切换至所述目标配置地址后，利用所述目标配置值对输入所述天线设备的业务数据的波束进行波束赋型，以调整所述发射角度至所述目标角度，得到调整后的波束；所述方法还包括：将发射所述波束的发射角度切换至所述目标角度，并按照所述目标角度发射所述调整后的波束。
- 一种天线设备，其特征在于，所述天线设备包括：姿态获取模块，用于获取所述天线设备的实际姿态数据；处理模块，用于根据预设姿态数据和所述实际姿态数据计算得到姿态偏差数据；在确定所述姿态偏差数据落在预设偏差阈值时，根据所述姿态偏差数据与配置值的对应关系确定所述姿态偏差数据对应的目标配置值；姿态调整模块，用于根据所述目标配置值对所述天线设备所发射波束的发射角度进行调整，以使调整后的所述发射角度与目标角度一致。
- 根据权利要求7所述的天线设备其特征在于，所述处理模块具体用于：根据姿态偏差数据与配置地址的对应关系确定所述姿态偏差数据所对应的目标配置地址，所述目标配置地址用于控制所述天线设备发射波束的角度；根据配置地址与配置值的对应关系确定所述目标配置地址对应的目标配置值。
- 根据权利要求8所述的天线设备，其特征在于，所述姿态获取模块具体用于：获取Tn-1时刻所述天线设备的第一四元数Qn-1和Tn时刻的角速度ωn；an-1、bn-1、cn-1及dn-1均为实数；所述处理模块具体用于：在Tn时刻，利用所述第一四元数Qn-1和所述角速度ωn，计算得到所述实际姿态数据，所述Tn-1为第n-1个周期的起始时刻，所述Tn为第n个周期的起始时刻，所述n为正整数，获取姿态数据的周期为T。
- 根据权利要求8或9所述的天线设备，其特征在于，所述实际姿态数据包括俯仰角元素和方位角元素，所述处理模块包括可编程器件，所述可编程器件用于：利用四元数迭代算法解由所述第一四元数和所述角速度组成的四元数微分方程，计算得到所述天线设备在所述Tn的第二四元数Qn，所述第二四元数Qn包括标量和向量；an、bn、cn及dn均为实数，ωx，ωy，ωz分别依次为ωn在X轴、Y轴及Z轴上的分量；其中，an＝an-1+((-bn-1*ωx-cn-1*ωy-dn-1*ωz)>>1)；bn＝bn-1+((an-1*ωx+cn-1*ωz-dn-1*ωy)>>1)；cn＝cn-1+((an-1*ωy-bn-1*ωz+dn-1*ωx)>>1)；dn＝dn-1+((an-1*ωz+bn-1*ωy-cn-1*ωx)>>1)；利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn分别计算得到所述俯仰角元素和所述方位角元素；根据所述俯仰角元素、所述方位角元素确定所述姿态偏差数据所属的偏差范围；根据所述俯仰角元素、所述方位角元素与配置地址三者之间的对应关系，及所述偏差范围得到所述目标配置地址。
- 根据权利要求10所述的天线设备，其特征在于，所述可编程器件具体用于：利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第一表达式计算得到所述俯仰角元素；所述第一表达式用于表示所述俯仰角元素的取值，所述第一表达式为：利用所述an、所述bn、所述cn及所述dn、第二表达式计算得到所述方位角元素；所述第二表达式用于表示所述方位角元素的取值，所述第二表达式为：
- 根据权利要求8至11任一所述的天线设备，其特征在于，所述姿态调整模块具体用于：在将用于确定波束当前输出的配置地址切换至所述目标配置地址后，利用所述目标配置值对输入所述天线设备的业务数据的波束进行波束赋型，以调整所述发射角度至所述目标角度，得到调整后的波束；所述天线设备还包括发射模块，所述发射模块用于：将发射所述波束的发射角度切换至所述目标角度，并按照所述目标角度发射所述调整后的波束。
- 根据权利要求7至12任一所述的天线设备，所述姿态获取模块集成于所述天线设备内或通过捷联安装在所述天线设备上，所述姿态获取模块包括加速度传感器和陀螺仪传感器，所述加速度传感器用于获取俯仰角和方位角，所述陀螺仪传感器用于实时获取所述天线设备的三轴角速度。
- 根据权利要求13所述的天线设备，所述可编程器件还用于将自所述陀螺仪传感器输入所述可编程器件的三轴角速度进行滤波平滑处理。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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