CN108168523A - 基于机器视觉的天线自跟踪系统和方法 - Google Patents
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Abstract
天线在跟踪移动装备过程中，需要实时对准目标移动装备。基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机2、计算机3、通信设备4、天线5；摄像机2连接到计算机3，计算机3与通信设备4相连，通信设备4有天线5相连并且能够控制天线5的主波束方向。摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备，计算机处理和分析摄像机发过来的图像信息可以得知移动设备的位置信息，通过计算，可以得出跟踪天线的方位角信息或者智能天线的控制输入信息，控制主波束方向，使得移动装备始终落在天线的主波束的有效覆盖范围内，实现高质量的通信。它是个闭环控制系统，跟踪精度高，且不需要GPS信号，实时性好。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地说，涉及一种基于机器视觉的天线自跟踪系统和方法。
背景技术
移动装备，如车辆、船舶和飞机（主要是无人机），在移动过程中，可以通过数据链路与站点（内含通信装备）之间进行数据传输。数据链路分为上行链路和下行链路，上行链路是站点将信息发送至移动装备，下行链路是移动装备将信息发送至站点。以无人机为例，上行链路是地面站（站点）将对无人机（移动装备）的控制信息使用通信协议打包后，通过天线发送至无人机飞行控制器，飞行控制器根据协议解包后响应控制信息；下行链路是无人机控制器将飞行数据打包以及采集的图像编码后，一并通过天线实时回传给地面站数据接收系统，通信信号的强弱直接影响到无人机飞行的稳定性和采集图像的质量。为保证更好的通信质量，天线的运用至关重要。天线分为全向天线和定向天线，全向天线具有增益低、干扰大、多径效应的缺点，定向天线一般增益高，但只有移动装备（安装了天线）在其主波束范围内时才能实现高质量的通信。因此，定向天线在跟踪移动装备过程中，必须实时对准目标移动装备。
现有的天线跟踪系统有单脉冲单通道跟踪系统、圆锥扫描跟踪系统、步进跟踪系统以及基于GPS跟踪系统。以上几种系统各有优缺点，圆锥扫描跟踪系统的优点是设备简单，缺点是馈源需要做持续的圆周运动，天线增益和可靠性不高，实时性也较差；步进跟踪是开环方式，跟踪精度较低，速度较慢，信号电平变化幅度较大时，还可能导致误动作，其优点在于实现较为简单。虽然单脉冲单通道跟踪方法相对步进跟踪和圆锥扫描两种跟踪方法在跟踪速度和精度上都提高了，但它需要一套复杂的伺服反馈系统,价格贵,维护难；基于GPS 的跟踪系统实现起来简单，成本也较低，目前研究开发的较多（例如发明专利CN201510289440），但当跟踪目标的GPS信号受到遮挡时，可能会导致跟丢目标，特别是室内环境无法应用；并且GPS信号提供的位置信息的更新速度慢，影响实时性。
发明内容
本发明的目的为提供一种基于机器视觉的天线自跟踪系统，以一种新的思路，利用机器视觉科技，克服基于GPS 的跟踪系统的缺点，同时保留其易实现、成本低的优点。
为了实现本发明的目的，本发明提供的基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机（或照相机，下同）、计算机、通信设备、天线，摄像机连接到计算机，计算机与通信设备相连，通信设备有天线相连并且能够控制天线的主波束方向，摄像机获取图像信息（包括活动图像信息，即图像序列，下同），图像中包含所需要跟踪的移动设备的影像，计算机处理和分析摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备控制主波束方向。
摄像机是可以连续对外界的背景和物体成像并转换成的电信号。所述的控制信息包含控制主波束方向所需的全部数据。
为了实现本发明的目的，本发明还提供了基于机器视觉的天线自跟踪方法，所述的方法包括以下步骤：
A.摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备影像；
B.计算机从摄像机读取图像信息并进行图像处理和分析；
C.计算机根据图像处理和分析结果给出控制信息；
D.根据控制信息控制天线主波束方向对准移动设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备，计算机处理和分析摄像机发过来的图像信息可以得知移动设备的位置信息，通过计算，可以得出跟踪天线的方位角信息或者智能天线的控制输入信息，控制主波束方向，使得移动装备始终落在天线的主波束的有效覆盖范围内，实现高质量的通信。它是个闭环控制系统，跟踪精度高，且不需要GPS信号，实时性好。
附图说明
图1是本发明的基于机器视觉的天线自跟踪系统框图；
图2是本发明的一个实施例示意图，摄像机不与天线联动；
图3是本发明的一个实施例示意图，摄像机与天线联动；
图4是本发明的一个实施例示意图；有多个摄像机，有的摄像机不与天线联动，有的摄像机与天线联动；
图5是本发明的一个实施例示意图；有多个摄像机，所有摄像机与天线联动；
图6是本发明的一个实施例示意图；有多个摄像机，所有摄像机不与天线联动；
图7是本发明的基于机器视觉的天线自跟踪方法一个实施例流程图；
图8是本发明的基于机器视觉的天线自跟踪方法另一个实施例流程图，是一个多次对准方法流程。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例1
参见图1或图2，基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机2、计算机3、通信设备4、天线5；摄像机2连接到计算机3，计算机3与通信设备4相连，通信设备4有天线5相连并且能够控制天线5的主波束方向，摄像机2获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像，计算机3处理和分析摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备4控制天线5主波束方向。
控制天线5的主波束方向可以用两种手段实现：第一种手段，天线5采用定向天线并把它安装在云台上（天线与云台也可集成在一起），云台可以看成是通信设备4的一个部分，是个机电装置，能够根据输入信号控制载体（天线安装在载体上）的旋转和上下翻转运动，使得定向天线的主波束方向对准移动设备1；第二种手段，天线5采用智能天线，计算机3通过通信设备4控制智能天线主波束方向对准移动设备1。
实施例2
参见图3，基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机2、计算机3、通信设备4、天线5；摄像机2连接到计算机3，摄像机2与天线5联动，计算机3与通信设备4(含云台)相连，通信设备4有天线5相连并且能够控制天线5的主波束方向，摄像机2获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像，计算机3处理和分析摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备4，控制摄像机2和天线5主波束方向。天线5采用定向天线并把它安装在云台上，计算机3控制云台动作，使得定向天线的主波束方向对准移动设备1。
这个实例的优点是图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像始终落在固定位置，对准精度高。
实施例3
参见图4，基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机2、计算机3、通信设备4、天线5；有多个摄像机2，都连接到计算机3，第一个摄像机2与天线5联动，第二个摄像机2不与天线5联动，计算机3与通信设备4(含云台)相连，通信设备4有天线5相连并且能够控制天线5的主波束方向，摄像机2获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像，计算机3处理和分析多个摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备4，控制摄像机2和天线5主波束方向。天线5采用定向天线并把它安装在云台上，计算机3控制云台动作，使得定向天线的主波束方向对准移动设备1。
这个实例的优点是其中一个摄像机的图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像始终落在固定位置，对准精度高；可以把另一个摄像机的视场设计大些，使得图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像更容易，即目标捕获更容易。一种图像用于粗对准，另一种图像用于精对准。
实施例4
参见图5，基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机2、计算机3、通信设备4、天线5；有多个摄像机2，都连接到计算机3，都与天线5联动，计算机3与通信设备4(含云台)相连，通信设备4有天线5相连并且能够控制天线5的主波束方向，摄像机2获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像，计算机3处理和分析多个摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备4，控制摄像机2和天线5主波束方向。天线5采用定向天线并把它安装在云台上，计算机3控制云台动作，使得定向天线的主波束方向对准移动设备1。
这个实例的优点是其中一个摄像机的图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像始终落在固定位置，对准精度高；可以把另一个摄像机的视场设计大些，使得图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像更容易，即目标捕获更容易。与实例3的系统相比，对准精度更高，目标捕获能力下降一些。
实施例5
参见图6，基于机器视觉的天线自跟踪系统包括摄像机2、计算机3、通信设备4、天线5；有多个摄像机2连接到计算机3，计算机3与通信设备4相连，通信设备4有天线5相连并且能够控制天线5的主波束方向，多个摄像机2获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像，但不同摄像机的视场有大有小，计算机3处理和分析摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备4控制天线5主波束方向。
这个实例的优点是可以把其中一个摄像机的视场设计大些，使得图像中包含所需要跟踪的移动设备1的影像更容易，即目标捕获更容易；把另一个摄像机的视场设计小些，对准精度高。与实例1的系统相比，本实例对准精度更高，目标捕获能力更好。
实施例6
参见图7，基于机器视觉的天线自跟踪方法，所述的方法包括以下步骤：
A.摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备影像；
B.计算机从摄像机读取图像信息并进行图像处理和分析；
C.计算机根据图像处理和分析结果给出控制信息；
D.根据控制信息控制天线主波束方向对准移动设备。
实施例7
参见图8，基于机器视觉的天线自跟踪方法，所述的方法包括以下步骤：
A.摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备影像；
B.计算机从摄像机读取图像信息并进行图像处理和分析；
C.计算机根据图像处理和分析结果给出控制信息；
D.根据控制信息控制天线主波束方向对准移动设备。
根据不同摄像机获取图像信息重复上述步骤。这个方法的好处是兼顾对准精度和目标捕获能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于机器视觉的天线自跟踪系统，包括摄像机、计算机、通信设备、天线，其特征在于：摄像机连接到计算机，计算机与通信设备相连，通信设备有天线相连并且能够控制天线的主波束方向，摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备的影像，计算机处理和分析摄像机发过来的图像信息，提供控制信息给通信设备控制主波束方向。
2.根据权利要求1所述的天线自跟踪系统，其特征在于：天线采用定向天线并把它安装在云台上，云台能够根据输入信号控制天线的旋转和上下翻转运动，使得定向天线的主波束方向对准移动设备。
3.根据权利要求1所述的天线自跟踪系统，其特征在于：天线采用智能天线，计算机通过通信设备控制智能天线的主波束方向对准移动设备。
4.根据权利要求1所述的天线自跟踪系统，其特征在于：摄像机与天线联动。
5.根据权利要求1所述的天线自跟踪系统，其特征在于：采用多个摄像机。
6.根据权利要求5所述的天线自跟踪系统，其特征在于：有的摄像机与天线联动，有的摄像机不与天线联动。
7.一种基于机器视觉的天线自跟踪方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
A.摄像机获取图像信息，图像中包含所需要跟踪的移动设备影像；
B.计算机从摄像机读取图像信息并进行图像处理和分析；
C.计算机根据图像处理和分析结果给出控制信息；
D.根据控制信息控制天线主波束方向对准移动设备。
8.根据权利要求6所述的基于机器视觉的天线自跟踪方法，其特征在于：权利要求6所述的步骤重复使用。
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