CN109346845B - 天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质。方法包括：根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；根据所述波束半功率角调整所述基站天线内的半波振子间的相位关系。本实施例提供的方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质中，能够根据无人机飞行路线确定基站天线的波束半功率角，再根据确定的半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系，能够使无人机飞行过程中，不会穿越天线信号的零点区，进而避免基站与无人机通信中断的问题。

Description

天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质

技术领域

本发明涉及无人机技术，尤其涉及一种天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质，属于通信领域。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是一种不载人飞机，可以通过地面控制装置控制无人机执行飞行任务。例如，利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵无人机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作无人机。

现有技术中，可以通过4G网络连接无人机与地面的控制装置，可以通过控制装置将控制指令通过4G网络发送给无人机，以使无人机根据该控制指令执行飞行任务。

但是，现有技术中，利用4G网络进行此类无人机的通信和测控的效果，完全取决于地面网络的覆盖情况和天线旁瓣和后瓣信号的泄露，因此，现有技术中地面控制装置与无人机之间的通信不稳定。

发明内容

本发明提供一种天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质，以解决现有技术中地面控制装置与无人机之间的通信不稳定的问题。

本发明的第一个方面是提供一种方法，包括：

根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；

根据所述波束半功率角调整所述基站天线内的半波振子间的相位关系。

在一种可选的实时方式中，所述根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角，包括：

根据所述预设飞行路线确定信号覆盖范围，并根据所述信号覆盖范围确定所述基站天线的所述波束半功率角。

在一种可选的实时方式中，所述根据所述飞行路线确定信号覆盖范围，包括：

将能够覆盖所述预设飞行路线的空间范围确定为所述信号覆盖范围。

在一种可选的实时方式中，还包括：

接收所述无人机发送的位置信息；

根据所述位置信息向所述基站天线的伺服系统发送调整指令，以使所述伺服系统根据所述调整指令调整所述基站天线的方位和俯仰角度，以使所述基站天线指向所述无人机。

本发明的第二个方面是提供一种天线调整装置，包括：

功率角确定模块，用于根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；

调整模块，用于根据所述波束半功率角调整所述基站天线内的半波振子间的相位关系。

在一种可选的实时方式中，所述功率角确定模块，包括：

范围确定单元，用于根据所述预设飞行路线确定信号覆盖范围；

功率角确定单元，用于根据所述信号覆盖范围确定所述基站天线的所述波束半功率角。

在一种可选的实时方式中，所述范围确定单元具体用于：

将能够覆盖所述预设飞行路线的空间范围确定为所述信号覆盖范围。

在一种可选的实时方式中，还包括：

接收模块，用于接收所述无人机发送的位置信息；

所述调整模块还用于根据所述位置信息向所述基站天线的伺服系统发送调整指令，以使所述伺服系统根据所述调整指令调整所述基站天线的方位和俯仰角度，以使所述基站天线指向所述无人机。

本发明的第三个方面是提供一种天线调整设备，包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现如上述第一方面所述的天线调整方法。

本发明的第四个方面是提供一种无人机系统，包括设置有第三个方面所述的天线调整设备的基站、无人机；

所述无人机上设置有无人机处理器、无人机天线及无人机天线伺服系统；

所述无人机处理器根据所述基站的预设位置向所述无人机天线伺服系统发送调整指令，以使所述无人机天线伺服系统调整所述无人机天线的方位、俯仰角度，以使所述无人机天线对准所述基站。

本发明的第五个方面是提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，

所述计算机程序被处理器执行以实现如上述第一方面所述的天线调整方法。

本发明提供的天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质的技术效果是：

本实施例提供的天线调整方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质，包括：根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；根据波束半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系。本实施例提供的方法、装置、设备、无人机系统及可读存储介质中，能够根据无人机飞行路线确定基站天线的波束半功率角，再根据确定的半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系，能够使无人机飞行过程中，不会穿越天线信号的零点区，进而避免基站与无人机通信中断的问题。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例示出的天线调整方法的流程图；

图2为本发明另一示例性实施例示出的天线调整方法的流程图；

图3为本发明一示例性实施例示出的天线调整装置的结构图；

图4为本发明另一示例性实施例示出的天线调整装置的结构图；

图5为本发明一示例性实施例示出的天线调整设备的结构图。

具体实施方式

图1为本发明一示例性实施例示出的天线调整方法的流程图。

如图1所示，本实施例提供的天线调整方法包括：

步骤101，根据无人机的飞行路线确定确定基站天线的波束半功率角。

其中，本实施例提供的方案适用于对基站的天线进行调整，该基站可以用于与工业用的无人机进行通信。工业用无人机一般预先设定有预设航线，可以将预设航线存储在无人机侧，例如，可以通过控制装置向无人机发送航线信息，以使无人机可以按照预定的航线飞行。本实施例提供的方法可以由设置在基站中的处理器执行。

具体的，工业无人机可以用于影视航拍、公安消防、管线巡查、电力巡检、河流巡检等场景中。在这些应用场合下，无人机的航线不需要被更改。

天线方向图上，对于任一天线而言，在大多数情况下，其截面的方向图一般呈花瓣状，故方向图又称为波瓣图。最大辐射方向所在的瓣称为主瓣，其余的瓣称为旁瓣或侧瓣。

波束半功率角也称3dB波束宽度、半功率角。波束半功率角是描述方向图主瓣在给定主截面上特性的重要参数。给定主截面上主瓣的波束半功率角是一个最大辐射方向上的一个角度区域，在这个区域内天线的相对辐射功率大于二分之一。一般说来，方向图并不是对称的，可以定义主截面上主瓣方向到该主截面右边的最大辐射方向上的角度区域为

主截面上主瓣方向到该主截面左边的最大辐射方向上的角度区域为

其中，在

范围内，天线的相对辐射功率大于二分之一。相应的，波束半功率角

基站天线在发射信号时，主瓣和旁瓣间会产生零点区域。若无人机在飞行过程中穿越该零点区域，容易发生无人机与基站通信中断的情况，因此，可以根据预设飞行路线确定基站天线合适的波束半功率角，使无人机的飞行路线不会途径基站天线的零点区域，进而避免产生通信中断的情况。

进一步的，无人机的预设飞行路线可以途径多个基站，此时，可以将无人机的飞行路线分为多个子飞行路线，使每个基站负责无人机在一个子飞行路线飞行时的通信任务。

在另一种实时方式中，还可以将预设飞行路线发送给基站，以使基站能够根据飞行路线自动确定波束半功率角。

其中，还可以根据预设飞行路线确定基站天线的垂直平面半功率角、水平平面半功率角。水平平面的半功率角(H－Plane Half Power beamwidth)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大，在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变，形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。垂直平面的半功率角(V－Plane Half Power beamwidth)：定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。

具体的，由于基站天线产生的信号中，由于主瓣和旁瓣间会产生零点区，因此，可以通过调整波束半功率角，使天线的主瓣能够覆盖住该基站负责的飞行路线，或者整条预设飞行路线，从而避免无人机与基站间的通信中断。

步骤102，根据波束半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系。

半波振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波振子组成天线阵。本实施例中的基站天线中设置有多个半波振子，基于多个半波振子间的配合构成能够向各个方向发射信号的天线。

其中，各个半波振子能够将传输线中的电磁能量转化为自由空间的电磁波能量，产生的电磁波能量相互叠加，从而产生花瓣状的天线方向图。可以通过调整各个半波振子间的相位，从而调整各个电磁波能量叠加后的效果，以使叠加后产生的天线方向图中的波束半功率角为步骤101中确定的波束半功率角。

在一种实施方式中，可以根据波束半功率角确定半波振子间的相位关系，并根据确定出的相位关系设计基站天线，以使该基站天线适用于无人机的上述的预设飞行路线。当确定了一条飞行路线不会轻易更改或弃用时，可以采用这种实施方式设置基站天线。

在另一种实时方式中，还可以在天线内设置每个半波振子配合的调整机构，可以向这些调整机构发送调整指令，从而能够随时通过调整机构调整半波振子间的相位，使基站天线发出的信号的波束半功率角与步骤101中确定的波束半功率角相同。当无人机沿着预设路线飞行时，处于基站天线信号的覆盖范围内，且该范围内没有零点区域，从而能够避免基站与无人机的通信中断。这种实施方式适用于飞行路线会被调整的情况。

本实施例提供的方法用于调整基站天线中的半波振子间的相位，该方法由安装有本实施例提供的方法的设备执行，该设备通常以硬件和/或软件的方式来实现。

本实施例提供的天线调整方法，包括：根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；根据波束半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系。本实施例提供的方法中，能够根据无人机飞行路线确定基站天线的波束半功率角，再根据确定的半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系，能够使无人机飞行过程中，不会穿越天线信号的零点区，进而避免基站与无人机通信中断的问题。

图2为本发明另一示例性实施例示出的天线调整方法的流程图。

如图2所示，本实施例提供的天线调整方法，包括：

步骤201，根据预设飞行路线确定信号覆盖范围，并根据信号覆盖范围确定基站天线的波束半功率角。

其中，当无人机的预设飞行路线较短，仅经过一个基站时，则可以根据整条预设飞行路线确定信号覆盖范围。

具体的，可以直接将能够覆盖预设飞行路线的空间范围确定为信号覆盖范围。当无人机沿着预设飞行路线飞行时，能够处于基站天线的信号覆盖范围内，从而避免无人机与基站间的通信中断。

进一步的，若确定的信号覆盖范围过大，则会造成信号覆盖范围内信号若的问题，还会增加基站的工作功率。因此，可以设置更加合理的信号覆盖范围，使其恰好能够覆盖住无人机的飞行路线。

实际应用时，可以获取预设飞行路线的起点、终点、拐点，确定起点到每个拐点的第一连线，确定起点到终点的第二连线，在根据第一连线与第二连线确定信号覆盖范围。

其中，可以确定出夹角最大的第一连线、第二连线，并确定出能够覆盖该第一连线、第二连线所在的区域的主瓣区。具体的，主瓣区不仅能够覆盖住第一连线、第二连线所在区域，还应能够覆盖整条预设飞行路线，但是该主瓣区的宽度应覆盖住第一连线、第二连线所在的区域。

进一步的，当无人机的预设飞行路线途径多个基站时，可以将飞行路线进行分段，再针对每个基站负责的飞行路线确定对应的覆盖范围。具体的确定方式与上述描述相同，不再赘述。

实际应用时，各个基站间还可以进行通信，根据各个基站发射信号的能力确定每个基站覆盖的飞行路线范围，也就是信号覆盖范围。例如，无人机预设飞行路线途径基站1、基站2、基站3。则可以将飞行路线分为3段，从A到B、B到C、C到D，可以有基站1负责路线A到B，由基站2负责路线B到C，由基站3负责路线C到D。

其中，基站可以根据负责的飞行路线确定信号覆盖范围，例如，基站1负责路线A到B，则基站1的覆盖范围应包括路线A到B。

具体的，还可以结合根据无人机与基站之间的业务传输内容确定覆盖范围。若业务传输内容较大，需要无人机实时向基站回传数据，则可以将信号覆盖范围设置的大一些，使得飞行路线所在的部分信号更强。

具体的，可以根据信号覆盖范围确定基站天线的波束半功率角。可以根据覆盖范围确定出主瓣区域，再根据主瓣区域确定波束半功率角。可以以基站所在位置作为主瓣区域的根部，再确定出以基站位置为根部、包裹信号覆盖范围的主瓣区域。确定出主瓣区域后，可以根据波束半功率角的定义确定出该主瓣区域波束半功率角。

步骤202，根据波束半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系。

步骤202与步骤102的具体原理和实现方式类似，此处不再赘述。

步骤203，接收无人机发送的位置信息。

其中，本实施例提供的方案中，无人机上可以设置有定位模块，并根据定位模块获取当前位置的位置信息，具体可以包括经纬度、高度等信息。可以通过无人机天线发送位置信息至与其连接的基站，以使基站的处理器接收无人机发送的位置信息。

具体的，当无人机在飞行过程中途径多个基站时，其在飞行过程中会与不同的基站连接，因此，可以在无人机与基站连接时，接收无人机发送的位置信息，当基站与无人机断开连接后，该基站的处理器不再接收无人机发送的位置信息。

进一步的，可以由基站的天线接收无人机发送的位置信息，基站处理器再接收基站天线发送的该位置信息。

步骤204，根据位置信息向基站天线的伺服系统发送调整指令，以使伺服系统根据调整指令调整基站天线的方位和俯仰角度，以使基站天线指向无人机。

实际应用时，基站天线还设置有与之匹配的伺服系统，该伺服系统可以根据基站处理器的指令动作，进而调整基站天线的俯仰角度和朝向。

其中，基站处理器可以根据无人机位置信息生成调整指令，并将调整指令发送给基站天线的伺服系统，伺服系统接收到指令后，根据指令调整基站天线的方位和俯仰角度，从而使基站天线能够指向无人机。

具体的，调整方位和俯仰角度的基站天线，所发出的主瓣指向无人机，从而使无人机与基站间的通信更稳定，而且基站天线的主瓣一直指向无人机，能够使无人机不会从主瓣进入旁瓣，从而避免无人机跨域基站天线的零点区域。

图3为本发明一示例性实施例示出的天线调整装置的结构图。

如图3所示，本实施例提供的天线调整装置，包括：

功率角确定模块31，用于根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；

调整模块32，用于根据所述波束半功率角调整所述基站天线内的半波振子间的相位关系。

其中，功率角确定模块31、调整模块32连接。

本实施例提供的天线调整装置，包括功率角确定模块，用于根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；调整模块，用于根据波束半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系。本实施例提供的装置中，能够根据无人机飞行路线确定基站天线的波束半功率角，再根据确定的半功率角调整基站天线内的半波振子间的相位关系，能够使无人机飞行过程中，不会穿越天线信号的零点区，进而避免基站与无人机通信中断的问题。

本实施例提供的天线调整装置的具体原理和实现方式均与图1所示的实施例类似，此处不再赘述。

图4为本发明另一示例性实施例示出的天线调整装置的结构图。

如图4所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的天线调整装置，所述功率角确定模块31，包括：

范围确定单元311，用于根据所述预设飞行路线确定信号覆盖范围；

功率角确定单元312，用于根据所述信号覆盖范围确定所述基站天线的所述波束半功率角。

所述范围确定单元311具体用于：

将能够覆盖所述预设飞行路线的空间范围确定为所述信号覆盖范围。

本实施例提供的天线调整装置，还包括：

接收模块33，用于接收所述无人机发送的位置信息；

所述调整模块32还用于根据所述位置信息向所述基站天线的伺服系统发送调整指令，以使所述伺服系统根据所述调整指令调整所述基站天线的方位和俯仰角度，以使所述基站天线指向所述无人机。

其中，接收模块33与调整模块32连接。

本实施例提供的天线调整装置的具体原理和实现方式均与图2所示的实施例类似，此处不再赘述。

图5为本发明一示例性实施例示出的天线调整设备的结构图。

如图5所示，本实施例提供的天线调整设备包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现如上所述的任一种天线调整方法。

本实施例还提供一种无人机系统，包括设置有如上所述的天线调整设备的基站、无人机。

其中，所述无人机上设置有无人机处理器、无人机天线及无人机天线伺服系统。

具体的，无人机处理器可以向无人机天线伺服系统发送指令，使无人机天线伺服系统根据指令调整无人机天线的方位和俯仰角度。

进一步的，无人机处理器还可以获取当前连接的基站位置信息。无人机中可以存储有预设飞行路线途径的基站的预设位置，具体可以存储基站的坐标、海拔高度等信息。无人机起飞后，无人机处理器可以实时确定当前所连接的基站信息，并获取所连接基站的预设位置。

实际应用时，无人机处理器根据基站的预设位置向无人机天线伺服系统发送调整指令，以使无人机天线伺服系统调整无人机天线的方位、俯仰角度，以使无人机天线对准基站。其中，无人机处理器可以根据获取的当前连接基站的预设位置，再根据无人机上设置的定位模块确定的无人机位置，共同生成调整指令，并将调整指令发送给无人机天线伺服系统。

例如，无人机刚起飞时，与初始基站连接，无人机处理器通过无人机天线伺服系统调整无人机天线的方位、俯仰角度，使无人机天线对准初始基站。随着无人机远离初始基站，无人机与后续基站间的通信信号增强，当满足切换条件后，无人机将切入下一个基站进行通信练级。此时，无人机处理器通过无人机天线伺服系统调整无人机天线的方位、俯仰角度，使无人机天线对准下一个基站的方向。

其中，无人机的天线实时指向基站的方向，能够使无人机与基站间的通信更稳定，从而大大降低无人机与基站间通信中断的可能性。

本实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，

所述计算机程序被处理器执行以实现任一种如上所述的天线调整方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种天线调整方法，其特征在于，包括：

根据无人机的预设飞行路线确定信号覆盖范围，并根据所述信号覆盖范围确定基站天线的波束半功率角；

根据所述波束半功率角调整所述基站天线内的半波振子间的相位关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述飞行路线确定信号覆盖范围，包括：

将能够覆盖所述预设飞行路线的空间范围确定为所述信号覆盖范围。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

接收所述无人机发送的位置信息；

根据所述位置信息向所述基站天线的伺服系统发送调整指令，以使所述伺服系统根据所述调整指令调整所述基站天线的方位和俯仰角度，以使所述基站天线指向所述无人机。

4.一种天线调整装置，其特征在于，包括：

功率角确定模块，用于根据无人机的预设飞行路线确定基站天线的波束半功率角；

调整模块，用于根据所述波束半功率角调整所述基站天线内的半波振子间的相位关系；

所述功率角确定模块，包括：

范围确定单元，用于根据所述预设飞行路线确定信号覆盖范围；

功率角确定单元，用于根据所述信号覆盖范围确定所述基站天线的所述波束半功率角。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述范围确定单元具体用于：

将能够覆盖所述预设飞行路线的空间范围确定为所述信号覆盖范围。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，还包括：

接收模块，用于接收所述无人机发送的位置信息；

所述调整模块还用于根据所述位置信息向所述基站天线的伺服系统发送调整指令，以使所述伺服系统根据所述调整指令调整所述基站天线的方位和俯仰角度，以使所述基站天线指向所述无人机。

7.一种天线调整设备，其特征在于，包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现如权利要求1-3任一种所述的方法。

8.一种无人机系统，其特征在于，包括设置有如权利要求7所述的天线调整设备的基站、无人机；

所述无人机上设置有无人机处理器、无人机天线及无人机天线伺服系统；

所述无人机处理器根据所述基站的预设位置向所述无人机天线伺服系统发送调整指令，以使所述无人机天线伺服系统调整所述无人机天线的方位、俯仰角度，以使所述无人机天线对准所述基站。

9.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，

所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-3任一种所述的方法。

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