CN110389314A - 一种适于静态应用的单天线定向方法、装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单天线定向方法，涉及物联网技术领域，包括以下步骤：使用遮挡物对天线进行半遮挡，其中，遮挡物对天线的信号接收形成半边天的接收效果；获得卫星在在星座图中的消失带的统计方向；根据消失带的统计方向推导天线的指向，其中，消失带的统计方向是通过对多个卫星进行一段时间观测后通过统计方法得到的。本发明还提供了一种单天线定向装置，包括一个天线、遮挡部件和卫星定位芯片。本发明的单天线定向方法在静态应用时，根据天线指向及定向装置与待定向物体的安装关系可以推导出待定向物体的指向。本发明简单且易于实现，能够很好地实现静态物体定向，具有很好的应用优势。

Description

一种适于静态应用的单天线定向方法、装置及应用
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种适于静态应用的单天线定向方法及装置。
背景技术
在物联网的静态应用中，定向是一个常用的需求，如静止物体的朝向姿态测量、静止天线的指向测量等。常用的定向方法主要有三种：地磁定向、卫星导航信号的双天线定向法和差波束法。其中，地磁定向在使用时，必须要远离干扰源，如果环境较为复杂，干扰太大，测量精度无法保证，应用受限；差波束法需要四个独立的全向卫星导航定位天线构成，双天线定向法需要两个全向卫星导航定位天线构成，其系统结构复杂。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种适于静态应用的单天线定向方法及装置，只需要使用一个全向卫星导航定位天线，即可确定待定向物体的指向，简单、易于实现。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何使用单天线确定指向。
为实现上述目的，本发明提供了一种适于静态应用的单天线定向方法，包括以下步骤：
使用遮挡物对所述天线进行半遮挡，其中，所述遮挡物对所述天线的信号接收形成半边天的接收效果；
获得卫星在在星座图中的消失带的统计方向；
根据所述消失带的统计方向推导所述天线的指向。
进一步地，所述天线是全向卫星导航定位天线。
进一步地，获得所述消失带的统计方向，包括如下步骤：
对多颗卫星的定位信号进行连续的接收与监控，获得观测数据；
应用统计学方法解算所述观测数据，获得所述消失带的统计方向。
进一步地，所述消失带包括信号消失带和信号突显带，所述信号消失带指所述卫星在所述星座图中的消失区域；所述信号突显带指所述卫星在所述星座图中从消失到突现的变化区域。
进一步地，所述观测数据包括多颗所述卫星的分布图、位置和运行轨迹。
进一步地，在统计所述观测数据前，对所述观测数据进行滤波处理。
进一步地，所述遮挡物由金属材料制成。
进一步地，所述消失带的统计方向与所述遮挡物的屏蔽边界平行。
在本发明的较佳实施方式中，还提供了一种适于静态应用的单天线定向装置，包括一个天线、遮挡物和卫星定位模块，所述天线为全向卫星导航定位天线；所述遮挡物设置在所述天线上形成对所述天线的半遮挡，以达到对所述天线的信号接收形成半边天的接收效果；所述卫星定位模块用于统计卫星的消失带的方向并推导所述天线的指向。
在本发明的另一较佳实施方式中，还提供了一种所述单天线定向方法在静态物体定向中的应用：根据所述天线的指向以及所述天线与待定向物体的连接关系推导出所述待定向物体的指向。
本发明提供的单天线定向方法及装置，只需要使用一个全向卫星导航定位天线，即可实现对被测物体的静态定向，方法和结构简单明了，易于实现；与现有技术相比，其具有本质的不同，具有明显的应用优势。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的消失带示意图；
图2是未被遮蔽的天线测得的卫星星座分布图；
图3是本发明的一个较佳实施例的被遮蔽的天线测得的卫星星座分布图；
图4是本发明的一个较佳实施例的被遮蔽的天线测得的卫星从消失到突现的示意图；
图5是本发明的一个较佳实施例的单天线定向装置俯视图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图5所示，本发明提供的适于静态应用的单天线定向装置，包括一个天线1、遮挡部件2和卫星定位模块(图中未示出)。遮挡部件2固定在天线1的一侧，形成了对天线1的半遮挡；遮挡部件2与天线1未被遮挡部件的分界线即为屏蔽边界3。天线1是全向卫星导航定位天线，遮挡部件2采用特殊的材料制成，使天线1被半遮挡后，天线1对卫星信号接收形成半边天的接收效果。优选地，遮挡部件2使用金属材料制成。
本发明提供的单天线定向方法，包括如下步骤：通过连续的对卫星定位信号的接收与监控，获得卫星在星座图中心区域的消失带4的数据，并利用统计学方法解算得到消失带4的统计方向；然后由消失带4所具有的统计方向值，获得遮挡部件2的边界方向，该边界方向就代表了天线1的未遮挡部分的朝向方向；由此确定天线1的指向。
定向装置接收卫星定位信号，通过导航电文，获得接收到的卫星星座分布图，包括卫星在空中的位置、运行轨迹等。如图2所示，未被遮蔽的天线测得卫星星座分布图，可以看出卫星的位置分布及运行轨迹。
当使用了本发明提供的单天线定向装置后，由于半边天遮挡的天线接收效果，卫星定位后，天线1只能接收到半边天的卫星信号，如图3所示，被遮挡部分的卫星星座图是空白的。由此，卫星在天空中慢慢移动，当出现信号突然衰减并快速消失的情形时，说明该卫星的运行轨迹与遮挡边界相切。
按照目前四大全球定位系统的现状，大约有100多颗卫星在天上运行，使用本发明的单天线定向装置对这些卫星进行观测，通过一段时间的积累，可以观测到大量关于卫星消失区域的数据，通过对这些数据统计分析，在星座图中形成一个信号消失带。
卫星可以从能被天线接收的位置进入不能被天线接收的位置，即从未遮挡区域进入被遮挡区域。同时，如图4所示，卫星还可以从被遮挡区域进入未遮挡区域，从而在本发明的定向装置观测得到的卫星星座图中形成一个从消失到突现的变化区域，即信号突显带。在本发明中，将信号消失带和信号突显带统称为消失带4。
进一步地，单天线定向装置对消失带4进行统计观测，利用滤波算法，可以解算出消失带4的统计指向。如图1所示，该统计指向与屏蔽边界3的方向是一致的。天线1中，有信号接收的一面是不被遮蔽的天线方向，无信号接收到的一面是被遮蔽的天线方向，由此完全可以确定天线1的指向。
进一步地，在本发明的单天线定位装置中，将接收和监控卫星信号、统计计算消失带4、确定天线1指向等算法集成至卫星定位模块中。卫星定位模块包括运行上述算法的卫星定位芯片或硬件电路。
将上述单天线定向方法应用到静态物体的定向时，将本发明提供的天线定向装置安装在待定向物体上，根据单天线定向方法以及天线定向装置与待定向物体的安装关系，推导出待定向物体的指向。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单天线定向方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用遮挡物对所述天线进行半遮挡，其中，所述遮挡物对所述天线的信号接收形成半边天的接收效果；
获得卫星在在星座图中的消失带的统计方向；
根据所述消失带的统计方向推导所述天线的指向。
2.如权利要求1所述的单天线定向方法，其特征在于，所述天线是全向卫星导航定位天线。
3.如权利要求1所述的单天线定向方法，其特征在于，获得所述消失带的统计方向，包括如下步骤：
对多颗卫星的定位信号进行连续的接收与监控，获得观测数据；
应用统计学方法解算所述观测数据，获得所述消失带的统计方向。
4.如权利要求3所述的单天线定向方法，其特征在于，所述消失带包括信号消失带和信号突显带，所述信号消失带指所述卫星在所述星座图中的消失区域；所述信号突显带指所述卫星在所述星座图中从消失到突现的变化区域。
5.如权利要求3所述的单天线定向方法，其特征在于，所述观测数据包括多颗所述卫星的分布图、位置和运行轨迹。
6.如权利要求3所述的单天线定向方法，其特征在于，在统计所述观测数据前，对所述观测数据进行滤波处理。
7.如权利要求1所述的单天线定向方法，其特征在于，所述遮挡物由金属材料制成。
8.如权利要求1所述的单天线定向方法，其特征在于，所述消失带的统计方向与所述遮挡物的屏蔽边界平行。
9.一种适于静态应用的单天线定向装置，其特征在于，包括一个天线、遮挡物和卫星定位模块，所述天线为全向卫星导航定位天线；所述遮挡物设置在所述天线上形成对所述天线的半遮挡，以达到对所述天线的信号接收形成半边天的接收效果；所述卫星定位模块用于统计卫星的消失带的方向并推导所述天线的指向。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的单天线定向方法在静态物体定向中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
根据所述天线的指向以及所述天线与待定向物体的连接关系推导出所述待定向物体的指向。
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