CN110673654B - 一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通信领域的一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法，具体包括以下阶段：第一阶段：主要完成不同气候、气象条件下的数据采集；第二阶段：利用统计学相关知识分析第一阶段中采集的数据并整理成数据库；第三阶段：将第二阶段生成的数据库应用在散射系统开通时的俯仰角对准过程中，利用前期实验和数据分析，确定各种气候、气象因素和公共体散射传播性能的关系，并将测试结果应用在散射系统俯仰角的对准过程中，减少了系统开通时间、提高了复杂气候气象环境下散射系统的通信能力，并为某些特殊气候或者特殊气象下的散射系统开通提供了重要依据和可行性方法。

Description

一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体为一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法。

背景技术

目前散射系统的俯仰角对准只考虑通信路径上的障碍物高度、障碍物与收发系统的位置关系，即根据收、发双方经纬度计算天线初始俯仰角，并在一定范围内搜索、校正角度误差后即开始正式通信。但是仅根据地理位置计算得到的天线指向并不一定是最佳公共体位置，因为风、云、雨、雷、电、雾等万千气象都发生在对流层，这些都会影响散射传播性能，所以散射通信时确定最佳公共体的位置尤为重要。

有关对流层散射传播特性的文献多数流于一般性原理介绍或者理论分析，在工程上无法应用；有些有一定的实用意义，但是涉及面较窄且实现困难；而且由于对流层散射传播特性与气候、气象和地形等条件关系密切，国外的某些研究成果不一定适合我国情况。

基于此，本发明设计了一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法，利用通信路径上具有最佳散射特性的公共体来保证散射系统的通信能力和快速开通，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法，具体包括以下阶段：

第一阶段：主要完成不同气候、气象条件下的数据采集；

第二阶段：利用统计学相关知识分析第一阶段中采集的数据并整理成数据库；

第三阶段：将第二阶段生成的数据库应用在散射系统开通时的俯仰角对准过程中。

优选的，所述第一阶段具体包括以下步骤：

(1.1)收、发双方完成天线方位角的精对准；

(1.2)收、发双方根据实际通信环境、通信距离、对流层高度及天线特点确定相关参数，具体步骤如下：

(1.2.1)假设主台在地平面上的点A、属台在地平面上的点B，A、B的距离d，在AB连线上选择两点E、F，定义AE＝d₀，AF＝d_N-1，d₀<d_N-1，N为正整数，则有EF＝d_N-1-d₀，EF为公共体中心在水平方向上的坐标范围；

(1.2.2)将EF平均分为N-1段，即EL₀＝L₀L₁＝...＝L_N-3F＝Δd，Δd为水平方向上的步进，且有

(1.2.3)过E做EK₀垂直于地平面，在EK₀上取点P₀、P_M-1，令EP₀＝h₀，EP_M-1＝h_M-1，h₀＜h_M-1，M为正整数，则有P₀P_M-1＝h_M-1-h₀，P₀P_M-1公共体中心在垂直方向上的坐标范围；

(1.2.4)将P₀P_M-1平均分为M-1段，即P₀P₁＝P₁P₂＝...＝P_M-2P_M-1＝Δh，Δh为垂直方向上的步进，且有

(1.2.5)过L₀、L₁、...、L_N-3、F做地平面的垂线L₀K₁、L₁K₂、...、L_N-3K_N-2、FK_N-1，过P₀、P₁、...、P_M-1做EF的平行线P₀G₀、P₁G₁、...、P_M-1G_M-1，则P₀G₀、P₁G₁、...、P_M-1G_M-1与P₀P_M-1、L₀K₁、L₁K₂、...、L_N-3K_N-2、FK_N-1有M*N个交点，按顺序定义这些点为P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1；

(1.3)根据A、E、L₀、L₁、...、L_N-3、F、B点的经纬度(φ_lati0，φ_longi0)、(φ_lati1，φ_longi1)、...、(φ_latiN+1，φ_longiN+1)，查阅地图得到这些点所在位置的气候条件、天气状况并储存；

(1.4)利用链路规划计算公共体中心在P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1点时发天线的俯仰角θ_t0、θ_t1、...、θ_tM*N-1及收天线的俯仰角θ_r0、θ_r1、...、θ_rM*N-1；

(1.5)调整发天线仰角为θ_t0、收天线仰角为θ_r0，采集T秒信号计算平均功率并存储；调整发天线仰角为θ_t1、收天线仰角为θ_r1，采集T秒信号计算平均功率并存储；继续调整收、发天线，直到完成P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1所有点上的信号采集及存储；

(1.6)整理公共体中心在P_i点时接收信号的功率、各点高度以及对应地平面上的气候气象状况，其中，0≤i≤M*N-1。

优选的，所述气候条件、天气状况包括天气、风力、风向、风速、降水、能见度、空气质量、PM2.5、PM10、温度、湿度。

优选的，所述第二阶段具体步骤如下：多次信号采集后，得到公共体在各种气候、气象条件下的散射性能，将气候、气象因素作为输入，相应的公共体散射性能作为输出并整理成数据库，为实际散射系统的俯仰角对准提供先验信息。

优选的，所述第三阶段具体包括以下步骤：

(3.1)收、发双方根据实际通信环境、通信距离确定相关参数，具体步骤如下：

假设主台在地平面上的点A′、属台在地平面上的点B′，A′、B′的距离d′，在A′B′连线上选择两点E′、F′，定义A′E′＝d′₀，A′F′＝d′_N′-1，d′₀＜d′_N′-1，N′为正整数，则有E′F′＝d′_N′-1-d′₀，将E′F′平均分为N′-1段，即E′L′₀＝L′₀L′₁＝...＝L′_N′-3F′＝Δd′，Δd′为水平方向上的步进，且有

(3.2)根据E′、L′₀、L′₁、...、L′_N′-3、F′点的经纬度(φ′_lati0，φ′_longi0)、(φ′_lati1，φ′_longi1)、...、(φ′_latiN′+1，φ′_longiN′+1)，查阅地图得到这些点所在位置的气候气象因子；

(3.3)将(3.2)得到的各点的气候气象因子作为输入，利用第二阶段得到的数据库，即可得到通信路径上的最佳公共体的位置P_optum；

(3.4)在P_optum附近，使天线做小范围、小步进扫描，完成俯仰角精对准。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明可以保证散射系统开通后天线指向最佳公共体，从而提高系统通信能力；

2、本发明可解决某些特殊气候、特殊气象条件下，仅根据地理位置计算天线俯仰角导致系统开通失败的问题；

3、与现有技术相比，本发明可以大大减小天线俯仰角对准的搜索范围，从而减少系统开通时间；

4、本发明可在现有散射系统的基础上，只增加软件模块即可实现，且不影响系统其他功能。

具体实施方式

下面将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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法，利用实验、数据分析得到气候、气象因子与公共体散射性能的关系，并将结果应用在散射系统开通过程中，为散射系统在不同环境下的应用提供了有力支撑，具体包括以下阶段：

第一阶段：主要完成不同气候、气象条件下的数据采集；

具体包括以下步骤：

(1.1)收、发双方完成天线方位角的精对准；

(1.2)收、发双方根据实际通信环境、通信距离、对流层高度及天线特点确定相关参数，具体步骤如下：

(1.2.1)假设主台在地平面上的点A、属台在地平面上的点B，A、B的距离d，在AB连线上选择两点E、F，定义AE＝d₀，AF＝d_N-1，d₀<d_N-1，N为正整数，则有EF＝d_N-1-d₀，EF为公共体中心在水平方向上的坐标范围；

(1.2.2)将EF平均分为N-1段，即EL₀＝L₀L₁＝...＝L_N-3F＝Δd，Δd为水平方向上的步进，且有

(1.2.3)过E做EK₀垂直于地平面，在EK₀上取点P₀、P_M-1，令EP₀＝h₀，EP_M-1＝h_M-1，h₀＜h_M-1，M为正整数，则有P₀P_M-1＝h_M-1-h₀，P₀P_M-1公共体中心在垂直方向上的坐标范围；

(1.2.4)将P₀P_M-1平均分为M-1段，即P₀P₁＝P₁P₂＝...＝P_M-2P_M-1＝Δh，Δh为垂直方向上的步进，且有

(1.2.5)过L₀、L₁、...、L_N-3、F做地平面的垂线L₀K₁、L₁K₂、...、L_N-3K_N-2、FK_N-1，过P₀、P₁、...、P_M-1做EF的平行线P₀G₀、P₁G₁、...、P_M-1G_M-1，则P₀G₀、P₁G₁、...、P_M-1G_M-1与P₀P_M-1、L₀K₁、L₁K₂、...、L_N-3K_N-2、FK_N-1有M*N个交点，按顺序定义这些点为P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1；

(1.3)根据A、E、L₀、L₁、...、L_N-3、F、B点的经纬度(φ_lati0，φ_longi0)、(φ_lati1，φ_longi1)、...、(φ_latiN+1，φ_longiN+1)，查阅地图得到这些点所在位置的气候条件、天气状况并储存，气候条件、天气状况包括天气、风力、风向、风速、降水、能见度、空气质量、PM2.5、PM10、温度、湿度；

(1.4)利用链路规划计算公共体中心在P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1点时发天线的俯仰角θ_t0、θ_t1、...、θ_tM*N-1及收天线的俯仰角θ_r0、θ_r1、...、θ_rM*N-1；

(1.5)调整发天线仰角为θ_t0、收天线仰角为θ_r0，采集T秒信号计算平均功率并存储；调整发天线仰角为θ_t1、收天线仰角为θ_r1，采集T秒信号计算平均功率并存储；继续调整收、发天线，直到完成P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1所有点上的信号采集及存储；

(1.6)整理公共体中心在P_i点时接收信号的功率、各点高度以及对应地平面上的气候气象状况，其中，0≤i≤M*N-1。

第二阶段：利用统计学相关知识分析第一阶段中采集的数据并整理成数据库；

具体步骤如下：多次信号采集后，得到公共体在各种气候、气象条件下的散射性能，将气候、气象因素作为输入，相应的公共体散射性能作为输出并整理成数据库，为实际散射系统的俯仰角对准提供先验信息；

第三阶段：将第二阶段生成的数据库应用在散射系统开通时的俯仰角对准过程中。

具体包括以下步骤：

(3.1)收、发双方根据实际通信环境、通信距离确定相关参数，具体步骤如下：

假设主台在地平面上的点A′、属台在地平面上的点B′，A′、B′的距离d′，在A′B′连线上选择两点E′、F′，定义A′E′＝d′₀，A′F′＝d′_N′-1，d′₀＜d′_N′-1，N′为正整数，则有E′F′＝d′_N′-1-d′₀，将E′F′平均分为N′-1段，即E′L′₀＝L′₀L′₁＝...＝L′_N′-3F′＝Δd′，Δd′为水平方向上的步进，且有

(3.2)根据E′、L′₀、L′₁、...、L′_N′-3、F′点的经纬度(φ′_lati0，φ′_longi0)、(φ′_lati1，φ_l′_ongi1)、...、(φ′_latiN′+1，φ′_longiN′+1)，查阅地图得到这些点所在位置的气候气象因子；

(3.3)将(3.2)得到的各点的气候气象因子作为输入，利用第二阶段得到的数据库，即可得到通信路径上的最佳公共体的位置P_optum；

(3.4)在P_optum附近，使天线做小范围、小步进扫描，完成俯仰角精对准。

其中，俯仰角θ：天线的纵轴y轴与水平面间的夹角，以上倾为正，下倾为负，定义域为-90°～90°

实施例2

基于实施例1，该种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法还可以根据实际通信距离、地理位置、天线特性、对流层范围及其他指标调整水平方向的扫描范围、扫描步进。

实施例3

基于实施例1，该种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法还可以根据实际通信距离、地理位置、天线特性、对流层范围及其他指标调整垂直方向的扫描范围、扫描步进。

实施例4

基于实施例1，该种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法还可以根据实际波形调整总点数及每点的采集时间；

实施例5

基于实施例1，该种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法还可以根据实际系统调整各点的扫描顺序；

实施例6

基于实施例1，该种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法还可以根据实际测试环境增加或减少气候条件、天气状况等环境因素。

本发明的一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法利用前期实验和数据分析，确定各种气候、气象因素和公共体散射传播性能的关系，并将测试结果应用在散射系统俯仰角的对准过程中。该方法打破了长期以来散射系统开通仅由收、发所在位置决定的局限性、减少了系统开通时间、提高了复杂气候气象环境下散射系统的通信能力，并为某些特殊气候或者特殊气象下的散射系统开通提供了重要依据和可行性方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种综合气候气象因素的散射系统俯仰角快速对准方法，其特征在于：具体包括以下阶段：

第一阶段：主要完成不同气候、气象条件下的数据采集，气候条件、天气状况包括天气、风力、风向、风速、降水、能见度、空气质量、PM2.5、PM10、温度、湿度；

具体包括以下步骤：

(1.1)收、发双方完成天线方位角的精对准；

(1.2)收、发双方根据实际通信环境、通信距离、对流层高度及天线特点确定相关参数，具体步骤如下：

(1.2.1)假设主台在地平面上的点A、属台在地平面上的点B，A、B的距离d，在AB连线上选择两点E、F，定义AE＝d₀，AF＝d_N-1，d₀<d_N-1，N为正整数，则有EF＝d_N-1-d₀，EF为公共体中心在水平方向上的坐标范围；

(1.2.2)将EF平均分为N-1段，即EL₀＝L₀L₁＝...＝L_N-3F＝Δd，Δd为水平方向上的步进，且有

(1.2.3)过E做EK₀垂直于地平面，在EK₀上取点P₀、P_M-1，令EP₀＝h₀，EP_M-1＝h_M-1，h₀＜h_M-1，M为正整数，则有P₀P_M-1＝h_M-1-h₀，P₀P_M-1为 公共体中心在垂直方向上的坐标范围；

(1.2.4)将P₀P_M-1平均分为M-1段，即P₀P₁＝P₁P₂＝...＝P_M-2P_M-1＝Δh，Δh为垂直方向上的步进，且有

(1.2.5)过L₀、L₁、...、L_N-3、F做地平面的垂线L₀K₁、L₁K₂、...、L_N-3K_N-2、FK_N-1，过P₀、P₁、...、P_M-1做EF的平行线P₀G₀、P₁G₁、...、P_M-1G_M-1，则P₀G₀、P₁G₁、...、P_M-1G_M-1与P₀P_M-1、L₀K₁、L₁K₂、...、L_N-3K_N-2、FK_N-1有M*N个交点，按顺序定义这些点为P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1；

(1.3)根据A、E、L₀、L₁、...、L_N-3、F、B点的经纬度(φ_lati0，φ_longi0)、(φ_lati1，φ_longi1)、...、(φ_latiN+1，φ_longiN+1)，查阅地图得到这些点所在位置的气候条件、天气状况并储存；

(1.4)利用链路规划计算公共体中心在P₀、P₁、...、P_M-1、P_M、...、P_M*N-1点时发天线的俯仰角θ_t0、θ_t1、…、θ_tM*N-1及收天线的俯仰角θ_r0、θ_r1、…、θ_rM*N-1；

(1.5)调整发天线仰角为θ_t0、收天线仰角为θ_r0，采集T秒信号计算平均功率并存储；调整发天线仰角为θ_t1、收天线仰角为θ_r1，采集T秒信号计算平均功率并存储；继续调整收、发天线，直到完成P₀、P₁、…、P_M-1、P_M、…、P_M*N-1所有点上的信号采集及存储；

(1.6)整理公共体中心在P_i点时接收信号的功率、各点高度以及对应地平面上的气候气象状况，其中，0≤i≤M*N-1；

第二阶段：利用统计学相关知识分析第一阶段中采集的数据并整理成数据库；

具体步骤如下：多次信号采集后，得到公共体在各种气候、气象条件下的散射性能，将气候、气象因素作为输入，相应的公共体散射性能作为输出并整理成数据库，为实际散射系统的俯仰角对准提供先验信息；

第三阶段：将第二阶段生成的数据库应用在散射系统开通时的俯仰角对准过程中，

具体包括以下步骤：

(3.1)收、发双方根据实际通信环境、通信距离确定相关参数，具体步骤如下：

假设主台在地平面上的点A′、属台在地平面上的点B′，A′、B′的距离d′，在A′B′连线上选择两点E′、F′，定义A′E′＝d′₀，A′F′＝d′_N′-1，d′₀＜d′_N′-1，N′为正整数，则有E′F′＝d′_N′-1-d′₀，将E′F′平均分为N′-1段，即E′L′₀＝L′₀L′₁＝…＝L′_N′-3F′＝Δd′，Δd′为水平方向上的步进，且有

(3.2)根据E′、L′₀、L′₁、…、L′_N′-3、F′点的经纬度(φ′_lati0，φ′_longi0)、(φ′_lati1，φ′_longi1)、…、(φ′_latiN′+1，φ′_longiN′+1)，查阅地图得到这些点所在位置的气候气象因子；

(3.3)将(3.2)得到的各点的气候气象因子作为输入，利用第二阶段得到的数据库，即可得到通信路径上的最佳公共体的位置P_optum；

(3.4)在P_optum附近，使天线做小范围、小步进扫描，完成俯仰角精对准。