CN111276818B - 天线对准目标位置的控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线对准目标位置的控制装置及控制方法，天线对准目标位置的控制方法，基于天线对准目标位置的控制装置，包括以下步骤：获取第一天线定位模块及第二天线定位模块的坐标；根据第一天线定位模块的坐标及第二天线定位模块的坐标计算出天线的朝向P0；根据天线的朝向P0计算出天线的最大辐射方向P1；确定目标位置的朝向P2；比较P1和P2，以确定天线需要旋转的最小角度Pmin；旋转天线，直至P1与P2重合。上述天线对准目标位置的控制方法，使天线的最大辐射方向快速、准确地对准目标位置，自动控制，有效提高了天线的最大辐射方向对准目标位置的精度和工作效率。

Description

天线对准目标位置的控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及通信设备技术领域，特别是涉及一种天线对准目标位置的控制装置及控制方法。

背景技术

短波天线是指工作在短波波段(3～30MHz)的发射或接收天线。短波主要利用电离层反射传播进行通信，因而不受网络枢纽和中继条件的制约，是现代远距离无线电通信的重要手段之一。往往频率越低，天线的尺寸就越大，大型短波天线尺寸可达50米。

根据天线与电波传输理论，天线的辐射是具有方向性的。天线的最大辐射方向对应的辐射功率密度越大，实际传输距离更远。所以短波天线向目标位置发射或接受电波时最好使得天线的最大辐射方向跟目标位置处于一条直线上，可以实现在相同的功率基础上天线收发的距离更远。传统的天线对准目标位置方式较复杂，速度慢且精度不高。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种天线快速、精确地对准目标位置的天线对准目标位置的控制装置及控制方法。

一种天线对准目标位置的控制装置，用于控制天线的最大辐射方向对准目标位置，所述天线连接有用于驱动天线旋转的天线旋转驱动机构；包括：

第一天线定位模块，用于检测自身所在位置的坐标；

第二天线定位模块,用于检测自身所在位置的坐标；

天线旋转角度检测模块，用于检测所述天线的旋转角度；

控制管理模块，与所述第一天线定位模块、所述第二天线定位模块、所述天线旋转角度检测模块及所述天线旋转驱动机构电连接；所述控制管理模块用于根据第一天线定位模块及第二天线定位模块检测到的坐标计算出所述天线的朝向、用于根据所述天线的朝向计算出所述天线的最大辐射方向、用于根据所述天线的最大辐射方向与所述目标位置的朝向之间的关系，以判断天线是否需要旋转；控制管理模块还用于根据天线旋转角度检测模块检测到的数值控制天线旋转驱动机构的旋转工作。

上述天线对准目标位置的控制装置，控制管理模块根据第一天线定位模块及第二天线定位模块检测到的坐标计算出天线的朝向、根据天线的朝向计算出天线的最大辐射方向、用于根据天线的最大辐射方向与目标位置的朝向进行对比分析，然后控制管理模块控制天线旋转驱动机构运动，以将天线100的最大辐射方向跟目标位置处于一条直线上，自动控制，实现天线快递、准确地对准目标。

在其中一个实施例中，所述第一天线定位模块设置在所述天线上。

在其中一个实施例中，所述第二天线定位模块设置在所述天线上。

在其中一个实施例中，所述第二天线定位模块的数量为多个，多个所述第二天线定位模块间隔分布在所述天线的不同位置上。

在其中一个实施例中，所述第二天线定位模块设置在所述天线的附近。

在其中一个实施例中，所述第二天线定位模块的数量为多个，多个所述第二天线定位模块分布在所述天线附近的不同位置上。

在其中一个实施例中，所述天线旋转角度检测模块在所述天线上并随所述天线同步旋转。

一种天线对准目标位置的控制方法，基于上述所述的天线对准目标位置的控制装置，包括以下步骤：

获取所述第一天线定位模块及所述第二天线定位模块的坐标；

根据所述第一天线定位模块的坐标及所述第二天线定位模块的坐标计算出天线的朝向P0；

根据所述天线的朝向P0计算出天线的最大辐射方向P1；

确定目标位置的朝向P2；

比较P1和P2，以确定所述天线需要旋转的最小角度Pmin；

旋转所述天线，直至P1与P2重合。

上述天线对准目标位置的控制方法，通过第一天线定位模块及第二天线定位模块确定天线的朝向P0，通过天线的朝向P0朝向确定最大辐射方向P1，然后根据天线的最大辐射方向P1与目标位置的朝向P2的关系，确定天线的旋转角度，以使天线的最大辐射方向快速、准确地对准目标位置，自动控制，有效提高了天线的最大辐射方向对准目标位置的精度和工作效率。

在其中一个实施例中，所述根据所述天线的朝向P0计算出天线的最大辐射方向P1，具体为：

根据所述天线特性确定所述天线的最大辐射方向与所述天线的朝向P0的角度差为ΔP；

计算出所述天线的最大辐射方向P1，且P1＝P0+ΔP。

在其中一个实施例中，所述比较P1和P2，以确定所述天线需要旋转的最小角度Pmin的步骤中，若∣P1-P2∣≤180°，则Pmin＝∣P1-P2∣，若∣P1-P2∣＞180°，则Pmin＝360°-∣P1-P2∣。

附图说明

图1为本发明的天线对准目标位置的控制装置的俯视图。

附图中各标号的含义为：

天线100，旋转中心101，第一天线定位模块10，第二天线定位模块20，天线旋转角度检测模块30。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参考图1，为本发明的天线对准目标位置的控制装置，用于控制天线100的最大辐射方向对准目标位置，天线100连接有用于驱动天线旋转的天线旋转驱动机构，具体地，天线旋转驱动机构驱动天线100沿水平方向旋转。天线对准目标位置的控制装置包括第一天线定位模块10、第二天线定位模块20、天线旋转角度检测模块30。第一天线定位模块10用于检测自身所在位置的坐标，第二天线定位模块20用于检测自身所在位置的坐标。天线旋转角度检测模块30用于检测天线的旋转角度。控制管理模块与第一天线定位模块10、第二天线定位模块20、天线旋转角度检测模块30及天线旋转驱动机构电连接；控制管理模块用于根据第一天线定位模块10及第二天线定位模块20检测到的坐标计算出天线的朝向、用于根据天线的朝向计算出天线的最大辐射方向、用于根据天线的最大辐射方向与目标位置的朝向之间的关系，以判断天线是否需要旋转；控制管理模块还用于根据天线旋转角度检测模块30检测到的数值控制天线旋转驱动机构的旋转工作。

进一步地，第一天线定位模块10设置在所述天线上。具体地，天线100上具有旋转中心101，第一天线定位模块10设置在天线100的旋转中心上。第二天线定位模块20除了不设置在天线100的旋转中心上，可以设置在天线100其他的任意位置上，也可以设置在天线100的附近，不影响测量结果即可。第二天线定位模块20的数量为可以一个也可以多个，当第二天线定位模块20的数量为多个时，多个第二天线定位模块20间隔分布在天线100上或天线100的附近。天线旋转角度检测模块30在天线100上并随天线100水平旋转，具体地，天线旋转角度检测模块30沿天线100的水平方向旋转。

本发明的天线对准目标位置的控制装置，控制管理模块根据第一天线定位模块10及第二天线定位模块20检测到的坐标计算出天线的朝向、根据天线的朝向计算出天线的最大辐射方向、用于根据天线的最大辐射方向与目标位置的朝向进行对比分析，然后控制管理模块控制天线旋转驱动机构运动，以将天线100的最大辐射方向跟目标位置处于一条直线上，自动控制，实现天线快递、准确地对准目标。

本发明还提供一种天线对准目标位置的控制方法，基于上述的天线对准目标位置的控制装置，包括以下步骤：

步骤S10：获取第一天线定位模块10及第二天线定位模块的坐标。

具体地，第一天线定位模块10设置在天线10的旋转中心上，第二天线定位模块10设置在天线10上或天线10的附近。在本实施例中，第二天线定位模块10设置在天线10上。第一天线定位模块10检测自身所在位置的坐标，第二天线定位模块20检测自身所在位置的坐标。需要说明的是，第一天线定位模块10的坐标为第一天线定位模块10在地球表面上的经纬度信息，同理，第二天线定位模块20的坐标为第二天线定位模块20在地球表面上的经纬度信息。

可以理解地，步骤S10的具体步骤为；

步骤S11：将第一天线定位模块10设置在天线100的旋转中心。

步骤S12：第一天线定位模块10检测自身的经纬度信息为(X0，Y0)，第二天线定位模块10检测自身的经纬度信息为(X1，Y1)。

步骤S13：以天线100的旋转中心为原点建立o-xy坐标系，从而在o-xy坐标系上，第一天线定位模块10的坐标点O为(0,0)，第二天线定位模块20的坐标点A为(X1-X0，Y1-Y0)。需要说明的是，在o-xy坐标系中，以地球的东西方向为x轴，以地球的南北方向为y轴，且以正北方向初始方向，即正北方向为0°，正东方向为90°，正南方向为180°，正西方向为270，依次类推。从而可以理解地，在o-xy坐标系中，正东方向为x轴的正方向，正西方向为x轴的负方向，正北方向为y轴的正方向，正南方向为y轴的负方向。另外，在步骤S13中，由控制管理模块获取第一天线定位模块10的经纬度信息和第二天线定位模块10的经纬度信息，并根据天线定位模块10的纬度信息和第二天线定位模块10的经纬度信息计算出第一天线定位模块10和第二天线定位模块20在o-xy坐标系上的坐标。

步骤S20：根据第一天线定位模块10的坐标及第二天线定位模块20的坐标计算出天线的朝向P0。

步骤S20的具体步骤为：

步骤S21：在建立的o-xy坐标系中，将第二天线定位模块20的点A与第一天线定位模块10的坐标点O之间连成一条直线L，换言之，将第二天线定位模块20标点A与o-xy坐标系的原点连成一条直线L，则直线L为天线所在的方位。

步骤S22，计算直线L在o-xy坐标系上的角度，从而得到天线的朝向P0。具体到本实施例中，在o-xy坐标系中，由于正北方向为的y轴的正方向，且正北方向为0°，则直线L在o-xy坐标系上的角度就是直线L与正北方向之间的角度，即天线的朝向P0就是直线L相对正北方向的偏转方向。需要说明的是，步骤S20均由控制管理模块进行处理。

步骤S30：根据天线的朝向P0计算出天线的最大辐射方向P1。

步骤S30的具体步骤为：

步骤S31：根据天线特性确定天线的最大辐射方向与天线的朝向P0的角度差为ΔP。

步骤S32：计算出天线的最大辐射方向P1，且P1＝P0+ΔP。

根据天线100特性，在天线100做出来之后，天线的最大辐射方向在天线100上就是已经确定了，即天线的最大辐射方向就是已知的。需要说明的是，ΔP可以是正值，可以是负值，具体到本实施例中，若天线的最大辐射方向在天线的朝向P0与正北方之间时，则ΔP为负值，若天线的最大辐射方向不在天线的朝向P0与正北方之间时，则ΔP为正值。进一步地，在本实施例中，第二天线定位模块20设置在天线的最大辐射方向上，从而ΔP为0，由此，天线的朝向P0为天线的最大辐射方向P1。

步骤S40：确定目标位置的朝向P2。

需要说明的是，目标位置的经纬度信息为已知值，则步骤S40具体步骤为：

步骤S41：目标位置的经纬度信息为(X2，Y2)，则在o-xy坐标系中，目标位置的坐标点B为(X2-X0，Y2-Y0)，将目标位置的坐标点B与第一天线定位模块10的坐标点O之间连成一条直线K，换言之，将目标位置的坐标点B与o-xy坐标系的原点连成一条直线K，则直线K为目标位置所在的方位。

步骤S41：计算直线K在o-xy坐标系上的角度，从而得到目标位置的朝向P2。具体到本实施例中，在o-xy坐标系中，由于正北方向为的y轴的正方向，且正北方向为0°，则直线L在o-xy坐标系上的角度就是直线K与正北方向之间的角度，即目标位置的朝向P2就是直线k相对正北方向的偏转方向。需要说明的是，步骤S40中，输入目标位置的经纬度信息后，由控制管理模块进行处理。

步骤S50：比较P1和P2，以确定天线需要旋转的最小角度Pmin。

具体地，若∣P1-P2∣≤180°，则Pmin＝∣P1-P2∣，若∣P1-P2∣＞180°，则Pmin＝360°-∣P1-P2∣。

步骤S60：旋转天线100，直至P1与P2重合。

具体地，若最小角度Pmin为0°，则天线的旋转角度为0°，即天线的最大辐射方向P1与目标位置的朝向P2处于重合状态，不需旋转天线100。若Pmin大于0°，则天线旋转驱动机构驱动天线100绕旋转中心101旋转，同时天线旋转角度检测模块30实时监测天线100的旋转角度，直至天线100的旋转角度等于Pmin，此时P1与P2重合，天线的最大辐射方向跟目标位置处于一条直线上，天线100的最大辐射方向对准目标位置。

本发明的天线对准目标位置的控制方法，通过第一天线定位模块10及第二天线定位模块确定天线的朝向P0，通过天线的朝向P0朝向确定最大辐射方向P1，然后根据天线的最大辐射方向P1与目标位置的朝向P2的关系，确定天线的旋转角度，以使天线的最大辐射方向快速、准确地对准目标位置，自动控制，有效提高了天线的最大辐射方向对准目标位置的精度和工作效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种天线对准目标位置的控制装置，用于控制天线的最大辐射方向对准目标位置，所述天线连接有用于驱动天线旋转的天线旋转驱动机构；其特征在于，包括：

第一天线定位模块，用于检测自身所在位置的坐标；所述第一天线定位模块的坐标为所述第一天线定位模块在地球表面上的经纬度信息；所述第一天线定位模块设置在所述天线的旋转中心上；

第二天线定位模块,用于检测自身所在位置的坐标；所述第二天线定位模块的坐标为所述第二天线定位模块在地球表面上的经纬度信息；所述第二天线定位模块设置在所述天线的旋转中心以外的位置；

天线旋转角度检测模块，用于检测所述天线的旋转角度；所述天线旋转角度检测模块设置在所述天线上并随所述天线同步旋转；

控制管理模块，与所述第一天线定位模块、所述第二天线定位模块、所述天线旋转角度检测模块及所述天线旋转驱动机构电连接；所述控制管理模块用于根据第一天线定位模块及第二天线定位模块检测到的坐标计算出所述天线的朝向、用于根据所述天线的朝向计算出所述天线的最大辐射方向、用于根据所述天线的最大辐射方向与所述目标位置的朝向之间的关系，以判断天线是否需要旋转；控制管理模块还用于根据天线旋转角度检测模块检测到的数值控制天线旋转驱动机构的旋转工作。

2.根据权利要求1所述的天线对准目标位置的控制装置，其特征在于，所述第二天线定位模块设置在所述天线上。

3.根据权利要求2所述的天线对准目标位置的控制装置，其特征在于，所述第二天线定位模块的数量为多个，多个所述第二天线定位模块间隔分布在所述天线的不同位置上。

4.根据权利要求1所述的天线对准目标位置的控制装置，其特征在于，所述第二天线定位模块设置在所述天线的附近。

5.根据权利要求4所述的天线对准目标位置的控制装置，其特征在于，所述第二天线定位模块的数量为多个，多个所述第二天线定位模块分布在所述天线附近的不同位置上。

6.一种天线对准目标位置的控制方法，基于权利要求1所述的天线对准目标位置的控制装置，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述第一天线定位模块及所述第二天线定位模块的坐标；具体地，获取所述第一天线定位模块的经纬度信息和所述第二天线定位模块的经纬度信息，以所述天线的旋转中心为原点建立o-xy坐标系，在o-xy坐标系中，所述第一天线定位模块的坐标为旋转中心为原点，根据所述第一天线定位模块的经纬度信息和所述第二天线定位模块的经纬度信息计算出所述第二天线定位模块在o-xy坐标系中的坐标；

根据所述第一天线定位模块的坐标及所述第二天线定位模块的坐标计算出天线的朝向P0；具体地，在o-xy坐标系中，将所述第二天线定位模块的坐标点与所述第一天线定位模块的坐标点之间连成一条直线L，计算直线L在o-xy坐标系上的角度，从而得到所述天线的朝向P0；

根据所述天线的朝向P0计算出天线的最大辐射方向P1；

确定目标位置的朝向P2；具体地，获取目标位置的经纬度信息，在o-xy坐标系中，根据所述目标位置的经纬度信息计算出所述目标位置的坐标点，将所述目标位置的坐标点与o-xy坐标系的原点连成一条直线K，计算直线K在o-xy坐标系上的角度，从而得到目标位置的朝向P2；

比较P1和P2，以确定所述天线需要旋转的最小角度Pmin；

旋转所述天线，直至P1与P2重合；具体地，若最小角度Pmin为0°，则天线的旋转角度为0°，不需旋转所述天线；若Pmin大于0°，则天线旋转驱动机构驱动所述天线绕旋转中心旋转，同时天线旋转角度检测模块实时监测所述天线的旋转角度，直至所述天线的旋转角度等于Pmin，此时P1与P2重合，所述天线的最大辐射方向对所述准目标位置。

7.根据权利要求6所述的天线对准目标位置的控制方法，其特征在于，所述根据所述天线的朝向P0计算出天线的最大辐射方向P1，具体为：

根据所述天线特性确定所述天线的最大辐射方向与所述天线的朝向P0的角度差为ΔP；

计算出所述天线的最大辐射方向P1，且P1= P0+ΔP。

8.根据权利要求6所述的天线对准目标位置的控制方法，其特征在于，所述比较P1和P2，以确定所述天线需要旋转的最小角度Pmin的步骤中，若∣P1-P2∣≤180°，则Pmin=∣P1-P2∣，若∣P1-P2∣＞180°，则Pmin=360°-∣P1-P2∣。

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