CN111326861B - 一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统及方法，涉及以太网通讯领域。该堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统包括：天线支架，用于将定向天线固定在堆取料机和地面的适当位置；地面校准平台，用于提供地面基准参考；双向垂直激光束投射部件，用于投射互相垂直的双向激光束，构成相互垂直的激光面；垂直度测定部件，用于调整定向天线平面与水平面垂直；反光板对齐组件，用于显示激光投射线、加强定向天线平面底边边缘视觉效果、延长定向天线平面底边边缘线以提高调准精度。本发明技术方案实现了定向天线的精确调准，调准方法具有调准精度高，操作程序简单，成本低，现场维护人员易于掌握的特点。

Description

一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统及方法

技术领域

本发明涉及以太网通讯领域，具体涉及一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统及方法。

背景技术

堆取料机又叫做斗轮堆取料机、堆料机和取料机，是一种新型高效率连续装卸机械。它主要用于散货专业码头、钢铁厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆场装卸铁矿石(砂)、煤炭、砂子等场所。该机因其作业效率高，在国内外得到广泛应用。

所述堆取料机包括：悬臂斗轮堆取料机、桥式斗轮堆取料机、门式斗轮堆取料机；门式刮板取料机，滚筒混匀取料机；以及回转堆料机，混匀堆料机，摇臂堆料机。传统上，堆取料机采用拖缆的方式为堆取料机提供电力及通讯连接。由于新的技术的出现，堆取料机上需要安装的设备日渐增多，这些设备多依靠以太网络传输数据，对网络通讯的需求越来越高。

另一方面无线通讯技术日臻成熟，通讯速率飞速提高，堆取料机的通讯系统也开始尝试采用无线以太网络作为有线通讯系统的一种补充。只要技术成熟，通讯质量可靠，它就可以完全替代笨重的拖缆通讯方式。

如果设计得当，无线以太网通讯应该具备通讯路径简单直观、安装较为简单、成本较低、维护方便等优点。为适应堆取料机对无线通讯系统的需求，为了将无线以太网技术应用到堆取料机上，近些年来曾有不少尝试。但这些尝试都因为无线通讯速率低、数据传输不稳定、数据传输滞后时间长而导致无线以太网通讯系统无法完全独立承担车载与地面系统之间的以太网通讯任务。有些堆取料机尽管安装了无线通讯设备，但最终还是要依靠有线光缆执行数据传输任务，测试结果应该是完全失败的。

如今经过多次实验，应用体现无线以太网发展最新成果的通讯产品，设计选用了最合适于堆取料机无线通讯的通讯架构，通过一系列辅助手段解决了无线定向天线调准维护难的问题，使无线通讯系统可以独立承担堆取料机与地面控制系统的通讯任务，并接受了实际运行的考验，获得圆满成功。

本无线通讯系统采用定向天线点对点的通讯方式，在堆取料机和地面之间设置一对或两对独立的点对点无线通讯通道，每一对无线通讯通道由分别设置在地面与堆取料机上的定向天线构成。

本专利以堆取料机作为测试平台，但不限于堆取料机。所有满足下列条件的机械设备均可采用本专利的调整手段：

1沿着平直的铁轨运动；

2在距离铁轨大约3m左右高度有合适的安装位置。

3地面与车载定向天线之间没有阻隔；

4在定向天线正下方可以找到一段平坦的、上方空旷没有设置其它设备、不可能堆积物料的空闲地面，用于制作地面校准平台，该平台在调准车载及地面定向天线时使用；

应用于堆取料机的无线通讯系统采用的定向天线，通常为正方形平板，尺寸大约为300mm。按照定向天线参数，射出的电磁波束基本垂直于定向天线平面并从定向天线平面的中心射出。为使定向天线调整有参考依据，我们设定如下调准标准：定向天线平面的底边与大地水平面平行；定向天线平面垂直于大地水平面，定向天线平面垂直于过基准线的垂面(以下简称基准垂面)；相对通讯的地面和车载定向天线平面的中心点在同一高度并且尽量与基准垂面重合。达到这些要求就可以保证定向天线之间以最大的辐射功率进行通讯，因为根据定向天线的技术参数，定向天线波束沿天线平面垂直中心线发出功率是最大的并且无任何衰减。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供了一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统及方法，在堆取料机车载定向天线和地面定向天线之间设置定向天线调准系统，实现定向天线的调准。这种调准方法具有调准精度高，操作程序简单，现场维护人员易于掌握的特点。

根据本发明的第一方面，提供一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，所述定向天线包括矩形形状的车载定向天线和地面定向天线，所述矩形形状天线的平面中心点为无线信号射出点，且车载定向天线中心点和地面定向天线平面中心点等高。其中，所述堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统设置于车载定向天线和地面定向天线之间。

所述堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统包括：

天线支架，用于将车载定向天线和地面定向天线固定在堆取料机和地面的适当位置，包括：安装定向天线用的安装圆杆以及用于固定调节安装圆杆、调节其垂直度和固定天线支架自身的固定部件；

地面校准平台，所述地面校准平台用于在堆取料机无线通讯系统定向天线调准过程中提供地面基准参考；

双向垂直激光束投射部件，所述双向垂直激光束投射部件用于投射互相垂直的双向激光束，构成相互垂直的激光面；

垂直度测定部件，所述垂直度测定部件用于调整安装圆杆、定向天线平面与水平面垂直；

反光板对齐组件，所述反光板对齐组件用于显示激光投射线、加强定向天线平面底边边缘视觉效果，延长定向天线平面底边边缘线的长度提高调准精度，减少调节误差，包括：设有互相垂直的长直线和短直线的矩形反光板、夹持部件以及定位部件。

进一步的，所述双向垂直激光束投射部件为双线激光投线仪。

进一步的，所述垂直度测定部件为水平仪。

进一步的，所述地面校准平台设于堆取料机行车行进方向上以及地面定向天线的下方，表面水平设置，一条基准线贯穿其中。该基准线可以是在平面上永久刻画的一条线段，也可以在线段两端设有两个测量标志钉，用两个测量标志钉之间的连接线作为地面基准线。

进一步的，所述反光板对齐组件在调整定向天线平面垂直中心线的指向时临时安装于车载定向天线或地面定向天线平面的底部。

进一步的，所述矩形反光板在反光板对齐组件与定向天线紧密安装后，矩形反光板上的长直线与定向天线平面下边缘线平行，代表定向天线平面下边缘；短直线代表定向天线平面的中心垂线；长短直线相交点代表定向天线平面下边缘的中心点。

进一步的，所述矩形反光板采用能够反光利于观察的矩形板材，例如不透明有机玻璃长条板。

进一步的，所述夹持部件用于将所述矩形反光板固定在所述车载定向天线和地面定向天线上，夹持部件与矩形反光板垂直设置，使用时，夹持部件与定向天线背面紧密贴合，从而将矩形反光板夹持固定于所述车载定向天线和地面定向天线平面的底部边缘上。

进一步的，所述定位部件位于夹持部件的两侧，定位部件首先限定矩形反光板与夹持部件互相垂直，并限定反光板对齐组件与定向天线的相对位置，当定向天线平面的下边缘与矩形反光板贴合，定向天线平面的某一垂直边缘与定位部件紧密贴合时，反光板上的长直线以及长直线中点即代表定向天线平面下边缘的边缘线以及定向天线平面下边缘的中点。

进一步地，所述矩形反光板的长度大于车载定向天线和地面定向天线平面底边长度至少1倍。

进一步地，所述地面基准线为直线，沿所述地面校准平台长度方向设置，且处于平台中央。

进一步地，所述地面基准线应是铁轨中心线或铁轨某一侧边缘线的平行线，定向天线以此直线做为定向天线安装调准的参考线。

进一步地，所述地面校准平台是一个在地面合适位置制作的一个平面区间。所述地面基准线沿铁轨走向贯穿此平面。平台平面应基本保持水平，这样方便在平台上移动双向垂直激光束投射部件，而不需要大幅度调整激光投影仪自身的水平度。平面宽度没有明确要求，以可以放下双向垂直激光束投射部件为原则。平面尺寸没有严格要求，例如，宽150mm至250mm，长3000mm至5000mm，高出原来的平面10～20mm

进一步地，所述地面校准平台包括第一地面校准平台和第二地面校准平台；

所述第一地面校准平台位于堆取料机行进的路线上的任何一个合适的位置，用于调准车载定向天线，需要调准车载定向天线时，堆取料机应行进至该第一地面校准平台上方。

所述第二地面校准平台的一端位于地面定向天线正下方，平台沿着铁轨走向向着堆取料机方向延伸，用于校准地面定向天线。

根据本发明的第二方面，提供一种堆取料机定向天线调准方法，所述方法基于以上任一方面所述的系统，所述调准方法包括：

在地面和堆取料机的合适位置安装天线支架，以两个天线支架的底部处于同一高度为标准安装天线支架，同时还应尽量保证定向天线的安装圆杆正处于地面基准线上方；固定天线支架后应调整安装圆杆垂直于水平面；

安装车载定向天线和地面定向天线于天线支架上。由定向天线的机械结构决定，定向天线的竖直中线与安装圆杆的圆柱中心线始终在一个平面内，所以安装圆杆垂直于水平面即保证定向天线平面的水平中线平行于水平面，也就是定向天线平面的下边缘平行于水平面。

通过反光板对齐组件的夹持部件将矩形反光板部件固定到一个定向天线平面底部边缘上；

启动双向垂直激光束投射部件，移动双向垂直激光束投射部件至该定向天线的下方，保持双向垂直激光束投射部件水平，保持双向垂直激光束投射部件发出的一条激光线与地面基准线相重合，使另一条激光线投射到所述定向天线的反光板组件的矩形反光板的长直线上作为平面天线调整的参考线；

调整所述定向天线，使反光板上长短直线的交叉点正位于两个激光面的交叉点上，并使矩形反光板上的长直线与参考激光线重合；

使用垂直度测定部件调整定向天线平面垂直于水平面，取下反光板对齐组件。

当依上述步骤完成了另一定向天线的调准后，堆取料机无线系统定向天线的调准工作即告完成。

根据本发明的第三方面，提供一种堆取料机无线通讯系统，堆取料机无线通讯系统包括定向天线，所述定向天线通过以上任一方面所述的定向天线调准系统进行调准。

根据本发明的第四方面，提供一种堆取料机，堆取料机通过定向天线进行无线通讯，所述定向天线通过以上任一方面所述的定向天线调准系统进行调准。

本发明的有益效果：

随着无线通讯技术产品的日臻成熟，无线通讯的速率和稳定性都有大幅度提高，为在堆取料机上应用无线通讯提供了必要的设备保证。

由于堆取料机移动的距离长，要保证全程无线信号全覆盖，必须选择合理的通讯结构。

目前只有两类天线可以选择，一类是球形或扇形天线，其覆盖面广但传输距离有限；另一种是定向天线，它的传输距离长，但出射角很窄，调准困难。

如果采用第一类天线，则需要在运行全程布设多个无线中继点。这种结构在堆取料机的应用中是基本不可行的，因为在堆取料机附近距地平面10米以下的范围内基本找不到合适的安装点。除非在有厂房遮盖的情形下，将天线架设到厂房顶部。但沿堆取料机行驶的方向上连续设置无线中继站使得网络结构复杂，站站之间需要光缆互联，不仅设备成本高而且安装操作及至日常维护都有相当难度。

采用定向天线结构简单，只需要在堆取料机上和地面各设置一个无线站点，如果需要通讯冗余也只增加一对无线站点。定向天线具有发射能量集中、数据传输距离远的特点。如果两个定向天线完全对准，在1000m内稳定高速传输数据不存在任何问题。问题是目前没有一种好的快捷有效的定向天线的调准方式为在堆取料机上应用定向天线实现无线通讯提供保障。

本发明设计了一套完整的简单可行的定向天线调准方案，这套调准方案借助的辅助设备(包括自制设备)有：地面校准平台、双向垂直激光束投射部件、垂直度测定部件、反光板对齐组件、天线支架。

本方案的特点是：所有调准操作都以肉眼可见的直观的参考标准作为依据，依照本法实际调整的结果都是可靠的，通讯是稳定的。所有操作都是简单易行的，使用本法可以快速调准定向天线，它不仅在安装时可以使用，也可以用作日常维护的手段。

以上这些特点完全满足工业生产对控制设备使用的要求：首先简单易行可操作性强，维修人员很容易掌握；其次，可以经常利用这个方案检查定向天线的对准情况，及时调整，避免因定向天线对准问题而影响生产；再次当定向天线因自然外力(风、雨雪、震动)发生偏转时可以很快地纠正，不会造成长时间停产。

申请人认为本发明是目前唯一一种经过实践检验的可靠的定向天线调准方案，它系统化地解决了在堆取料机应用中无线定向天线调准的问题，是堆取料机采用无线以太网通讯获得成功的关键环节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1示出定向天线安装示意图；

图2示出单一无线通讯结构图；

图3示出双无线通道冗余结构示意图；

图4示出根据本发明的地面校准平台示意图；

图5示出根据本发明的校准平台临时地面基准线示意图；

图6示出定向天线平面的两个中心线示意图；

图7示出根据本发明的反光板对齐组件结构示意图；

图8示出根据本发明的矩形反光板的刻线示意图；

图9示出根据本发明的激光照射矩形反光板效果图；

图10示出根据本发明的激光照射矩形反光板另一效果图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

多个，包括两个或者两个以上。

和/或，应当理解，对于本公开中使用的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

根据本发明的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其中，堆取料机无线通信系统定向天线包括矩形形状的车载定向天线和地面定向天线，所述矩形形状定向天线平面的中心点为天线信号射出点，且车载定向天线平面中心点和地面定向天线平面中心点等高，其中，所述堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统设置于车载定向天线和地面定向天线之间，

所述堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统包括：

天线支架定向天线采用抱箍方式安装。天线支架提供一个安装定向天线用的安装圆杆。天线支架解决了安装圆杆的固定、垂直度调整、支架自身安装、等高对齐等一系列需求。

地面校准平台所述地面校准平台设于堆取料机行车行进方向上以及地面定向天线的下方，表面水平设置，一条基准线贯穿其中。该基准线可以是在平面上永久刻画的一条线段。也可以在线段两端各设置一个测量标志钉，用两个测量标志钉之间的连接线作为地面基准线。可视的基准线在调准天线时是必要的，结合双线激光投线仪的向下方射出的定位光点，双线激光投线仪可以准确地在基准线上移动，为快速调准提供便利。

双线激光投线仪所述双线激光投线仪用于投射互相垂直的双向激光束，构成相互垂直的激光面。

水平仪调整定向天线平面与水平面垂直。

反光板对齐组件所述反光板对齐组件在调整定向天线平面垂直中心线位置时临时安装于车载定向天线和地面定向天线的平面底部，反光板对齐组件的作用是，显示激光投射线、加强定向天线平面底边边缘视觉效果，延长定向天线平面底边边缘线的长度，减少因视觉偏差引起的定向天线平面垂线对基准垂面的角度偏差。

所述反光板对齐组件包括：矩形反光板、夹持部件以及定位部件。

所述矩形反光板是反光板对齐组件的主要部件。所述矩形反光板为增加反光效果，可以采用不透明有机玻璃长条板。使用时，地面的双线激光投线仪直接投射激光线于矩形反光板底面上，便于下方人员观察调整。矩形反光板上设有互相垂直的两条长短直线。在反光板对齐组件与定向天线紧密安装后，其长直线与定向天线平面下边缘线平行，代表定向天线平面的底边边缘；短直线代表定向天线平面的中心垂线；长短直线相交点代表定向天线平面下边缘的中心点。当投线仪发出的激光线的一条线与地面基准线重合，另一条线与反光板长直线重合时，可以认为定向天线平面下边缘与基准垂面垂直；进一步，当激光交叉点与反光板长短直线相交点重合时定向天线平面的中心垂线才被认为与基准垂面重合。

所述夹持部件用于将所述矩形反光板固定在所述车载定向天线和地面定向天线上。夹持部件与矩形反光板垂直设置。使用时，夹持部件与定向天线背面紧密贴合，从而将矩形反光板夹持固定于所述车载定向天线和地面定向天线上。

所述定位部件位于夹持部件的两侧。定位部件首先限定矩形反光板与夹持部件互相垂直，并限定反光板对齐组件与定向天线平面的相对位置。当定向天线平面的下边缘与矩形反光板贴合，定向天线平面的某一垂直边缘(例如，左部垂直边缘)与定位部件紧密贴合时，反光板上的长直线以及长直线中点即分别代表定向天线平面下边缘的边缘线以及定向天线平面下边缘的中点。

进一步地，所述矩形反光板的长度大于车载定向天线和地面定向天线平面底边长度至少1倍，此举在于减少调整时定向天线平面垂线对基准垂面的角度偏差。

进一步地，所述基准线为直线，沿所述地面校准平台长度方向设置，且处于平台中央。

进一步地，所述基准线应是铁轨中心线(或简单选择铁轨某一侧的边缘线)的某一条平行线。定向天线应以此直线为参考线安装调准。

定向天线安装位置的选择要点是，避开地面设备，不影响堆取料机运行，定向天线下方有充裕的空间用于设置地面校准平台。基本上这个位置就在靠近铁轨的内侧或外侧。进一步地，所述地面校准平台是一个在地面合适位置制作的一个平面区间。所述基准线沿铁轨走向贯穿此平面。平台平面应基本保持水平，基准线可视，这样方便在平台上移动双线激光投线仪，而不需要大幅度调整激光投影仪自身的水平度。平面的宽度没有明确要求，以可以放下双线激光投线仪为原则。平面尺寸没有严格要求，例如，宽150mm至250mm，长3000mm至5000mm。高出原来地面10～20mm。

进一步地，所述地面校准平台包括第一地面校准平台和第二地面校准平台；

所述第一地面校准平台位于堆取料机行进的路线上的任何一个合适的位置，用于调准车载定向天线。需要调准定向天线时，堆取料机应行进至该第一地面校准平台上方。

所述第二地面校准平台位于地面定向天线正下方，用于校准地面定向天线。

根据本发明的堆取料机定向天线调准方法，包括：

在地面和堆取料机的合适位置安装天线支架。

首次安装时应通过测量仪器，精确测定一个等高点。由于天线支架制作的一致性，只要保证相对通讯的定向天线的支架底部等高且天线支架的安装圆杆垂直于水平面，就可以保证调试后的两个相对设置的定向天线平面的中心是等高的。天线支架一旦固定就不再调整，除非发生位置的偏移。

调整天线支架，使得天线支架的安装圆杆的圆柱截面中心大致位于地面基准线的正上方并且调整安装圆杆垂直于水平面。安装调整车载定向天线和地面定向天线于天线支架的安装圆杆上，调整定向天线平面的下边缘中心点于基准垂面内。

通过反光板对齐组件的夹持部件将矩形反光板部件固定在某一个定向天线平面底边上。启动双线激光投线仪，沿基准线移动投线仪至合适的位置，调整激光仪处于水平状态，使激光投射仪发出的一条激光线与地面基准线相重合，另一条激光线可以投射到该定向天线的反光板组件的矩形反光板上的长直线上。调整定向天线，使投线仪发出的两个激光面交点与矩形反光板上的长短直线交点重合，使垂直于基准线的激光线与矩形反光板上的长直线重合。使用水平仪调整定向天线平面使其垂直于水平面。取下反光板对齐组件，一个定向天线的调准即告完成。

用此法分别实现地面定向天线与车载定向天线的调准，堆取料机定向天线的调准工作即告完成。

实施例

无线通讯设备基础

无线以太网设备是基于无线以太网传输协议IEEE802.11的通讯设备。经过多年的发展，IEEE802.11协议逐渐得到增强与完善。相比早期的协议，IEEE802.11n新增了MIMO的标准。MIMO(多入多出)技术与OFDM(正交频分复用)技术的结合，使得无线以太网的传输速率大幅度提高，传输质量大幅改善。目前，支持IEEE802.11n的产品也逐渐完善并成为工业领域以太网无线通讯的主流产品。

本发明采用基于IEEE802.11n技术设计的无线以太网络设备，要求配套采用MIMO技术的无线天线。采用支持MIMO技术的无线AP与MIMO无线天线相结合的系统具有较高的通讯速率，系统理论的数据通讯速率应至少达到300Mbps以上。

选用何种天线对构成堆取料机无线通讯至关重要。如果采用定向天线，则只需在堆取料机与地面之间构建一对或两对由互相对准的定向天线形成的独立的无线通讯通道就可以满足堆取料机运行全程的无线通讯需求。

但是，定向天线的电磁波发送角度非常小，依选用产品的不同定向天线的半功率减半波束(HPBW)的出射角度也不同,本发明采用的定向天线的HPBW出射角大约在15～20°之间，同时堆取料机在不断移动过程中，如何保证在堆取料机移动过程中定向天线始终对准是无线通讯系统成功的关键。

定向天线

堆取料机的无线通讯系统如果采用定向天线点对点通讯方式，定向天线对准是关键。定向天线也是本发明应用的关键部件。

为保证相对通讯的定向天线在堆取料机移动的全程始终对准，低成本的解决方案是在安装时就固定定向天线的指向。

为使互相通讯的定向天线在堆取料机移动时始终对准，唯一的解决方案是使相对通讯的定向天线的垂直中心线始终重合于某一条空间的直线上。这条直线与堆取料机所在的铁轨中心线平行并且与水平面平行。可以认为堆取料机上的任何一点的移动轨迹都与这条线平行，因为可以近似地认为堆取料机是在水平面上沿着铁轨中线移动的。

为调准方便，应在该空间直线的垂直下方在地面上做一条直线，作为本发明中所采用的地面基准线。我们称过此基准线的垂面为基准垂面。

众所周知，定向天线的垂直中心线与基准面完全重合是不可能实现的，实际操作时最好的状态是在两个相对通讯的定向天线中心点尽可能重合的情况下(定向天线平面中心点等高并且尽量接近基准垂面)，使每个定向天线平面的垂直中心线与地面基准线平行。

选择地面基准线要考虑两个因素：

首先要决定定向天线安装的高度。

定向天线应安装于不受外界物体隔断且便于操作的位置。堆取料机的第一门架顶部平面(距地面约3m)是一个比较好的安装位置。与之对应，在相对于第一门架的铁轨尽头设置一个地面无线站。在相同的高度安装定向天线。如果没有合适的安装位置就需要单独设立一个立柱用于安装地面无线站。当选择冗余无线通道方案时，就需要在门架的另一侧方向安装另外一对定向天线，并且两对无线应采用隔离的频段通讯。

堆取料机上的定向天线并非一定要安装在第一门架，如果第一门架平台位置过低(无线通道容易被外来物体阻挡)，也可以装在其它位置。主要考虑的因素是安装位置不要太高致操作不方便，也不要受外来物体的遮挡。一般3m比较合适。位置太高会增加调试难度，也会使校准用的激光投影线变粗，影响定向天线的调准精度。

地面定向天线位置至少应装在铁轨的终点处。条件允许，可以在合适位置设立电气杆。如果地面墙壁有合适的安装位置，也是可行的安装方案。

其次是地面基准线的位置。

地面基准线一旦选定，从地面电气杆的埋设位置到天线支架安装直至定向天线的固定都要以此基准线作为安装的依据。为避免重复测量，需要在第一次精确测量之后即在地面永久保留基准线作为再次调准的依据。这就需要至少为一对通讯的定向天线设置两个地面校准平台。每一个地面校准平台长度约3m左右，基准线穿过其中央。一个地面校准平台一端处于地面定向天线安装处正下方。另一个地面校准平台位于堆取料机的行驶路线上。当堆取料机车载定向天线需要调节时，应将堆取料机运行至地面校准平台上方。因为两条铁轨之间通常安装设备或者堆放物料，所以地面校准平台选择应避开这些物体。地面基准线选择的位置应保证地面有足够的空间用于设置地面校准平台，还要有比较良好的沿铁轨方向上的视线。通常在铁轨两侧可以找到比较理想的位置。

一旦平台设置完毕，需要精确测量设置一条地面基准线。地面基准线贯穿地面校准平台，大致处于平台的中央位置。确定地面基准线后应在每个平台上制作永久基准线，或者在基准线两端设置永久测量标志钉，将来使用时在两个钉之间连线就可成为临时的基准线使用。

调整定向天线使定向天线平面的中心垂线尽量靠近基准垂面并且与基准垂面平行，同时两个相对的定向天线平面的中心点应该处于同一高度。理想状况是两个定向天线平面的中心垂线与基准垂面重合，定向天线平面中心垂线处于同一高度，定向天线的平面中心垂线与地面基准线平行，如图1所示。

定向天线具有矩形平面，尺寸大约为300mm。按照定向天线参数，射出的电磁波束基本垂直于定向天线平面并从定向天线平面的中心射出。为使定向天线调整有参考依据，要求调整定向天线平面的底边与大地水平面平行，定向天线平面垂直于大地水平面，地面和车载定向天线平面的中心垂线在同一高度上，同时尽可能接近基准垂面，必须与基准垂面平行。达到这些要求就可以保证定向天线之间以最大的辐射功率进行通讯，因为根据定向天线的技术参数，定向天线波束的中心发出功率是最大的并且无任何衰减。可以假定波束辐射的中心既定向天线平面的垂直中心。

网络构成

在堆取料机的车上设置定向天线，在与之相对应的铁轨终点处设置的另一个定向天线，两者之间构成一对无线通讯的通道。单一无线通讯系统的结构图见图2，双无线通道系统结构见图3。

一般说来在地面上没有非常合适的厂房墙壁用于安装无线定向天线。因此地面固定定向天线的方式，是在铁轨的终点附近，竖立一个圆杆。因为此圆杆不仅用于固定定向天线还需要在其上固定无线AP设备、光电转换设备、供电设备，所以将此杆称为电气杆。条件允许，无线定向天线安装于墙壁上也是可行方案。但定向天线的调准方案是一样的。

车载的无线定向天线连接到一台无线AP上，无线AP再连接到车载的有线网络系统上。

地面无线定向天线同样经过无线AP，光电转换器，通过光缆连接到地面网络中(图2所示)。

通常堆取料机上的定向天线设置在第一门架上，靠近一侧铁轨。不选择在铁轨上方安装定向天线的原因在于铁轨的边缘轮廓模糊，容易造成基准线的偏差。同时铁轨处没有一个平面可以放置双线激光投线仪。

如果对数据的稳定性有更高的需求，并且在成本可以负担的情况下，可以采用双无线冗余结构。双天线结构需要在同一个门架上靠近另一侧铁轨的方向上同样设置一对定向天线。分开放置定向天线是为了避免两条线路之间的无线干扰。

当选择双无线冗余结构时，堆取料机上的两台无线AP设备以及地面的两台无线AP设备需要首先分别连接到一个支持零丢包协议的交换机，或者是一台支持环网协议的交换机上。无线AP与支持零丢包协议的交换机的连接可以采用外部连接形式。也可以采用内部连接形式的，既无线AP设备与执行零丢包协议的设备是一体的。

地面以及车载的支持零丢包协议的交换机分别通过有线电缆或光缆连接到地面及车载的有线网络上(图3所示)。

定向天线调整方案

定向天线的调准是由定向天线构成的堆取料机无线通讯的关键环节。本发明设计了一整套定向天线调整的方案，在辅助设备的帮助下，定向天线调整精度高，操作程序简单，现场维护人员易于掌握。

首先，在铁轨与皮带传输机之间寻找合适的位置，使用测量仪器精确划定一条地面基准线。所谓合适位置是指有足够的空间在地面修筑水平的地面校准平台；在基准线上方有合适的安装位置以及合适的高度用于安装定向天线。为了校准一对定向天线至少应该修建两处地面校准平台。一处位于地面电气杆附近，用于校准地面定向天线；另一处位于堆取料机行驶的区间上，用于校准车载定向天线。地面校准平台宽约200mm，长度约3000mm～5000mm。平台略微高出地面且保持水平。地面基准线应沿铁轨方向，处于平台的中央。在平台上或者刻画一条永久的基准线，或者在一个平台的两端，地面基准线经过的地方分别设置永久的测量标记，使用时在两个标志钉之间直接连线代表基准线，如图4和图5所示。

定向天线采用抱箍固定方式。为固定定向天线，本发明使用一种带有安装圆杆的天线支架，安装圆杆提供给定向天线的抱箍紧固之用。在地面，由于天线抱箍所能夹持的圆杆直径太小，无法直接固定到地面电气杆之上，因此需要采用同样结构的天线支架。地面与车载的天线支架所不同的是，车载的天线支架安装在第一门架的平台上，而地面的天线支架则通过抱箍固定在地面电气杆或安装在侧壁墙壁上。

由于天线支架具有相同结构，安装时只要保证天线支架的底部在同一个等高线线，就可以保证定向天线的平面中心在同一条等高线上。第一次安装时需要通过测量仪器准确地将堆取料机第一门架平台的水平高度标记在地面电气杆上。安装时，保证天线支架下部与此标记平齐，就可以达到等高安装定向天线的目的。

定向天线平面有横竖两条中心线(如图6所示)。由定向天线固定部件结构所决定，定向天线的竖直中线与被夹持的圆杆的中心线始终在一个平面内，因此要保持定向天线平面的水平中线与水平面平行就要保证天线支架上的安装圆杆与地面垂直。

由于天线支架安装位置所限，天线支架上的安装圆杆不一定垂直于地面水平面，所以天线支架上的安装圆杆需要进行调整以达到垂直于水平面的目的。天线支架的安装圆杆必须允许在两个方向上调节垂直度才能保证圆杆垂直于水平面。安装圆杆的垂直度依靠水平仪进行调整。同时应使安装圆杆中心大致处于地面基准线的上方(可以用双线激光投线仪标定位)。完成上述步骤之后就可以开始定向天线的安装与调准工作了。

定向天线平面的调整工作大部分依靠地面校准平台、双线激光投线仪以及反光板对齐组件开展工作。

地面调整平台前文已作了描述，在调整平台两端标致钉上拴上一条测试线，作为临时的基准线。由于在第一次测量时已经精确设置了测量钉，这样建立的测试线完全可以作为基准线使用，而无须重复精确测量。如图5所示。

双线激光投线仪工作原理是，在两个方向上投射激光束，构成两个互相垂直的激光平面。调整仪器至水平状态后仪器发出的两个激光面也是垂直于水平面的。该仪器同时向下投射定位光点，代表两个激光面的交线在水平面上的投射点。使用时移动投线仪至合适的位置，将投线仪中心移动到基准线上，调整投线仪至水平，将一条激光面调至与地面基准线重合，代表地面基准线，另一个激光面为定向天线平面调整提供参考。所谓合适位置是指在此位置投线仪发出的另一个激光面可以投射至安装在定向天线平面下边缘上的矩形反光板的长直线上。

调整定向天线的平面与基准垂面垂直是定向天线调准的关键。当双线激光投线仪发出的一条激光线已经与地面基准线重合，与之垂直的另一个激光面就是调整定向天线平面的参考。调整定向天线平面，使反光板上的长直线与该激光面重合就说明定向天线平面中心垂线已经与基准垂面平行。

调试时，首先需要将双线激光投线仪定位到定向天线的下方，才能使得定向天线平面下边缘有可能与激光面重合。

双线激光投线仪每移动一次都要调整仪器的水平度并使其定位到基准线上。预制的调整平台的好处是平面基本保持水平且有基准线直观参考，为移动仪器提供了很大便利。

进行上述调整时不要求定向天线平面垂直于水平面。待调整定向天线平面直至其下边缘(即矩形反光板的长直线)与参考的激光面重合后再调整定向天线平面对水平面的垂直度。

采用双线激光投线仪调整定向天线平面，理论上应使激光投射线与定向天线平面下边缘完全重合。实用中，定向天线平面下边缘及边缘中心点是不易观察到的，并且定向天线平面的下边缘又非常短小(仅30mm左右)，调整时因视觉的偏差会使定向天线平面的中心垂线与基准垂面之间产生较大的角度偏差。相对于互相通讯的两个定向天线平面中心对齐的偏差而言，定向天线中心垂线对于垂面的角度偏差对通讯质量有更大的影响力。

为解决这个问题，本发明开发了一种辅助设备-----反光板对齐组件。

反光板对齐组件主要部件是一个长方形反光板，例如有机玻璃板，反光板与位置固定板垂直粘接，并由定位板固定(图7)。

使用时将位置固定板紧贴定向天线，定向天线平面的左边缘或右边缘(取决于定位板的位置)靠紧定位板，使用夹子将定向天线平面与位置固定板夹在天线平面上。反光板朝下的平面上刻有一条长直线和一条与之垂直的短直线。当反光板依上法与定向天线平面紧密固定后，长短直线分别代表定向天线平面的下边缘和定向天线平面中心垂线，如图8所示。

使用反光板的目的在于，第一强化了定向天线的平面下边缘，使用者可以很方便地观察激光投影线与定向天线平面边缘的重合度；第二延长了定向天线平面下边缘，因为长线条引起的角度偏差要明显小于短线条引起的偏差。

调整时，向上投射的激光面投射到反光板底面形成一条直线，调整定向天线平面使矩形反光板上的长直线与激光投射线重合，即达到调整定向天线平面中心垂线与基准垂面平行的目的。图9、图10反应了激光照射反光板后的效果图。从效果来看，矩形反光板很清晰地反映了定向天线平面下边缘的位置，为调试提供了便利。延长的边缘线减少了定向天线平面垂线对基准垂面的平行偏差。

由于地面定向天线调准工作主要在定向天线的下方进行的，所以地面校准平台应一直延伸到地面电气杆所在的位置。而地面电气杆的中心线应尽可能保持垂直。

另一个地面校准平台用于调整堆取料机上的定向天线平面，需要时将堆取料机开到平台上方既可以调试。总结起来，定向天线平面调整的步骤是：

1.安装天线支架，使两个支架底部处于同一高度。

2.调整安装圆杆使其垂直于水平面，安装圆杆的圆柱中心线大致接近基准垂面。

3.安装定向天线到安装圆杆上，参考双线激光投线仪投射的激光线，调整定向天线平面使定向天线平面下边缘中心位于基准垂面内。

4.安装反光板对齐组件到一个平面天线上；打开双线激光投线仪，使激光仪的一条线与基准线重合，另一条投线照射到反光板上作为天线平面调整的参考线；调整定向天线的平面使矩形反光板上的长直线与这条激光投线完全重合。

5.利用水平仪调整该定向天线平面垂直位置。

6.取下反光板对齐组件，利用同样方法调试另一台定向天线。

本发明通过使用通用工具----天线支架、激光双向投线仪、水平仪以及辅助工具---反光板对齐组件，利用激光双向投线仪将地面校准平台上的基准线和空间中设置的定向天线平面联接起来成为一个调准系统，使空间中定向天线平面的调准有规则可依，视线可及，操作快速可行。定向天线对准后带来的效果是非常明显的。

另外，本发明关于天线支架的设计也具有简单独到的特点，通过天线支架满足了安装圆杆的固定、位置调整、垂直调整以及支架自身的固定的所有需求。同时也简化了定向天线等高的调试要求，只要按照测量后的高度标志线对齐安装天线支架的底部，定向天线的等高要求就自动得以满足。

Claims (8)

1.一种堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，所述定向天线包括矩形形状的车载定向天线和地面定向天线，其特征在于，所述堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统设置于车载定向天线和地面定向天线之间，

所述堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统包括：

天线支架，用于将车载定向天线和地面定向天线固定在堆取料机和地面的适当位置，包括：安装定向天线用的安装圆杆以及用于固定安装圆杆、调节其垂直度和固定天线支架自身的固定部件；

地面校准平台，所述地面校准平台用于在堆取料机无线通讯系统定向天线调准过程中提供地面基准参考，其上设置有地面基准线，所述地面校准平台分别设于堆取料机行车行进方向上以及地面定向天线的下方；

双向垂直激光束投射部件，所述双向垂直激光束投射部件用于投射互相垂直的双向激光束，构成相互垂直的激光面；

垂直度测定部件，所述垂直度测定部件用于调整定向天线平面与水平面垂直；

反光板对齐组件，所述反光板对齐组件用于显示激光投射线、加强定向天线平面底边边缘视觉效果、延长定向天线平面底边边缘线以提高调准精度，包括：设有互相垂直的长直线和短直线的矩形反光板、夹持部件以及定位部件，所述反光板对齐组件在调整定向天线平面垂直中心线的指向时临时安装于车载定向天线和地面定向天线的底部，

其中，所述矩形反光板在反光板对齐组件与定向天线紧密安装后，矩形反光板上刻有的长直线与定向天线平面下边缘线平行，代表定向天线平面下边缘；矩形反光板上刻有的短直线代表定向天线平面的中心垂线；长短直线相交点代表定向天线平面下边缘的中心点。

2.根据权利要求1所述的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其特征在于，所述地面校准平台表面水平设置，其上刻画永久基准线或在其两端设有两个测量标志钉，两个测量标志钉之间的连接线作为地面基准线。

3.根据权利要求1所述的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其特征在于，所述矩形反光板采用能够反光利于观察的矩形板材。

4.根据权利要求1所述的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其特征在于，所述矩形反光板的长度大于车载定向天线和地面定向天线底边长度至少1倍。

5.根据权利要求1所述的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其特征在于，所述夹持部件用于将所述矩形反光板固定在所述车载定向天线和地面定向天线上，夹持部件与矩形反光板垂直设置，使用时，夹持部件与定向天线背面紧密贴合，从而将矩形反光板夹持固定于所述车载定向天线和地面定向天线底部边缘上。

6.根据权利要求1所述的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其特征在于，所述定位部件位于夹持部件的两侧，定位部件首先限定矩形反光板与夹持部件互相垂直，并限定反光板对齐组件与定向天线的相对位置，当定向天线平面的下边缘与矩形反光板贴合，定向天线平面的某一垂直边缘与定位部件紧密贴合时，矩形反光板上的长直线以及长直线中点，即分别代表定向天线平面下边缘的边缘线以及定向天线平面下边缘的中点。

7.根据权利要求1所述的堆取料机无线通讯系统定向天线调准系统，其特征在于，所述地面校准平台包括第一地面校准平台和第二地面校准平台；

所述第一地面校准平台位于堆取料机行进的路线上的任何一个合适的位置，用于调准车载定向天线，需要调准车载定向天线时，堆取料机行进至该第一地面校准平台上方；

所述第二地面校准平台位于地面定向天线正下方，用于校准地面定向天线。

8.一种堆取料机定向天线调准方法，所述方法使用根据权利要求1至7中任一项所述的系统进行调准，所述调准方法包括：

在地面和堆取料机的合适位置安装天线支架，以两个天线支架的底部处于同一高度为标准安装天线支架，保证安装圆杆正处于地面基准线上方；固定天线支架后调整安装圆杆垂直于水平面；

安装车载定向天线和地面定向天线于安装圆杆上,通过反光板对齐组件的夹持部件将矩形反光板部件固定到其中一个定向天线平面的底部边缘上；

启动双向垂直激光束投射部件，移动双向垂直激光束投射部件至该定向天线的下方，保持双向垂直激光束投射部件水平，保持双向垂直激光束投射部件发出的一条激光线与地面基准线相重合，使另一条激光线投射到所述定向天线的反光板组件的矩形反光板的长直线上作为平面天线调整的参考线；

调整所述定向天线，使矩形反光板上长短直线的交叉点正位于两个激光面的交叉点上，并使矩形反光板上的长直线与参考激光线重合；

使用垂直度测定部件调整定向天线平面垂直于水平面，取下反光板对齐组件，完成所述定向天线的调准；

依上述步骤完成另一个定向天线的调准。

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