CN111628806A - 天线波束指向的调控方法、设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线波束指向的调控方法、设备及可读存储介质，所述方法包括：获取用户和天线阵列之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度；基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数；根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束。本发明通过与该目标指向角度对应的目标信号参数，对天线阵列中各天线阵元的信号参数进行调整，可使得经由各天线阵元所发出的电磁波形成的天线波速与目标指向角度一致，天线波束一直指向用户，具有更好的通信接收效果，提高了天线通信功率的利用率。

Description

天线波束指向的调控方法、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线波束指向的调控方法、设备及可读存储介质。

背景技术

对于海上宽带通信，随着近年来对远洋资源的进一步开发和利用，有由近海通信向远海通信发展的趋势。远海宽带通信需求主要是指海洋中的海上钻井平台、大型储油船、海上浮潜式采油平台、海上服务船舶等在远海作业时的可靠实时的宽带数据通信需求。这其中包括支撑海上平台和船舶生产作业、海洋观测、海洋资源开发、海上预警及侦察、海上无人驾驶作业、海洋牧场作业等。

对于远洋海域宽带通信，与陆地上日益紧张的频谱资源不同，海域通信用户具有空间上的稀疏特性和高移动的特性。传统的多波束天线直接用于海域通信，容易出现海域通信用户处于波束边缘的情况，通信接收效果差，通信功率利用率低。因此，如何提高海域通信接收效果和功率利用率是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种天线波束指向的调控方法、设备及可读存储介质，旨在解决现有技术中如何提高海域通信接收效果和功率利用率的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种天线波束指向的调控方法，所述天线波束指向的调控方法包括以下步骤：

获取用户和天线阵列之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度；

基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数；

根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束。

优选地，所述用户的数量为多个，所述获取用户和天线阵列之间的相对位置信息的步骤包括：

获取多个所述用户的用户定位信息，并读取所述天线阵列的天线定位信息；

根据多个所述用户定位信息和所述天线定位信息，生成多个所述相对位置信息。

优选地，所述根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度的步骤包括：

根据多个所述相对位置信息，对所述天线阵列中的天线阵元进行分组，生成与多个所述相对位置信息分别对应的天线阵列单元；

根据与各所述天线阵列单元对应的相对位置信息，确定与各所述天线阵列单元所对应天线波束的目标指向角度。

优选地，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

基于预设算法，获取与各所述目标指向角度分别对应的目标信号参数；

所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数的步骤包括：

根据各所述目标信号参数，对与各所述天线阵列单元中天线阵元对应的信号参数进行调节。

优选地，所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束的步骤之后包括：

判断多个所述相对位置信息中是否存在变化的目标相对位置信息，若存在变化的目标相对位置信息，则判断所述目标相对位置信息是否与各所述目标指向角度中的任意一个匹配；

若与各所述目标指向角度中的任意一个匹配，则将与所述目标相对位置信息对应的目标用户划分到匹配的所述目标指向角度中，以向所述目标用户提供与匹配的所述目标指向角度对应的天线波束；

若与各所述目标指向角度均不匹配，则确定所述目标相对位置信息的数量是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则执行获取多个所述用户的用户定位信息的步骤；

若所述数量小于或等于预设阈值，则启动分时通信机制，以基于所述分时通信机制向所述目标用户提供天线波束。

优选地，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

基于预设算法，计算所述天线阵列以预设初始角度向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的初始信号参数；

根据所述初始信号参数，对所述天线阵列以不同预设角度范围向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的参考信号参数进行计算；

确定不同预设角度范围中与所述目标指向角度匹配的目标角度范围，并将各所述参考信号参数中与所述目标角度范围对应的参考信号参数，确定为所述目标信号参数。

优选地，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤之前包括：

根据预设幅度区间和预设相位区间，生成位置变量和速度变量；

将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中，生成所述天线阵列的多个阵因子对当前最优全局变量进行迭代；

判断当前迭代次数是否小于预设最大迭代次数，若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量，并执行将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中的步骤，直到所述当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数；

若当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数，则将迭代的当前最优全局变量确定为所述预设公式中的最优参数，并基于所述预设公式得到预设算法。

优选地，所述若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量的步骤包括：

若当前迭代次数小于预设最大迭代次数，则根据迭代的所述当前最优全局变量，更新所述速度变量；

将更新的所述速度变量传输到预设位置公式中，对所述位置变量进行更新。

进一步地，为实现上述目的，本发明还提供一种天线波束指向的调控设备，所述天线波束指向的调控设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的天线波束指向的调控程序，所述天线波束指向的调控程序被所述处理器执行时实现上述的天线波束指向的调控方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有天线波束指向的调控程序，所述天线波束指向的调控程序被处理器执行时实现上述的天线波束指向的调控方法的步骤。

本发明实施例提出的天线波束指向的调控方法、设备及可读存储介质，先获取用户与天线阵列之间的相对位置信息，并依据该相对位置信息，来确定与天线阵列对应天线波束的目标指向角度；再基于预设算法，对与目标指向角度对应的目标信号参数进行获取；进而依据获取的目标信号参数，调节天线阵列中各天线阵元的信号参数，以控制天线阵列以目标指向角度向外辐射天线波束。其中，相对位置信息表征了用户相对于天线阵列所在的位置，依据其所确定的天线波束的目标指向角度，表征了可向用户所在位置发射天线波束的理论角度，因而，通过与该目标指向角度对应的目标信号参数，对天线阵列中各天线阵元的信号参数进行调整，可使得经由各天线阵元所发出的电磁波形成的天线波速与目标指向角度一致，天线波束一直指向用户，避免海域通信用户处于波束边缘的情况，海域通信用户具有更好的通信接收效果，并且充分利用了天线发射功率，提高了天线通信功率的利用率。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的天线波束指向的调控设备结构示意图；

图2为本发明天线波束指向的调控方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明天线波束指向的调控方法第三实施例的流程示意图；

图4为本发明天线波束指向的调控方法天线波束方向与天线阵列法向夹角示意图；

图5为本发明天线波束指向的调控方法所应用的相控阵天线通信系统示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的天线波束指向的调控设备结构示意图。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

本发明实施例天线波束指向的调控设备可以是PC，也可以是平板电脑、便携计算机等可移动式终端设备。

如图1所示，该天线波束指向的调控设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的天线波束指向的调控设备结构并不构成对天线波束指向的调控设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种可读存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及天线波束指向的调控程序。

在图1所示的设备中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的天线波束指向的调控程序，并执行以下操作：

获取用户和天线阵列之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度；

基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数；

根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束。

进一步地，所述用户的数量为多个，所述获取用户和天线阵列之间的相对位置信息的步骤包括：

获取多个所述用户的用户定位信息，并读取所述天线阵列的天线定位信息；

根据多个所述用户定位信息和所述天线定位信息，生成多个所述相对位置信息。

进一步地，所述根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度的步骤包括：

根据多个所述相对位置信息，对所述天线阵列中的天线阵元进行分组，生成与多个所述相对位置信息分别对应的天线阵列单元；

根据与各所述天线阵列单元对应的相对位置信息，确定与各所述天线阵列单元所对应天线波束的目标指向角度。

进一步地，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

基于预设算法，获取与各所述目标指向角度分别对应的目标信号参数；

所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数的步骤包括：

根据各所述目标信号参数，对与各所述天线阵列单元中天线阵元对应的信号参数进行调节。

进一步地，所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束的步骤之后，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的天线波束指向的调控程序，并执行以下操作：

判断多个所述相对位置信息中是否存在变化的目标相对位置信息，若存在变化的目标相对位置信息，则判断所述目标相对位置信息是否与各所述目标指向角度中的任意一个匹配；

若与各所述目标指向角度中的任意一个匹配，则将与所述目标相对位置信息对应的目标用户划分到匹配的所述目标指向角度中，以向所述目标用户提供与匹配的所述目标指向角度对应的天线波束；

若与各所述目标指向角度均不匹配，则确定所述目标相对位置信息的数量是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则执行获取多个所述用户的用户定位信息的步骤；

若所述数量小于或等于预设阈值，则启动分时通信机制，以基于所述分时通信机制向所述目标用户提供天线波束。

进一步选地，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

基于预设算法，计算所述天线阵列以预设初始角度向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的初始信号参数；

根据所述初始信号参数，对所述天线阵列以不同预设角度范围向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的参考信号参数进行计算；

确定不同预设角度范围中与所述目标指向角度匹配的目标角度范围，并将各所述参考信号参数中与所述目标角度范围对应的参考信号参数，确定为所述目标信号参数。

进一步地，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤之前，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的天线波束指向的调控程序，并执行以下操作：

根据预设幅度区间和预设相位区间，生成位置变量和速度变量；

将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中，生成所述天线阵列的多个阵因子对当前最优全局变量进行迭代；

判断当前迭代次数是否小于预设最大迭代次数，若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量，并执行将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中的步骤，直到所述当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数；

若当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数，则将迭代的当前最优全局变量确定为所述预设公式中的最优参数，并基于所述预设公式得到预设算法。

进一步地，所述若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量的步骤包括：

若当前迭代次数小于预设最大迭代次数，则根据迭代的所述当前最优全局变量，更新所述速度变量；

将更新的所述速度变量传输到预设位置公式中，对所述位置变量进行更新。

本发明天线波束指向的调控设备的具体实施方式与下述天线波束指向的调控方法各实施例基本相同，在此不再赘述。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参照图2，本发明第一实施例提供一种天线波束指向的调控方法的流程示意图。该实施例中，所述天线波束指向的调控方法包括以下步骤：

步骤S10，获取用户和天线阵列之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度；

本实施例中的天线波束指向的调控方法应用于相控阵天线通信系统，请参照图5，该通信系统包括信源单元(即信源)，信号处理单元，控制单元，衰减器、数字移相器，天线阵列，GPS定位单元。其中，天线阵列由多个天线组成，一个天线构成天线阵列中的一路天线阵元，天线阵列中天线阵元的数量可依据通信系统的通信需求设定。每个天线阵元的信号输入端与数字移相器的信号输出端连接，数字移相器的信号输入端则与衰减器的信号输出端连接，衰减器的信号输入端与信号处理单元的信号输出端连接，信号处理单元的信号输入端与信源连接；此外，GPS定位单元、每个数字移相器的控制端、衰减器的控制端分别与控制单元连接，并且控制单元与信号处理单元互相连接。信源单元将存储的信源数据发送到信号处理单元，由信号处理单元结合通信用户数据进行处理并将处理结果发送到控制单元；控制单元根据结合处理结果中的用户定位信息和经由GPS定位单元所定位的天线阵列的定位数据确定天线阵列所发出天线波束的预期指向，进而基于预设算法确定天线阵列中各路天线阵元的幅度和相位传输到对应的衰减器和数字移相器；衰减器依据幅度对阵元信号进行衰减控制，数字移相器则依据相位对阵元信号进行相位控制，天线阵列则通过各路天线阵元对传输的电磁信源进行聚合向外发送朝向预期指向的天线波束，以使得天线波束指向通信用户所在位置，向通信用户提供通信服务。

可理解地，远海上包含的海域通信需求多种多样，如支撑海上平台和船舶生产作业、海洋观测、海洋资源开发、海上预警及侦察、海上无人驾驶作业、海洋牧场作业等。不同的海域通信需求对应不同的海域通信用户(相当于上述通信用户，以下简称用户)，且各用户可能同时存在，同时具有通信需求，因而需要同时向各用户提供通信服务。对于该类同时具有通信需求的多个用户，具有稀疏性和移动性的特征，即不同用户存在于海域的不同位置，并且即便同一用户也因其移动而在不同时刻所在的海域位置不同。因此，在确定天线波束的指向以向用户提供通信服务的过程中，需要依据用户的数量以及各用户所在的位置，来将天线阵列中的天线阵元划分为多个天线阵列单元，不同的天线阵列单元发出的天线光束指向不同的方向，以向不同的用户提供通信服务。

进一步地，为了确保经由天线阵列向外发送的天线波束朝向用户，需要先确定用户相对于天线阵列所在的位置，即用户与天线阵列之间的相对位置信息。其中，该相对位置信息可依据用户所在的地理位置和天线阵列所在的地理位置进行确定。具体地，对于用户数量为多个的情况，获取用户和天线阵列之间的相对位置信息的步骤包括：

步骤S11，获取多个所述用户的用户定位信息，并读取所述天线阵列的天线定位信息；

步骤S12，根据多个所述用户定位信息和所述天线定位信息，生成多个所述相对位置信息。

更进一步地，通信系统中的GPS定位单元对天线阵列进行定位，得到天线定位信息。因天线阵列中的各天线阵元的位置固定，且各天线阵元之间的距离相差不远，故可定位各天线阵元的中心位置来作为天线定位信息，并且各天线阵列单元的位置均可用天线定位信息表征。对于多个用户，则可通过全球定位系统或者基站进行定位，得到多个用户各自的用户定位信息。此后，根据各个用户定位信息分别与天线定位信息之间的位置关系，来得到多个用户各自与天线阵列的相对位置信息。

进一步地，在得到用户与天线阵列之间的相对位置关系之后，则可依据相对位置信息来确定天线阵列所辐射天线波束的指向，该天线波束的指向朝向相对位置信息，以向位于相对位置的用户提供通信服务。其中，根据相对位置信息，确定与天线阵列所对应天线波束的目标指向角度的步骤包括：

步骤S13，根据多个所述相对位置信息，对所述天线阵列中的天线阵元进行分组，生成与多个所述相对位置信息分别对应的天线阵列单元；

步骤S14，根据与各所述天线阵列单元对应的相对位置信息，确定与各所述天线阵列单元所对应天线波束的目标指向角度。

可理解地，对于多个位于不同位置的用户，各自与天线阵列之间的相对位置信息也具有差异性。其中，所在位置较为接近的用户，其与天线阵列之间的相对位置信息也较为相似。反之，所在位置较远的用户，则相对位置信息也相差较大。从而对于所在位置较为接近的用户，可设置通过相同的天线波束提供通信服务；对于所在位置较远的用户，则需要通过不同的天线波束提供通信服务。

进一步地，为了对在不同位置的用户提供通信服务，依据表征各用户相对天线阵列所在位置的相对位置信息，将天线阵列中的天线阵元进行分组，并将位于同一组的各天线阵元作为一个天线阵列单元。每个相对位置信息对应一个天线阵列单元，通过各天线阵列单元形成天线波束，来对与各相对位置信息对应的用户提供通信服务。

更进一步地，在得到与多个相对位置信息分别对应的天线阵列单元之后，即可依据相对位置信息与天线阵列单元之间的对应关系，来确定各天线阵列单元所发送天线波束的目标指向角度。各天线阵列单元所发送的天线波束的目标指向角度朝向各天线阵列单元所对应的相对位置信息，以通过发送的各天线波束对位于各相对位置信息所表征位置的用户提供服务。

步骤S20，基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数；

进一步地，预先设置有预设算法，用于对调整天线波束朝向目标指向角度发送的参数进行计算。其中预设算法优选为加速粒子群优化算法，目标指向角度通过相位和幅度进行调整，故通过预设算法来计算相位和幅度，通过将当前实际的相位和幅度调整为计算得到的相位和幅度，即可使天线波束朝向目标指向角度发送。将该计算的相位和幅度作为与目标指向角度对应的目标信号参数，通过预设算法来获取该类目标信号参数。具体地，基于预设算法，获取与目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

步骤S21，基于预设算法，计算所述天线阵列以预设初始角度向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的初始信号参数；

步骤S22，根据所述初始信号参数，对所述天线阵列以不同预设角度范围向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的参考信号参数进行计算；

步骤S23，确定不同预设角度范围中与所述目标指向角度匹配的目标角度范围，并将各所述参考信号参数中与所述目标角度范围对应的参考信号参数，确定为所述目标信号参数。

可理解地，目标指向角度随着用户的移动而变化，使得与目标指向角度对应的目标信号参数相应发生变化，而需要重新计算。为了简化目标信号参数的计算，本实施例以初始信号参数为基础计算多组对应不同指向角度的信号参数存储，后续直接读取存储的信号参数即可调节得到变化的目标指向角度，避免了对目标信号参数的反复多次计算，节省了计算资源。具体地，将天线波束与天线阵列平面垂直的角度，即天线波束与天线阵列平面的发向指向平行的零度角度作为预设初始角度。通过预设算法，即加速粒子群优化算法对天线阵列以预设初始角度向外辐射天线波束时，与天线阵列中各天线阵元分别对应的初始信号参数，即将此时计算的用于对实际幅度和相位进行调节的值，作为与天线阵元对应的初始信号参数。其中，各天线阵元均对应有各自的初始信号参数，以对各自的实际幅度和相位进行调节。

进一步地，设定多个不同的指向角度作为预设角度范围，根据初始信号参数，计算天线阵列以不同预设角度范围向外辐射天线波束时，与天线阵列中各天线阵元分别对应的参考信号参数。不同的指向角度与初始信号参数之间具有不同的比例关系，将各个比例关系分别和初始信号参数相乘，即可得到天线波束以不同角度覆盖范围扫描时，各天线阵元各自对应以用于对各个实际幅度和相位进行调节的参考信号参数。

更进一步地，将目标指向角度与各个不同的预设角度范围分别进行对比，确定目标指向角度所在的预设角度范围，并将该所在的预设角度范围即为与目标指向角度匹配的目标角度范围。进而查找存储的各个参考信号参数中与该目标角度范围对应的参考信号参数，并将查找得到的参考信号参数确定为与目标指向角度对应的目标信号参数，以对当前实际的幅度和相位进行调节。需要说明的是，目标信号参数为与各天线阵元对应的参考信号参数集合，包含通过与各天线阵元连接的数字移相器和衰减器进行相位和幅度调节的多个参考信号参数。并且，每个参考信号参数均包含对相位调节的值和对幅度调节的值。

可理解地，针对多个用户所在的位置不同，具有不同的相对位置信息，以及不同的目标指向角度的情况，则将各个目标指向角度逐一与各个不同的预设角度范围对比，依据上述方式得到各自对应的目标信号参数，用于分别对各自对应的天线阵列单元中的各相位和幅度进行调节，实现由各个天线阵列单元向各个目标指向角度辐射天线波束，对不同位置的用户提供通信服务。

步骤S30，根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束。

进一步地，在获取到用于对与每一天线阵元对应的相位和幅度进行调节的目标信号参数后，即可依据该目标信号参数，对与天线阵列中各天线阵元对应的信号参数进行调节。根据与各天线阵元分别连接的数字移相器和衰减器，将形成目标信号参数的多组参考信号参数分别划分为与各数字移相器和衰减器对应的参数值存储到控制单元中，以供控制单元控制数字移相器和衰减器调节与各天线阵元对应的信号参数，即调节相位和幅度。以此，通过相位和幅度的调节来使得天线阵列所辐射的天线波束朝向目标指向角度，为位于目标指向角度的用户提供通信服务。

需要说明的是，对于多个用户所在的位置不同，具有不同的相对位置信息，对应不同的目标指向角度，具有多个目标信号参数的情形，则依据各目标信号参数，分别对与经分组形成的各天线阵列单元中天线阵元对应的信号参数进行调节。如经分组形成的天线阵列单元包括A天线阵列单元和B天线阵列单元，其中A天线阵列单元中包括a1和a2天线阵元，B天线阵列单元中包括b1和b2天线阵元；并且，与a1和a2连接的数字移相器分别为c1和c2，与a1和a2连接的衰减器分别为d1和d2，与b1和b2连接的数字移相器分别为c3和c4，与b1和b2连接的衰减器分别为d3和d4。经确定与A天线阵列单元所发送天线波束预期的目标指向角度对应的目标信号参数，包括幅度e1和相位f1，幅度e2和相位f2，其中，e1、f1与a1存在对应关系，e2、f2与a2存在对应关系；同时与B天线阵列单元所发送天线波束预期的目标指向角度对应的目标信号参数，包括幅度e3和相位f3，幅度e4和相位f4，其中，e3、f3与b1存在对应关系，e4、f4与b2存在对应关系。从而将e1、f1、e2、f2、e3、f3、e4和f4，划分为与各衰减器和数字移相器对应的[e1、f1]、[e2、f2]、[e3、f3]和[e4、f4]存储到控制单元中。此后控制单元控制衰减器d1和数字移相器c1依据[e1、f1]调节相位和幅度，控制衰减器d2和数字移相器c2依据[e2、f2]调节相位和幅度，控制衰减器d3和数字移相器c3依据[e3、f3]调节相位和幅度，控制衰减器d4和数字移相器c4依据[e4、f4]调节相位和幅度；以使A天线阵列单元和B天线阵列单元分别朝向各自的目标指向角度辐射天线波束，对位于各自目标指向角度范围内的用户提供通信服务。

在本实施例中，先获取用户与天线阵列之间的相对位置信息，并依据该相对位置信息，来确定与天线阵列对应天线波束的目标指向角度；再基于预设算法，对与目标指向角度对应的目标信号参数进行获取；进而依据获取的目标信号参数，调节天线阵列中各天线阵元的信号参数，以控制天线阵列以目标指向角度向外辐射天线波束。其中，相对位置信息表征了用户相对于天线阵列所在的位置，依据其所确定的天线波束的目标指向角度，表征了可向用户所在位置发射天线波束的理论角度，因而，通过与该目标指向角度对应的目标信号参数，对天线阵列中各天线阵元的信号参数进行调整，可使得经由各天线阵元所发出的电磁波形成的天线波速与目标指向角度一致，天线波束一直指向用户，避免海域通信用户处于波束边缘的情况，海域通信用户具有更好的通信接收效果，并且充分利用了天线发射功率，提高了天线通信功率的利用率。

进一步地，基于本发明天线波束指向的调控方法的第一实施例，提出本发明天线波束指向的调控方法第二实施例，在第二实施例中，所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束的步骤之后包括：

步骤c1，判断多个所述相对位置信息中是否存在变化的目标相对位置信息，若存在变化的目标相对位置信息，则判断所述目标相对位置信息是否与各所述目标指向角度中的任意一个匹配；

步骤c2，若与各所述目标指向角度中的任意一个匹配，则将与所述目标相对位置信息对应的目标用户划分到匹配的所述目标指向角度中，以向所述目标用户提供与匹配的所述目标指向角度对应的天线波束；

步骤c3，若与各所述目标指向角度均不匹配，则确定所述目标相对位置信息的数量是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则执行获取多个所述用户的用户定位信息的步骤；

步骤c4，若所述数量小于或等于预设阈值，则启动分时通信机制，以基于所述分时通信机制向所述目标用户提供天线波束。

本实施例针对用户移动而导致的位置变化，来动态调整为用户提供通信服务的天线波束，以使得辐射的天线波束始终指向用户，确保通信效果。具体地，设定预设时间间隔，每到达该预设时间间隔即重新检测各个用户与天线矩阵之间的各个相对位置信息，并判断各相对位置信息中是否存在任一相对位置信息发生变化。若存在任一相对位置信息发生变化，则将其作为各相对位置信息中的目标相对位置信息。同时判断该目标相对位置信息所表征的地理位置角度落于任意一个目标指向角度中，以此来判断所述目标相对位置信息是否与各所述目标指向角度中的任意一个匹配。若落于任意一个目标指向角度中，则说明虽然该用户因移动而发生了地理位置的变化，但其变化后的地理位置任然在某一个当前的目标指向角度范围内，可通过以该目标指向角度所辐射的天线波束向其提高通信服务。此时，判定目标相对位置信息与各所述目标指向角度中的某一个匹配，将具有该目标位置信息的用户作为目标用户，并将该目标用户划分到匹配的目标指向角度中，以向该目标用户提供与匹配的目标指向角度对应的天线波束，由该天线波束向目标用户提供通信服务。

进一步地，若目标相对位置信息与各目标指向角度均不匹配，则说明当前以各目标指向角度向外提供的天线波束均不能覆盖目标相对位置信息所表征的地理位置，不能为位于该地理位置的用户提供服务。此时，本实施例针对目标相对位置信息的数量不同设置有不同的处理机制。具体地，预先设置有表征数量多少的预设阈值，确定位置信息发生变化的目标相对位置信息的数量，并将其数量和预设阈值对比，判断目标相对位置信息的数量是否大于预设阈值。若大于预设阈值，则说明当前位置发生变化的目标用户较多，此时重新获取各个用户的用户定位信息，以对天线阵列中各天线阵元进行重新分组，重新形成天线阵列单元朝向不同指向角度辐射天线波束，为移动到不同位置的用户提供通信服务。

进一步地，若经确定目标相对位置信息的数量不大于预设阈值，则说明当前位置发生变化的用户相对较少，此时启动分时通信机制，通过分时通信机制来向目标用户提供天线波束，为其提供通信服务。其中，分时通信机制为针对不同用户提供分时段通信服务的机制，设定交叉通信时段，在交叉通信时段的第一个时段向第一个用户辐射天线波束，以向其提供通信服务；在第二个时段向第二个用户辐射天线波束，以向其提供通信服务；第三个时段则又向第一个用户辐射天线波束，在第四个时段向第二个用户辐射天线波束，如此循环交叉，通过同一天线阵列所辐射的天线波束向不同用户提供服务。需要说明的是，所设定的交叉通信时段较短，在不向用户辐射天线波束提供通信服务的时段内，用户并不能觉察，对于用户的使用来说，并不产生影响。

本实施例针对用户位置的变动，来动态调整为用户提供通信服务的天线波束，并且所支持调整的方式包括切换与目标指向角度对应的天线波束、重新分组形成天线阵列单元以朝向不同指向角度辐射天线波束、以及启动分时通信机制等多种。该多种调整方式节约了系统资源，并且在实现了海域上的远距离、高带宽通信需求的同时，还确保了通信的效果。

进一步的，请参照图3，基于本发明天线波束指向的调控方法第一实施例或第二实施例，提出本发明天线波束指向的调控方法的第三实施例，在第三实施例中，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤之前包括：

步骤S40，根据预设幅度区间和预设相位区间，生成位置变量和速度变量；

步骤S50，将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中，生成所述天线阵列的多个阵因子对当前最优全局变量进行迭代；

步骤S60，判断当前迭代次数是否小于预设最大迭代次数，若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量，并执行将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中的步骤，直到所述当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数；

本实施例通过迭代的方式对预设算法进行生成。具体地，初始化天线阵列中天线阵元的数量、用户数量、各天线阵元的分组情况、每个天线波束的目标指向角度。同时设定参变量a和b，以及预设最大迭代次数；其中a的取值范围优选为0.1～0.4，b的取值范围优选为0.1～0.7。此外，根据数字移相器和衰减器各自所能调整数值的大小，预先设定预设相位区间和预设幅度区间，并根据该预设相位区间和预设幅度区间，随机生成由幅度和相位所组成粒子的位置变量和速度变量。其中位置变量可用X表征，

w_n，

分别为每个天线阵元的信号所对应的幅度和相位。

进一步地，预先设定有对天线阵列的阵因子进行计算的预设公式，其中，阵因子表征天线阵列所发出天线波束的指向角度，预设公式如公式(1)所示：

其中，

为天线波束方向与天线阵列法向夹角，如图4所示，d为天线阵列中天线阵元之间的距离，

为射频波数。

将位置变量中的各相位和幅度作为位置变量中的各变量元素，并将各变量元素传输到该预设公式中进行计算，得到多个阵因子。预先设定表征需求的目标阵因子，将多个阵因子分别与目标阵因子对比，确定其中最接近目标阵因子的最优阵因子。进而确定预设公式中与该当前最优阵因子对应的最优全局变量，并用该最优全局变量对当前最优全局变量进行迭代，其中当前最优全局变量为经上一次迭代生成的最优全局变量，以此实现通过生成的与天线阵列对应的多个阵因子来对当前最优全局变量进行迭代。

进一步地，对已经迭代的次数进行统计作为当前迭代次数，并将当前迭代次数和预先依据需求设定的预设最大迭代次数进行对比，判断当前迭代次数是否小于预设最大迭代次数。若小于预设最大迭代次数，则说明还需要继续迭代，从而根据速度变量对位置变量进行更新，并将更新后位置变量中包含的各变量元素传输到预设公式中，以继续生成多个阵因子对当前最优全局变量进行迭代，直到迭代的次数大于或等于最大迭代次数。其中，若小于预设最大迭代次数，则根据速度变量更新位置变量的步骤包括：

步骤S61，若当前迭代次数小于预设最大迭代次数，则根据迭代的所述当前最优全局变量，更新所述速度变量；

步骤S62，将更新的所述速度变量传输到预设位置公式中，对所述位置变量进行更新。

更进一步地，若经判定当前迭代次数小于预设最大迭代次数，则根据经本次迭代后的当前最优全局变量，对速度变量进行更新，其中更新可通过预设速度公式实现，预设速度公式如公式(2)所示：

Vⁱ⁺¹＝Vⁱ+a·r+b(g^*-X^*i) (2)

其中，Vⁱ为上一次迭代的速度变量，r为高斯随机变量，g^*为本次迭代后的当前最优全局变量，X^*i为每个粒子的当前最优位置变量。

进一步地，预先设置有用于位置变量的预设位置公式，预设位置公式如公式(3)所示：

Xⁱ⁺¹＝Xⁱ+Vⁱ⁺¹ (3)

其中，Xⁱ为上一次迭代的位置变量。

将更新的速度变量传输到该预设位置公式中，对上一次迭代的位置变量进行更新。此后，由预设公式对更新的位置变量中的幅度和相位进行处理，生成多个阵因子对当前最优全局变量进行迭代，直到迭代的次数大于或等于预设最大迭代次数。

步骤S70，若当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数，则将迭代的当前最优全局变量确定为所述预设公式中的最优参数，并基于所述预设公式得到预设算法。

进一步地，若经确定当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数，则说明达到了对当前最优全局变量迭代的结束条件，从而结束对当前最优全局变量的迭代，并将结束迭代后的当前最优全局变量确定为预设公式中的最优参数。此后，将具有最优参数的预设公式作为对幅度和相位进行计算的预设算法。需要说明的是，在通过预设算法对幅度和相位计算的过程中，根据相对位置信息所确定的目标指向角度即为预设公式中的阵因子，将目标指向角度传输到预设公式中，即可实现对幅度和相位的反向计算，得到与目标指向角度对应的目标信号参数。

本实施例通过对包含相位和幅度的位置变量进行更新，获得多组位置变量，进而由多组位置变量对当前最优全局变量进行迭代，获得最终的最优参数，得到用于计算相位和幅度的预设算法。因预设算法中的最优参数依据大量相位和幅度迭代更新生成，确保了最优参数的准确性，使得依据其生成的预设算法所计算得到的相位和幅度更为准确。

此外，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质优选为计算机可读存储介质，其上存储有天线波束指向的调控程序，所述天线波束指向的调控程序被处理器执行时实现上述天线波束指向的调控方法各实施例的步骤。

在本发明可读存储介质的实施例中，包含了上述天线波束指向的调控方法各实施例的全部技术特征，说明和解释内容与上述天线波束指向的调控方法各实施例基本相同，在此不做累述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个可读存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述天线波束指向的调控方法包括以下步骤：

获取用户和天线阵列之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度；

基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数；

根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束。

2.如权利要求1所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述用户的数量为多个，所述获取用户和天线阵列之间的相对位置信息的步骤包括：

获取多个所述用户的用户定位信息，并读取所述天线阵列的天线定位信息；

根据多个所述用户定位信息和所述天线定位信息，生成多个所述相对位置信息。

3.如权利要求2所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述根据所述相对位置信息，确定与所述天线阵列所对应天线波束的目标指向角度的步骤包括：

根据多个所述相对位置信息，对所述天线阵列中的天线阵元进行分组，生成与多个所述相对位置信息分别对应的天线阵列单元；

根据与各所述天线阵列单元对应的相对位置信息，确定与各所述天线阵列单元所对应天线波束的目标指向角度。

4.如权利要求3所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

基于预设算法，获取与各所述目标指向角度分别对应的目标信号参数；

所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数的步骤包括：

根据各所述目标信号参数，对与各所述天线阵列单元中天线阵元对应的信号参数进行调节。

5.如权利要求3所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述根据所述目标信号参数，调节与所述天线阵列中各天线阵元对应的信号参数，以控制所述天线阵列以所述目标指向角度向外辐射所述天线波束的步骤之后包括：

判断多个所述相对位置信息中是否存在变化的目标相对位置信息，若存在变化的目标相对位置信息，则判断所述目标相对位置信息是否与各所述目标指向角度中的任意一个匹配；

若与各所述目标指向角度中的任意一个匹配，则将与所述目标相对位置信息对应的目标用户划分到匹配的所述目标指向角度中，以向所述目标用户提供与匹配的所述目标指向角度对应的天线波束；

若与各所述目标指向角度均不匹配，则确定所述目标相对位置信息的数量是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则执行获取多个所述用户的用户定位信息的步骤；

若所述数量小于或等于预设阈值，则启动分时通信机制，以基于所述分时通信机制向所述目标用户提供天线波束。

6.如权利要求1所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤包括：

基于预设算法，计算所述天线阵列以预设初始角度向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的初始信号参数；

根据所述初始信号参数，对所述天线阵列以不同预设角度范围向外辐射天线波束时，与所述天线阵列中各天线阵元分别对应的参考信号参数进行计算；

确定不同预设角度范围中与所述目标指向角度匹配的目标角度范围，并将各所述参考信号参数中与所述目标角度范围对应的参考信号参数，确定为所述目标信号参数。

7.如权利要求1－6任一项所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述基于预设算法，获取与所述目标指向角度对应的目标信号参数的步骤之前包括：

根据预设幅度区间和预设相位区间，生成位置变量和速度变量；

将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中，生成所述天线阵列的多个阵因子对当前最优全局变量进行迭代；

判断当前迭代次数是否小于预设最大迭代次数，若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量，并执行将所述位置变量中的各变量元素传输到预设公式中的步骤，直到所述当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数；

若当前迭代次数大于或等于预设最大迭代次数，则将迭代的当前最优全局变量确定为所述预设公式中的最优参数，并基于所述预设公式得到预设算法。

8.如权利要求7所述的天线波束指向的调控方法，其特征在于，所述若小于预设最大迭代次数，则根据所述速度变量更新所述位置变量的步骤包括：

若当前迭代次数小于预设最大迭代次数，则根据迭代的所述当前最优全局变量，更新所述速度变量；

将更新的所述速度变量传输到预设位置公式中，对所述位置变量进行更新。

9.一种天线波束指向的调控设备，其特征在于，所述天线波束指向的调控设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的天线波束指向的调控程序，所述天线波束指向的调控程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的天线波束指向的调控方法的步骤。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有天线波束指向的调控程序，所述天线波束指向的调控程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的天线波束指向的调控方法的步骤。

Images