CN112701476A - 一种天线设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线技术领域，公开了一种天线设备及其控制方法。所述天线设备包括：多个相控阵天线，以及与所述相控阵天线控制连接的控制器；所述控制器，用于在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间对波束阵列中的多个波束进行切换。本发明实施例的天线设备实现了自动区域扫描功能，能够根据指定的俯仰范围和方位范围形成波束阵列，并按照预设间隔时间进行波束切换，与传统的手动切换方式相比，提高了波束切换效率，简化了切换操作。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线设备及其控制方法。
背景技术
相控阵天线主要应用于地面、船舶、航空和航天等领域的雷达或者导航设备中，通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。目前，只能通过人工方式来切换波束，存在操作复杂和切换效率低的问题，亟待提供一种自动化实现的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线设备及其控制方法，克服现有技术中手工切换波束方式存在的操作复杂和切换效率低的缺陷。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种天线设备，包括：多个相控阵天线，以及与所述相控阵天线控制连接的控制器，
所述控制器，用于在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间对波束阵列中的多个波束进行切换。
可选的，所述控制器，还用于在每切换一个波束的同时向用户反馈切换后的波束方位信息，所述波束方位信息为当前波束相对于阵面坐标系的信息或者相对于地面坐标系的信息。
可选的，所述天线设备还包括陀螺仪；
所述陀螺仪，用于测量所述相控阵天线的倾斜角度信息；
所述控制器，还用于根据所述相控阵天线的倾斜角度信息和理论安装位置，通过坐标变换，对当前波束扫描范围进行修正，以使得当前波束的实际扫描区域与目标扫描区域相同。
可选的，所述天线设备还包括陀螺仪、电子罗盘和卫星导航；
所述陀螺仪，用于测量所述相控阵天线的倾斜角度信息；
所述电子罗盘，用于测量所述相控阵天线的方位信息；
所述卫星导航，用于测量所述相控阵天线的地理位置信息；
所述控制器，还用于根据所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及当前波束相对于阵面坐标系的指向信息，计算当前波束相对于地面坐标系的指向信息；还用于记录当前波束相对于地面坐标系的指向信息、相控阵天线的地理位置信息和方位信息。
可选的，所述相控阵天线为平面天线，且所述平面天线的数量为四个；四个所述平面天线以90度为夹角排列成矩形结构。
可选的，所述相控阵天线为平面天线，且所述平面天线的数量为三个；三个所述平面天线以60度为夹角排列成三角形结构。
一种天线设备的控制方法，包括自动区域扫描控制步骤：
所述自动区域扫描控制步骤，包括：在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，根据波束跃度计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间对波束阵列中的多个波束进行切换。
可选的，所述自动区域扫描控制步骤中，还包括：在每切换一个波束的同时，向用户反馈切换后的波束方位信息，所述波束方位信息为当前波束相对于阵面坐标系的信息或者相对于地面坐标系的信息。
可选的，所述控制方法还包括波束修正步骤；
所述波束修正步骤，包括：测量所述相控阵天线的倾斜角度信息；根据所述相控阵天线的倾斜角度信息和理论安装位置，通过坐标变换，对当前波束扫描范围进行修正，以使得前波束的实际扫描区域与目标扫描区域相同。
可选的，所述控制方法还包括：信息记录及汇报步骤；
所述信息记录及汇报步骤，包括：
测量所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及地理位置信息；
根据所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及当前波束相对于阵面坐标系的指向信息，计算当前波束相对于地面坐标系的指向信息；
记录并汇报所述相控阵天线的地理位置信息和方位信息，以及所述当前波束相对于地面坐标系的指向信息。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例的天线设备实现了自动区域扫描功能，能够根据指定的俯仰范围和方位范围形成波束阵列，并按照预设间隔时间进行波束切换，与传统的手动切换方式相比，提高了波束切换效率，简化了切换操作。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的天线设备的原理框图。
图2为本发明实施例提供的单面天线的120度扫描区域示意图。
图3为本发明实施例提供的三面天线的布局示意图。
图4为本发明实施例提供的四面天线的布局示意图。
图5为本发明实施例提供的天线波束的实际扫描区域示意图；
图6为本发明实施例提供的天线波束的目标扫描区域示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一
本实施例提供了一种天线设备，该天线设备用于信号采集，包括：控制器和多个相控阵天线。
控制器，与相控阵天线控制连接，用于在接收到定点扫描指令时，控制相控阵天线的波束指向目标位置；还用于在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间进行波束切换。
其中，有效波束位置指的是：满足波束跃度的单倍跃度或者多倍跃度条件，并满足相应方位区域角度要求和俯仰区域角度要求的波束位置。
控制器，还用于每切换一个波束的同时向用户反馈切换后的波束方位信息。可选的是，反馈信息具体可以为波束相对于阵面坐标系的信息，或者是相对于地面坐标系的信息。
因此，本实施例提供的天线设备具有两种工作模式：一种为传统的定点扫描模式，在该定点扫描模式下，天线设备的波束指向为目标位置；另一种为自动区域扫描模式，不同于常规的手动切换方式，在该自动区域扫描模式下，指向目标扫描区域内的多个有效波束位置的波束阵列可进行自动切换，可明显提高切换效率，简化切换操作。
需要说明的是，相控阵天线可以为双极化天线，可由用户选择垂直极化还是水平极化，具体不限制。
实施例二
本实施例二提供的天线设备，包括：控制器，多个相控阵天线，以及陀螺仪。控制器与相控阵天线和陀螺仪分别控制连接。
陀螺仪，用于测量相控阵天线的倾斜角度信息，并将其提供给控制器。倾斜角度信息具体包括左右倾斜角度和前后倾斜角度，该信息反映了相控阵天线相对于水平面的实际安装位置与理论安装位置的偏差。
控制器，用于控制相控阵天线实现定点扫描或者自动区域扫描，还用于根据相控阵天线的倾斜角度信息和理论安装位置，计算相控阵天线的实际安装位置与理论安装位置的偏差，通过坐标变换，对当前波束扫描范围进行修正，以使得实际扫描区域与目标扫描区域相同。
由于相控证天线在安装过程中存在安装位置不准确的情况，使得实际的俯仰角度和旋转角度与理论要求值存在差异，该差异将会导致天线波束的实际扫描区域与目标扫描区域出现偏差。
因此，本实施例二实现了波束修正功能，能够自动根据陀螺仪测量得到的倾斜角度信息，通过坐标变换，对波束扫描区域进行修正，以达到实际扫描区域与目标扫描区域相同的目的，以保证信号准确度。
实施例三
本实施例三提供的天线设备，如图1所示，包括控制器、多个相控阵天线和陀螺仪，还包括电子罗盘和卫星导航。
陀螺仪，用于测量相控阵天线的倾斜角度信息，并将其提供给控制器。
电子罗盘，用于测量相控阵天线的方位信息，并将其提供给控制器。
卫星导航，用于测量相控阵天线的地理位置信息，并将其提供给控制器。
控制器，还用于根据相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及当前波束相对于阵面坐标系的指向信息，计算当前波束相对于地面坐标系的指向信息；还用于记录各种测量和计算信息，包括当前波束相对于地面坐标系的指向信息、相控阵天线的地理位置信息和方位信息，通过用户接口提供给用户，以用于AI智能网络优化。
本实施例中，天线设备实现了信息记录和汇报功能，以助于AI智能网络形成完成的数据链条并自动进行网络优化。
实施例四
本实施例四中提供了一种天线设备，包括控制器、多个相控阵天线和陀螺仪，还可包括电子罗盘和卫星导航。其中，控制器、陀螺仪、电子罗盘和卫星导航的功能同实施例一至三，此处不再赘述。
对于相控阵天线，具体可以采用单面天线。由于一个单面天线最大只能覆盖120度区域范围，如图2所示，因此本实施例采用三个单面阵列天线且以60度为夹角组成如图3所示的构型，以形成360度的全方位区域进行覆盖和扫描。
此外，由于相控阵天线的扫描区域为圆锥形，以60度为夹角的相邻覆盖区域之间为点接触，覆盖效果相对不够良好。因此，在其他实施例中还可采用四个单面天线，以90度为夹角组成如图4所示的构型，使得相邻两个覆盖区域之间有所重叠，增加覆盖效果。
实施例五
本实施例五提供了一种天线设备的控制方法，包括：定点扫描控制步骤和自动区域扫描控制步骤。
定点扫描控制步骤，包括：在接收到定点扫描指令时，控制相控阵天线的波束指向目标位置；
自动区域扫描控制步骤，包括：在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，根据波束跃度计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间进行波束切换。
其中，有效波束位置指的是：满足波束跃度的单倍跃度或者多倍跃度条件，并满足相应方位区域角度要求和俯仰区域角度要求的波束位置。
此外，自动区域扫描控制步骤还包括：每切换一个波束时，同时向用户反馈切换后的波束方位信息。可选的是，反馈信息具体可以为波束相对于阵面坐标系的信息，或者是相对于地面坐标系的信息。
实施例六
本实施例六提供了一种天线设备的控制方法，包括定点扫描控制步骤和自动区域扫描控制步骤，还包括波束修正步骤。
具体的，波束修正步骤包括：
测量相控阵天线的倾斜角度信息，包括左右倾斜角度和前后倾斜角度；
根据相控阵天线的倾斜角度信息和理论安装位置，计算相控阵天线的实际安装位置与理论安装位置的偏差；
通过坐标变换，对当前波束扫描范围进行修正，以使得实际扫描区域与目标扫描区域相同。
由于相控证天线在安装过程中存在安装位置不准确的情况，使得实际的俯仰角度和旋转角度与理论要求值存在差异，该差异将会导致天线波束的实际扫描区域(如图5所示)与目标扫描区域(如图6所示)出现偏差。因此，通过上述波束修正步骤，可以有效避免天线因放置位置不符合标准而导致扫描区域出现偏差。
在其他应用中，上述控制方法还可包括信息记录及汇报步骤：
测量所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及地理位置信息；
根据所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及当前波束相对于阵面坐标系的指向信息，计算当前波束相对于地面坐标系的指向信息；
记录并汇报所述相控阵天线的地理位置信息和方位信息，以及所述当前波束相对于地面坐标系的指向信息。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种天线设备，其特征在于，包括：多个相控阵天线，以及与所述相控阵天线控制连接的控制器；
所述控制器，用于在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间对波束阵列中的多个波束进行切换。
2.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述控制器，还用于在每切换一个波束的同时向用户反馈切换后的波束方位信息，所述波束方位信息为当前波束相对于阵面坐标系的信息或者相对于地面坐标系的信息。
3.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述天线设备还包括陀螺仪；
所述陀螺仪，用于测量所述相控阵天线的倾斜角度信息；
所述控制器，还用于根据所述相控阵天线的倾斜角度信息和理论安装位置，通过坐标变换，对当前波束扫描范围进行修正，以使得当前波束的实际扫描区域与目标扫描区域相同。
4.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述天线设备还包括陀螺仪、电子罗盘和卫星导航；
所述陀螺仪，用于测量所述相控阵天线的倾斜角度信息；
所述电子罗盘，用于测量所述相控阵天线的方位信息；
所述卫星导航，用于测量所述相控阵天线的地理位置信息；
所述控制器，还用于根据所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及当前波束相对于阵面坐标系的指向信息，计算当前波束相对于地面坐标系的指向信息；还用于记录当前波束相对于地面坐标系的指向信息、相控阵天线的地理位置信息和方位信息。
5.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述相控阵天线为平面天线，且所述平面天线的数量为四个；四个所述平面天线以90度为夹角排列成矩形结构。
6.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述相控阵天线为平面天线，且所述平面天线的数量为三个；三个所述平面天线以60度为夹角排列成三角形结构。
7.一种天线设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括自动区域扫描控制步骤：
所述自动区域扫描控制步骤，包括：在接收到自动区域扫描指令时，根据指定的俯仰范围和方位范围确定目标扫描区域，根据波束跃度计算目标扫描区域内的有效波束位置以形成波束阵列，按照预设波束切换间隔时间对波束阵列中的多个波束进行切换。
8.根据权利要求7所述的天线设备的控制方法，其特征在于，所述自动区域扫描控制步骤中，还包括：在每切换一个波束的同时，向用户反馈切换后的波束方位信息，所述波束方位信息为当前波束相对于阵面坐标系的信息或者相对于地面坐标系的信息。
9.根据权利要求7所述的天线设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括波束修正步骤；
所述波束修正步骤，包括：测量所述相控阵天线的倾斜角度信息；根据所述相控阵天线的倾斜角度信息和理论安装位置，通过坐标变换，对当前波束扫描范围进行修正，以使得前波束的实际扫描区域与目标扫描区域相同。
10.根据权利要求7所述的天线设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：信息记录及汇报步骤；
所述信息记录及汇报步骤，包括：
测量所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及地理位置信息；
根据所述相控阵天线的倾斜角度信息、方位信息以及当前波束相对于阵面坐标系的指向信息，计算当前波束相对于地面坐标系的指向信息；
记录并汇报所述相控阵天线的地理位置信息和方位信息，以及所述当前波束相对于地面坐标系的指向信息。
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