CN112953615A - 目标区域的信号连续覆盖方法、装置、设备及天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种目标区域的信号连续覆盖方法、装置、设备及天线系统。该目标区域的信号连续覆盖方法，应用于承载通信基站的航空器，方法包括：获取航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置；获取通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对预设中心位置的信号覆盖最远点位置；基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角；调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域。根据本发明实施例，能够实现对目标区域的信号连续覆盖，进而提高目标区域的通信服务质量。

Description

目标区域的信号连续覆盖方法、装置、设备及天线系统
技术领域
本发明属于通信领域，尤其涉及一种目标区域的信号连续覆盖方法、装置、电子设备及计算机存储介质。
背景技术
通常，大型自然灾害(例如地震、台风、洪水、泥石流)、暴乱、战争等不可抗拒力量往往会导致各类基础通信设施的损害。为了应对基础通信设施损坏的情况，全球的各个政府与通信公司制定了多种应急通信系统。通常来说，这种应急通信系统往往是由拥有充当临时基站能力的地面移动应急通信车组成。但是，当道路拥堵或损毁时，这些地面移动应急通信车难以及时赶赴目标区域(例如，自然灾害受灾区域)并履行职责。所以，在这种情况下，需要空天一体化应急通信系统为目标区域提供通信服务。
传统的空天一体化应急通信系统的结构分为三大部分：地面部分、空中部分、卫星部分。空中部分即在航空器上搭载通信基站，也即空中基站，航空器在空中盘旋实现对地面的信号覆盖。但是，随着航空器在空中的位置变化以及飞行姿态变化，其往往无法实现对目标区域的信号连续覆盖，进而导致通信服务质量较差(例如，电话频繁掉线)，对于应急通信而言这更是一个致命的缺陷。其中，信号连续覆盖是指对于地面上的某一区域，在空中基站整个作业过程中，满足其基本通话和数据连接功能的信号覆盖。
因此，如何实现对目标区域的信号连续覆盖，进而提高目标区域的通信服务质量是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种目标区域的信号连续覆盖方法、装置、电子设备及计算机存储介质，能够实现对目标区域的信号连续覆盖，进而提高目标区域的通信服务质量。
第一方面，提供了一种目标区域的信号连续覆盖方法，应用于承载通信基站的航空器，方法包括：
获取航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置；
获取通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对预设中心位置的信号覆盖最远点位置；
基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角；
调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域。
可选地，基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，方法包括：
获取机载天线的天线方向信息和水平半功率角；
基于天线方向信息、水平半功率角及垂直半功率角，确定机载天线的天线类型；
基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，能够更加精确地确定机载天线的目标下倾角。
可选地，基于天线方向信息、水平半功率角及垂直半功率角，确定机载天线的天线类型，方法包括：
基于天线方向信息，确定机载天线为内侧天线或非内侧天线；其中，内侧天线为天线方向偏向航空器的飞行轨迹内侧的机载天线；
当确定机载天线为内侧天线时，基于内侧天线的水平半功率角及垂直半功率角，计算半功率角差异度；
当确定半功率角差异度大于第一预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第一内侧天线；
当确定半功率角差异度小于第二预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第二内侧天线，能够更加精确地确定机载天线的天线类型。
可选地，当机载天线为第一内侧天线时，基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，方法包括：
计算预设中心位置和信号覆盖最远点位置之间的第一距离；
利用第一距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角，能够更加精确地确定机载天线的目标下倾角。
可选地，当机载天线为第二内侧天线时，基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，方法包括：
获取机载天线的相对预设中心位置的信号覆盖最近点位置；
计算信号覆盖最近点位置和信号覆盖最远点位置之间的第二距离；
利用第二距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角，能够更加精确地确定机载天线的目标下倾角。
可选地，调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域之后，方法还包括：
获取目标区域内用户终端的参考信号接收功率，能够检测目标区域的通信服务质量。
第二方面，提供了一种目标区域的信号连续覆盖装置，应用于承载通信基站的航空器，装置包括：
第一获取模块，用于获取航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置；
第二获取模块，用于获取通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对预设中心位置的信号覆盖最远点位置；
确定模块，用于基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角；
调整模块，用于调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域。
可选地，确定模块，包括：
获取子模块，用于获取机载天线的天线方向信息和水平半功率角；
天线类型确定子模块，用于基于天线方向信息、水平半功率角及垂直半功率角，确定机载天线的天线类型；
目标下倾角确定子模块，用于基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角。
可选地，天线类型确定子模块，包括：
天线类型确定单元，用于基于天线方向信息，确定机载天线为内侧天线或非内侧天线；其中，内侧天线为天线方向偏向航空器的飞行轨迹内侧的机载天线；
半功率角差异度计算单元，用于当确定机载天线为内侧天线时，基于内侧天线的水平半功率角及垂直半功率角，计算半功率角差异度；
第一内侧天线确定单元，用于当确定半功率角差异度大于第一预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第一内侧天线；
第二内侧天线确定单元，用于当确定半功率角差异度小于第二预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第二内侧天线。
可选地，当机载天线为第一内侧天线时，目标下倾角确定子模块，包括：
第一距离计算单元，用于计算预设中心位置和信号覆盖最远点位置之间的第一距离；
目标下倾角确定单元，用于利用第一距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角。
可选地，当机载天线为第二内侧天线时，目标下倾角确定子模块，包括：
位置获取单元，用于获取机载天线的相对预设中心位置的信号覆盖最近点位置；
第二距离计算单元，用于计算信号覆盖最近点位置和信号覆盖最远点位置之间的第二距离；
目标下倾角确定单元，用于利用第二距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角。
可选地，该目标区域的信号连续覆盖装置，还包括：
参考信号接收功率获取模块，用于获取目标区域内用户终端的参考信号接收功率。
第三方面，提供了一种电子设备，电子设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
处理器执行计算机程序指令时实现第一方面的目标区域的信号连续覆盖方法。
第四方面，提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现第一方面的目标区域的信号连续覆盖方法。
第五方面，提供了一种实现目标区域的信号连续覆盖的天线系统，天线系统搭载在第一方面的承载通信基站的航空器上，天线系统包括机载天线，机载天线用于收发卫星或用户终端的通信信号；机载天线包括内侧天线或非内侧天线，内侧天线包括第一内侧天线和第二内侧天线。
本发明实施例提供一种目标区域的信号连续覆盖方法、装置、电子设备及计算机存储介质，能够实现对目标区域的信号连续覆盖，进而提高目标区域的通信服务质量。该目标区域的信号连续覆盖方法中基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，再调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角以使信号连续覆盖区域包含目标区域，也即能够实现对目标区域的信号连续覆盖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种目标区域的信号连续覆盖方法的流程示意图；
图2是本发明一个实施例提供的一种应急通信系统的结构示意图；
图3是本发明一个实施例提供的一种T1时刻信号覆盖示意图；
图4是本发明一个实施例提供的一种T2时刻信号覆盖示意图；
图5是本发明一个实施例提供的一种信号连续覆盖示意图；
图6是本发明一个实施例提供的另一种信号连续覆盖示意图；
图7是本发明一个实施例提供的一种目标区域的信号连续覆盖装置的结构示意图；
图8是本发明一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
传统的空天一体化应急通信系统的结构分为三大部分：地面部分、空中部分、卫星部分。空中部分即在航空器上搭载通信基站，也即空中基站，航空器在空中盘旋实现对地面的信号覆盖。但是，随着航空器在空中的位置变化以及飞行姿态变化，其往往无法实现对目标区域的信号连续覆盖，进而导致通信服务质量较差(例如，电话频繁掉线)，对于应急通信而言这更是一个致命的缺陷。其中，信号连续覆盖是指对于地面上的某一区域，在空中基站整个作业过程中，满足其基本通话和数据连接功能的信号覆盖。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种目标区域的信号连续覆盖方法、装置、电子设备及计算机存储介质。下面首先对本发明实施例所提供的目标区域的信号连续覆盖方法进行介绍。
图1是本发明一个实施例提供的一种目标区域的信号连续覆盖方法的流程示意图，该方法应用于承载通信基站的航空器，如图1所示，该方法包括：
S101、获取航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置。
S102、获取通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对预设中心位置的信号覆盖最远点位置。
S103、基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角。
S104、调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域。
航空器可以是固定翼航空器，进一步地，其可以为有人驾驶的固定翼航空器或无人驾驶的固定翼航空器。由于航空器承载着通信基站，所有其通常需满足如下条件：
(1)航空器载重要求：航空器能够在搭载通信基站(包括至少一个机载天线)、卫星通信设备的前提下进行飞行。
(2)航空器飞行轨迹要求：航空器能够在预设高空盘旋飞行。
(3)供电功率要求：航空器的供电功率可以满足通信基站的功耗需求。
示例性的，包含固定翼航空器的应急通信系统的结构示意图如图2所示，图2中的机载基站系统是承载于航空器上的系统，其中射频拉远单元(Remote Radio Unit，RRU)通过通用公共无线电接口(Common Public Radio Interface，CPRI)或eCPRI接口连接于室内基带处理单元(Building Base band Unit，BBU)，室内基带处理单元通过千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE)接口或快速以太网(Fast Ethernet，FE)接口连接于卫通基带，卫通基带与卫通射频和天线连接，卫通射频和天线通过空间链路与卫星进行信息传输，该卫星还通过空间链路与卫星地面站进行信息传输，卫星地面站连接于核心网。射频拉远单元通过射频跳线分别与扇区天线1，……，扇区天线N及平板天线1连接，平板天线1和每个扇区天线分别通过无线空口与对应的终端进行信息传输。其中，室内基带处理单元和射频拉远单元可设置于固定翼航空器的机舱内部，扇区天线1，……，扇区天线N及平板天线1设置于固定翼航空器的下部；还可以将射频拉远单元和扇区天线1，……，扇区天线N及平板天线1合并成有源天线单元(Active Antenna Unit，AAU)，将有源天线单元设置于固定翼航空器的下部，将室内基带处理单元设置于固定翼航空器的机舱内部。
在一个实施例中，飞行轨迹可以是圆形、近似圆或多边形，飞行轨迹最远距离即为飞行轨迹上某一点相对飞行中心的最远距离。当飞行轨迹是圆形时，飞行轨迹最远距离(可设为R)就是飞行轨迹半径距离。基于航空器的飞行轨迹，可以确定航空器的滚转角(可设为γ)和俯仰角(可设为θ)。
在一个实施例中，通常将目标区域的预设中心位置(可设为O)在飞行高度(可设为h)所在平面的投影点作为飞行中心。目标区域通常是通信服务质量较差的区域，例如自然灾害受灾区域，目标区域的预设中心位置及区域范围可由本领域技术人员进行相应的设定。
航空器所承载的通信基站上设有至少一个机载天线，每个机载天线都有对应的垂直半功率角(可设为β)、水平半功率角、相对预设中心位置的信号覆盖最远点位置(可设为G)及信号覆盖最近点位置。
在获取航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置后，基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角(可设为α)，再调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角以使信号连续覆盖区域包含目标区域，能够实现对目标区域的信号连续覆盖，进而提高目标区域的通信服务质量。
为了更加精确地确定机载天线的目标下倾角，在一个实施例中，基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，通常可以包括：获取机载天线的天线方向信息和水平半功率角；基于天线方向信息、水平半功率角及垂直半功率角，确定机载天线的天线类型；基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角。
为了更加精确地确定机载天线的天线类型，在一个实施例中，基于天线方向信息、水平半功率角及垂直半功率角，确定机载天线的天线类型，通常可以包括：基于天线方向信息，确定机载天线为内侧天线或非内侧天线；其中，内侧天线为天线方向偏向航空器的飞行轨迹内侧的机载天线；当确定机载天线为内侧天线时，基于内侧天线的水平半功率角及垂直半功率角，计算半功率角差异度；当确定半功率角差异度大于第一预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第一内侧天线；当确定半功率角差异度小于第二预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第二内侧天线。非内侧天线也即为边缘天线，其天线方向偏向飞行轨迹非内侧。在航空器上内侧天线和边缘天线均可以设有多个，多个内侧天线可分别设为ANT1，ANT2，……，ANTn(n为正整数)，多个边缘天线可分别设为ANT～1，ANT～2，……，ANT～m(m为正整数)。
通过内侧天线和边缘天线，可以使航空器在作业过程中不需要做任何物理变动就可实现对地面的连续覆盖。在一个实施例中，图3和图4分别是T1时刻和T2时刻的信号覆盖示意图，待覆盖区域为半径为OA(可设为R～)的圆。在T1时刻，航空器在待覆盖区域的预设中心位置O点的正西上空，通过内侧天线覆盖地面待覆盖区域的东侧，通过边缘天线覆盖待覆盖区域的西侧；在T2时刻，航空器在O点的正东上空，通过内侧天线覆盖地面待覆盖区域的西侧，通过边缘天线覆盖待覆盖区域的东侧。因此，对于地面同一区域，不同时刻对应的天线往往是不同的，通过这种内侧天线和边缘天线的互相补充，实现了目标区域在任何时刻都被覆盖，从而形成时间纬度上的连续覆盖。
当确定机载天线为内侧天线时，基于内侧天线的水平半功率角及垂直半功率角，计算半功率角差异度。当确定半功率角差异度大于第一预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第一内侧天线。在一个实施例中，可以设第一预设半功率角差异度阈值为60％，当半功率角差异度大于60％时，则该第一内侧天线为水平半功率角和垂直半功率角差异大的内侧天线。当确定半功率角差异度小于第二预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第二内侧天线。在一个实施例中，可以设第二预设半功率角差异度阈值为10％，当半功率角差异度小于10％时，则该第二内侧天线为水平半功率角和垂直半功率角差异小的内侧天线。
为了更加精确地确定机载天线的目标下倾角，在一个实施例中，当机载天线为第一内侧天线时，基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，方法包括：计算预设中心位置和信号覆盖最远点位置之间的第一距离；利用第一距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角。
在一个实施例中，内侧天线均为第一内侧天线，如图5所示，内侧天线的发射方向朝固定翼航空器盘旋轨迹内侧偏离的角度为方位角(可设为εn，n表示内侧天线的数量)，固定翼航空器的机腹与机载天线之间的夹
角为机载天线的下倾角，其不包含固定翼航空器盘旋时机身的滚转角(可设为γ)。内侧天线ANT1的下倾角为α1，内侧天线ANTn的下倾角αn在α1的基础上进行调整，以弥补在地面的连续覆盖区域是一个狭长的区域，面积较小的缺点。内侧天线的垂直半功率角为βn，边缘天线的垂直半功率角为
Figure BDA0002311850600000103
(m表示边缘天线的数量)，边缘天线ANT～1的下倾角为
Figure BDA0002311850600000102
边缘天线ANT～m的下倾角为
Figure BDA0002311850600000101
固定翼航空器的俯仰角为θ，固定翼航空器的飞行高度为h。
在图5中，P表示机载天线，O点是连续覆盖目标区域的几何中心点位置，OB为飞行轨迹半径R，G点是内侧天线相对O点的信号覆盖最远点，C点是内侧天线相对O点的信号覆盖最近点，A是边缘天线相对O点的信号覆盖最远点，D是边缘天线相对O点的信号覆盖最近点。PA和PG是空中基站对地面连续覆盖的最远传输距离，根据空中基站和地面终端的发射功率、天线增益、空间链路损耗、多径衰落等因素可判定客户所要求的传输距离是否符合要求。其中最关键的是空间链路损耗(其他因素均为现有地面基站系统常用方法，此处不赘述)，可采用自由空间损耗模型：Pathloss＝32.5+20lgF+20lgD(其中，Pathloss的单位为dB；F是无线频点，单位为GHz；D是传输距离，单位为m)确定出PA和PG的数值。理论上要求OG＞0，并且OC>0，否则没有信号连续覆盖区域。
为了达到图3和图4的信号连续覆盖效果，要求OG≥R～，OA≥R～(R～表示目标区域的半径)并且边缘天线和内侧天线的覆盖范围有重叠，也就是OC＞OD。
连续覆盖面积近似为：
(1)当OA≥OG时，信号连续覆盖面积是以OG为半径的圆面积。
(2)当OA＜OG时，信号连续覆盖面积是以OA为半径的圆面积。
为了使信号连续覆盖区域包含目标区域，可以得出：
OG＝h×tan(α1+β1-γ)-R (1)
OG是目标区域的预设中心位置O到内侧天线ANT1的信号覆盖最远点G的距离，h为航空器的飞行高度，α1为内侧天线ANT1的下倾角，β1为内侧天线ANT1的垂直半功率角，γ为航空器的滚转角，R为飞行轨迹半径距离。
根据公式(1)可得出内侧天线ANT1的下倾角α1：
Figure BDA0002311850600000111
基于ANT1的下倾角α1，可得出内侧天线ANTn的下倾角αn：
αn＝α(n-1)-nβn (3)
同理，可得出边缘天线ANT～1的下倾角
Figure BDA0002311850600000112
Figure BDA0002311850600000121
其中，OA是目标区域的预设中心位置O到边缘天线ANT～1的信号覆盖最远点A的距离，h为航空器的飞行高度，β～ 1为边缘天线ANT～1的垂直半功率角，γ为航空器的滚转角，R为飞行轨迹半径距离。
基于边缘天线ANT～1的下倾角
Figure BDA0002311850600000122
可以得出边缘天线ANT～m的下倾角为
Figure BDA0002311850600000123
Figure BDA0002311850600000124
对于机载天线的方位角εn，可根据航空器的俯仰角θ和飞行方向得出：
(1)当航空器顺时针飞行时，εn为径向延顺时针方向偏离θ度。
(2)当航空器逆时针飞行时，εn为径向延逆时针方向偏离θ度。
为了更加精确地确定机载天线的目标下倾角，在另一个实施例中，当机载天线为第二内侧天线时，基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，方法包括：获取机载天线的相对预设中心位置的信号覆盖最近点位置；计算信号覆盖最近点位置和信号覆盖最远点位置之间的第二距离；利用第二距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角。
在一个实施例中，内侧天线均为第二内侧天线，如图6所示，Pn表示机载天线，内侧天线的方位角为εn(n表示内侧天线的数量)，内侧天线ANT1的下倾角为α1，内侧天线ANTn的下倾角αn在α1的基础上进行调整，以弥补在地面的连续覆盖区域是一个狭长的区域，面积较小的缺点。内侧天线的垂直半功率角为βn，边缘天线的垂直半功率角为
Figure BDA0002311850600000125
(m表示边缘天线的数量)，边缘天线ANT～1的下倾角为
Figure BDA0002311850600000126
边缘天线ANT～m的下倾角为
Figure BDA0002311850600000127
固定翼航空器的俯仰角为θ，固定翼航空器的飞行高度为h，固定翼航空器的滚转角为γ。OA为飞行轨迹半径R，E1、E2……En分别是各个内侧天线相对目标区域的预设中心位置O的信号覆盖最远点，B1、B2……Bn别是各个内侧天线相对目标区域的预设中心位置O的信号覆盖最近点，F1、F2……Fm分别是各个边缘天线相对目标区域的预设中心位置O的信号覆盖最远点，G1、G2……Gm分别是各个边缘天线相对目标区域的预设中心位置O的信号覆盖最近点。PnEn和PnFm是空中基站对地面连续覆盖的最远传输距离，根据空中基站和地面终端的发射功率、天线增益、空间链路损耗、多径衰落等因素可判定客户所要求的传输距离是否符合要求。其中最关键的是空间链路损耗(其他因素均为现有地面基站系统常用方法，此处不赘述)，可采用自由空间损耗模型：Pathloss＝32.5+20lgF+20lgD(其中，Pathloss的单位为dB；F是无线频点，单位为GHz；D是传输距离，单位为m)确定出PnEn和PnFm的数值。
为了达到图3和图4的信号连续覆盖效果，要求OEn≥R～，OFm≥R～(R～表示目标区域的半径)并且边缘和内侧天线的覆盖范围有重叠，也就是OBn＞OGm。
为了使信号连续覆盖区域包含目标区域，可以得出：
Figure BDA0002311850600000131
根据公式(6)可得出内侧天线ANTn的下倾角αn：
Figure BDA0002311850600000132
同理，可得出边缘天线ANT～m的下倾角
Figure BDA0002311850600000133
Figure BDA0002311850600000134
对于内侧天线的方位角εn，可根据航空器的俯仰角θ和飞行方向得出：
当航空器顺时针飞行时，内侧天线ANT1的方位角ε1为径向延顺时针方向偏离η+θ，其中η为不大于内侧天线的垂直半功率角的角度，可以设为
Figure BDA0002311850600000135
内侧天线ANT2的方位角ε2为径向延逆时针方向偏离η-θ。内侧天线数量大于2时，n为奇数的天线方位角为εn＝η+(n-1)θ，n为偶数的天线方位角为εn＝η-(n-1)θ。
当航空器逆时针飞行时，内侧天线ANT1的方位角ε1为径向延顺时针方向偏离η+θ，其中η为不大于内侧天线的垂直半功率角的角度，可以设为
Figure BDA0002311850600000136
内侧天线ANT2的方位角ε2为径向延逆时针方向偏离η-θ。内侧天线数量大于2时，n为奇数的天线方位角为εn＝η+(n-1)θ，n为偶数的天线方位角为εn＝η-(n-1)θ。
为了检测目标区域的通信服务质量，在一个实施例中，调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域之后，方法还包括：获取目标区域内用户终端的参考信号接收功率(Reference Signal Receiving Power，RSRP)。
在一个实施例中，可以依据以表1进行仿真分析，仿真条件如下：飞行真高h为2000m，盘旋半径R为1500m，采用真实的电子3D地图顺时针飞行进行仿真。其中，内侧天线1的下倾角α1为40°，垂直半功率角β1为30°，内侧天线2的下倾角α2为83°，垂直半功率角β2为30°，滚转角γ为7°，俯仰角θ为5°，方位角ε为20°。另基站采用FDD 900M。
表1
Figure BDA0002311850600000141
依据表1可以得到仿真结果图，仿真结果图中的外侧圆直径6km，内侧圆直径3km，目标覆盖区域是内侧圆。通过上述仿真可知，目标覆盖区域(内侧圆)地面的RSRP在-80dBm以上，在有效范围内，说明此空中基站方案具备可行性。
通过仿真分析还可以发现，外侧圆边缘的最低RSRP在-90dBm以上，完全满足地面终端的接入要求，因此，本方案获得的实际连续覆盖区域大于设计值，可以有针对性地对目标地面区域进行连续覆盖。
本发明实施例提供的一种目标区域的信号连续覆盖方法，基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角，再调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角以使信号连续覆盖区域包含目标区域，能够实现对目标区域的信号连续覆盖，进而提高目标区域的通信服务质量。此外，无需在飞行过程中通过云台等设备实时改变机载天线的水平和垂直角度，即可实现对地面的大面积连续覆盖，成本较低。
下面对本发明实施例提供的一种目标区域的信号连续覆盖装置、电子设备及计算机存储介质进行介绍，下文描述的目标区域的信号连续覆盖装置、电子设备及计算机存储介质与上文描述的目标区域的信号连续覆盖方法可相互对应参照。图7是本发明一个实施例提供的一种目标区域的信号连续覆盖装置的结构示意图，该目标区域的信号连续覆盖装置应用于承载通信基站的航空器，如图7所示，该目标区域的信号连续覆盖装置包括：
第一获取模块701，用于获取航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置；
第二获取模块702，用于获取通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对预设中心位置的信号覆盖最远点位置；
确定模块703，用于基于飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角；
调整模块704，用于调整机载天线的当前下倾角至目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含目标区域。
可选地，确定模块703，包括：
获取子模块，用于获取机载天线的天线方向信息和水平半功率角；
天线类型确定子模块，用于基于天线方向信息、水平半功率角及垂直半功率角，确定机载天线的天线类型；
目标下倾角确定子模块，用于基于天线类型、飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角、预设中心位置、垂直半功率角及信号覆盖最远点位置，确定机载天线的目标下倾角。
可选地，天线类型确定子模块，包括：
天线类型确定单元，用于基于天线方向信息，确定机载天线为内侧天线或非内侧天线；其中，内侧天线为天线方向偏向航空器的飞行轨迹内侧的机载天线；
半功率角差异度计算单元，用于当确定机载天线为内侧天线时，基于内侧天线的水平半功率角及垂直半功率角，计算半功率角差异度；
第一内侧天线确定单元，用于当确定半功率角差异度大于第一预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第一内侧天线；
第二内侧天线确定单元，用于当确定半功率角差异度小于第二预设半功率角差异度阈值时，确定内侧天线为第二内侧天线。
可选地，当机载天线为第一内侧天线时，目标下倾角确定子模块，包括：
第一距离计算单元，用于计算预设中心位置和信号覆盖最远点位置之间的第一距离；
目标下倾角确定单元，用于利用第一距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角。
可选地，当机载天线为第二内侧天线时，目标下倾角确定子模块，包括：
位置获取单元，用于获取机载天线的相对预设中心位置的信号覆盖最近点位置；
第二距离计算单元，用于计算信号覆盖最近点位置和信号覆盖最远点位置之间的第二距离；
目标下倾角确定单元，用于利用第二距离、飞行轨迹最远距离、飞行高度、垂直半功率角及滚转角，确定机载天线的目标下倾角。
可选地，该目标区域的信号连续覆盖装置，还包括：
参考信号接收功率获取模块，用于获取目标区域内用户终端的参考信号接收功率。
图7提供的目标区域的信号连续覆盖装置中的各个模块具有实现图1所示实例中各个步骤的功能，并达到与图1所示目标区域的信号连续覆盖方法相同的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。
图8是本发明一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
电子设备可以包括处理器801以及存储有计算机程序指令的存储器802。
具体地，上述处理器801可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器802可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器802可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器802可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器802可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器802是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器802包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器801通过读取并执行存储器802中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种目标区域的信号连续覆盖方法。
在一个示例中，电子设备还可包括通信接口803和总线810。其中，如图8所示，处理器801、存储器802、通信接口803通过总线810连接并完成相互间的通信。
通信接口803，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线810包括硬件、软件或两者，将在线数据流量计费设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线810可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
另外，结合上述实施例中的目标区域的信号连续覆盖方法，本发明实施例可提供一种计算机存储介质来实现。该计算机存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种目标区域的信号连续覆盖方法。
本发明一个实施例还提供了一种实现目标区域的信号连续覆盖的天线系统，天线系统搭载在第一方面的承载通信基站的航空器上，天线系统包括机载天线，机载天线用于收发卫星或用户终端的通信信号；机载天线包括内侧天线或非内侧天线，内侧天线包括第一内侧天线和第二内侧天线。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种目标区域的信号连续覆盖方法，其特征在于，应用于承载通信基站的航空器，所述方法包括：
获取所述航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置；
获取所述通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对所述预设中心位置的信号覆盖最远点位置；
基于所述飞行高度、所述飞行轨迹最远距离、所述滚转角、所述预设中心位置、所述垂直半功率角及所述信号覆盖最远点位置，确定所述机载天线的目标下倾角；
调整所述机载天线的当前下倾角至所述目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含所述目标区域。
2.根据权利要求1所述的目标区域的信号连续覆盖方法，其特征在于，所述基于所述飞行高度、所述飞行轨迹最远距离、所述滚转角、所述预设中心位置、所述垂直半功率角及所述信号覆盖最远点位置，确定所述机载天线的目标下倾角，所述方法包括：
获取所述机载天线的天线方向信息和水平半功率角；
基于所述天线方向信息、所述水平半功率角及所述垂直半功率角，确定所述机载天线的天线类型；
基于所述天线类型、所述飞行高度、所述飞行轨迹最远距离、所述滚转角、所述预设中心位置、所述垂直半功率角及所述信号覆盖最远点位置，确定所述机载天线的所述目标下倾角。
3.根据权利要求2所述的目标区域的信号连续覆盖方法，其特征在于，所述基于所述天线方向信息、所述水平半功率角及所述垂直半功率角，确定所述机载天线的天线类型，所述方法包括：
基于所述天线方向信息，确定所述机载天线为内侧天线或非内侧天线；其中，所述内侧天线为天线方向偏向所述航空器的飞行轨迹内侧的机载天线；
当确定所述机载天线为所述内侧天线时，基于所述内侧天线的所述水平半功率角及所述垂直半功率角，计算半功率角差异度；
当确定所述半功率角差异度大于第一预设半功率角差异度阈值时，确定所述内侧天线为第一内侧天线；
当确定所述半功率角差异度小于第二预设半功率角差异度阈值时，确定所述内侧天线为第二内侧天线。
4.根据权利要求3所述的目标区域的信号连续覆盖方法，其特征在于，当所述机载天线为所述第一内侧天线时，所述基于所述天线类型、所述飞行高度、所述飞行轨迹最远距离、所述滚转角、所述预设中心位置、所述垂直半功率角及所述信号覆盖最远点位置，确定所述机载天线的所述目标下倾角，所述方法包括：
计算所述预设中心位置和所述信号覆盖最远点位置之间的第一距离；
利用所述第一距离、所述飞行轨迹最远距离、所述飞行高度、所述垂直半功率角及所述滚转角，确定所述机载天线的所述目标下倾角。
5.根据权利要求3所述的目标区域的信号连续覆盖方法，其特征在于，当所述机载天线为所述第二内侧天线时，所述基于所述天线类型、所述飞行高度、所述飞行轨迹最远距离、所述滚转角、所述预设中心位置、所述垂直半功率角及所述信号覆盖最远点位置，确定所述机载天线的所述目标下倾角，所述方法包括：
获取所述机载天线的相对所述预设中心位置的信号覆盖最近点位置；
计算所述信号覆盖最近点位置和所述信号覆盖最远点位置之间的第二距离；
利用所述第二距离、所述飞行轨迹最远距离、所述飞行高度、所述垂直半功率角及所述滚转角，确定所述机载天线的所述目标下倾角。
6.根据权利要求1至5项所述的目标区域的信号连续覆盖方法，其特征在于，所述调整所述机载天线的当前下倾角至所述目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含所述目标区域之后，所述方法还包括：
获取所述目标区域内用户终端的参考信号接收功率。
7.一种目标区域的信号连续覆盖装置，其特征在于，应用于承载通信基站的航空器，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述航空器的飞行高度、飞行轨迹最远距离、滚转角及目标区域的预设中心位置；
第二获取模块，用于获取所述通信基站的机载天线的垂直半功率角和相对所述预设中心位置的信号覆盖最远点位置；
确定模块，用于基于所述飞行高度、所述飞行轨迹最远距离、所述滚转角、所述预设中心位置、所述垂直半功率角及所述信号覆盖最远点位置，确定所述机载天线的目标下倾角；
调整模块，用于调整所述机载天线的当前下倾角至所述目标下倾角，以使信号连续覆盖区域包含所述目标区域。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1-6任意一项所述的目标区域的信号连续覆盖方法。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述的目标区域的信号连续覆盖方法。
10.一种实现目标区域的信号连续覆盖的天线系统，其特征在于，所述天线系统搭载在权利要求1至6任一项所述的承载通信基站的航空器上，所述天线系统包括机载天线，所述机载天线用于收发卫星或用户终端的通信信号；所述机载天线包括内侧天线或非内侧天线，所述内侧天线包括第一内侧天线和第二内侧天线。
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