CN113690617A - 一种相控阵天线模组的控制方法及系统 - Google Patents

一种相控阵天线模组的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种相控阵天线模组的控制方法及系统，涉及天线技术领域。该方法包括获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度；如果当前时间段所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值，则根据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角；基于当前预估姿态角调整相控阵天线模组的姿态角；在调整相控阵天线模组的姿态角后，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则将当前预估姿态角作为相控阵天线模组在当前时间段的姿态角。本申请提供的相控阵天线模组的控制方法及系统可在卫星跟踪过程中降低运算复杂性，减少运算量。

Description

一种相控阵天线模组的控制方法及系统
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种相控阵天线模组的控制方法及系统。
背景技术
相控阵天线模组是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向的天线模组，常用于与低轨道的卫星通讯。
由于低轨道卫星相对于地面来说为非静止的，因此需要与卫星通讯的相控阵天线模组具有跟踪卫星的能力。目前对于卫星跟踪，常用的方式是根据获取到的卫星信号实时计算相控阵天线模组并实时调整相控阵天线模组的姿态角。然而，采用这样的方式需要消耗大量的计算资源，增加了系统的负担。
因此，如何提供一种有效的方案，以避免在卫星跟踪过程中消耗大量的计算资源，已成为现有技术中一亟待解决的难题。
发明内容
第一方面，本申请实施例提供了一种相控阵天线模组的控制方法，包括：
获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度；
如果当前时间段所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值，则根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角；
基于所述当前预估姿态角调整所述相控阵天线模组的姿态角；
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则将所述当前预估姿态角作为所述相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角；
其中，相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角。
在一个可能的设计中，所述方法还包括：
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度低于所述预设强度阈值，则将天空空域划分为多个网格区域；
调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向各网格区域时所接收到卫星信号的第三信号强度；
将所述第三信号强度中数值最大且大于所述预设强度阈值的信号强度作目标信号强度，并将所述相控阵天线模组的姿态角调整为所述目标信号强度所对应的姿态角。
在一个可能的设计中，所述调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向各网格区域时所接收到卫星信号的第三信号强度，包括：
调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向当前网格区域之外的相邻网格区域时所接收到卫星信号的第四信号强度；
如果所述第四信号强度中不存在大于所述预设强度阈值的信号强度，则调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向所述相邻网格区域之外的其他网格区域时所接收到卫星信号的第五信号强度。
在一个可能的设计中，所述根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角，包括：
根据多个所述历史姿态角中的俯仰角和偏航角，确定出所述相控阵天线模组的俯仰角变化函数和偏航角变化函数；
基于所述俯仰角变化函数和所述偏航角变化函数，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
在一个可能的设计中，所述获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度，包括：
获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度和所述相控阵天线模组的坐标信息；
根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角，包括：
根据所述相控阵天线模组在当前时间段的坐标信息以及所述多个历史时间段的坐标信息，计算出所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量；
基于所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
在一个可能的设计中，所述坐标信息为经纬度坐标。
在一个可能的设计中，所述基于所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角，包括：
将所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角作为预先训练好的神经网络模型的输入进行运算，得到所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
第二方面，本申请实施例提供了一种相控阵天线模组的控制系统，包括：
相控阵天线模组和控制单元，所述控制单元与所述相控阵天线模组电连接；
所述相控阵天线模组用于将所接收到卫星信号的信号强度发送给所述控制单元；
所述控制单元用于在当前时间段所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值时，根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角；
基于所述当前预估姿态角调整所述相控阵天线模组的姿态角；以及
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则将所述当前预估姿态角作为所述相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角；
其中，相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角。
在一个可能的设计中，相控阵天线模组的控制系统还包括三轴陀螺仪，所述三轴陀螺仪设置于所述相控阵天线模组上，所述三轴陀螺仪与所述控制单元电连接，所述三轴陀螺仪用于检测所述相控阵天线模组的姿态角。
在一个可能的设计中，相控阵天线模组的控制系统还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与所述控制单元电连接，所述GPS定位模块用于检测所述相控阵天线模组的经纬度坐标。
本申请一个或多个实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
由于在当前时间段相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值时，根据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角，基于当前预估姿态角调整相控阵天线模组的姿态角，在调整相控阵天线模组的姿态角后，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于预设强度阈值，则将当前预估姿态角作为相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角，以便用于相控阵天线模组在后续的姿态角预估。如此，不需要实时计算相控阵天线模组的调整角度，从而降低了运算量，在不影响相控阵天线模组与卫星正常通信的情形下，避免在卫星跟踪过程中消耗大量的计算资源，且在估算相控阵天线模组的当前预估姿态角时可依据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角进行预估，进一步降低了运算复杂度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本文件的进一步理解，构成本文件的一部分，本文件的示意性实施例及其说明用于解释本文件，并不构成对本文件的不当限定。在附图中：
图1为本申请一个实施例提供的相控阵天线模组的控制方法的流程图。
图2为本申请一个实施例提供的相控阵天线模组的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了避免在卫星跟踪过程中消耗大量的计算资源，本申请实施例提供了一种相控阵天线模组的控制方法及系统，该相控阵天线模组的控制方法及系统不需要实时计算相控阵天线模组的调整角度，从而降低了运算量，在不影响相控阵天线模组与卫星正常通信的情形下，避免在卫星跟踪过程中消耗大量的计算资源。
下面将对本申请实施例提供的相控阵天线模组的控制方法进行详细说明。
如图1所示，本申请实施例提供的相控阵天线模组的控制方法可以包括如下步骤：
步骤S101，获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度。
本申请实施例中，相控阵天线模组在与低轨道卫星通讯过程中，可以实时获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度。
步骤S102，如果当前时间段相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值，则根据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角。
本申请实施例中，可将时间划分为连续且时长相等的多个时间段，并预先设置有一个用于评价相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度的预设强度阈值，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度大于该预设强度阈值，则说明相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度较好，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度小于该预设强度阈值，则说明明相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度一般。
在获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度后，可判断当前时间段相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度是否低于该预设强度阈值，如果是则需要调整相控阵天线模组的姿态角以确保相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度保持较好的情况。此时，可根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角。其中，相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角。本申请实施例中，相控阵天线模组的姿态角可以是指相控阵天线模组中相控阵天线的波束的角度。
在估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角时，可根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角建立相控阵天线模组的姿态角变化函数，并根据该变化函数估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角。具体的，由于相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角，因此在估算相控阵天线模组的当前预估姿态角时，可根据多个所述历史姿态角中的俯仰角和偏航角，确定出所述相控阵天线模组的俯仰角变化函数和偏航角变化函数，然后基于所述俯仰角变化函数和所述偏航角变化函数，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
步骤S103，基于当前预估姿态角调整相控阵天线模组的姿态角。
步骤S104，在调整相控阵天线模组的姿态角后，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于预设强度阈值，则将当前预估姿态角作为相控阵天线模组在当前时间段的姿态角。
在调整相控阵天线模组的姿态角后的下一时间段，可将最新获取到相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度，与该预设强度阈值进行比较，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则说明调整后相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度较好，此时可将所述当前预估姿态角作为所述相控阵天线模组在所述当前时间段(即最新获取到卫星信号的第二信号强度的前一个时间段)的姿态角，以便作为后续估算相控阵天线模组的姿态角的依据。
综上所述，本申请实施例提供的相控阵天线模组的控制方法通过在当前时间段相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值时，根据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角，基于当前预估姿态角调整相控阵天线模组的姿态角，在调整相控阵天线模组的姿态角后，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于预设强度阈值，则将当前预估姿态角作为相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角，以便用于相控阵天线模组在后续的姿态角预估。如此，不需要实时计算相控阵天线模组的调整角度，从而降低了运算量，在不影响相控阵天线模组与卫星正常通信的情形下，避免在卫星跟踪过程中消耗大量的计算资源，且在估算相控阵天线模组的当前预估姿态角时可依据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角进行预估，进一步降低了运算复杂度。
进一步的，本申请实施例还提供了一种在调整相控阵天线模组的姿态角后，相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度低于预设强度阈值的情形下，对相控阵天线模组的姿态角进行调整的可能设计一，其包括但不限于如下的步骤S201-S203。
步骤S201，在调整相控阵天线模组的姿态角后，如果相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度低于预设强度阈值，则将天空空域划分为多个网格区域。
步骤S202，调整相控阵天线模组的姿态角，以获取相控阵天线模组朝向各网格区域时所接收到卫星信号的第三信号强度。
具体的，调整相控阵天线模组的姿态角，以获取相控阵天线模组朝向各网格区域时所接收到卫星信号的第三信号强度，包括如下步骤。
首先，调整相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向当前网格区域之外的相邻网格区域时所接收到卫星信号的第四信号强度。如果第四信号强度中存在大于预设强度阈值的信号强度，则将第四信号强度作为所述第三信号强度。
如果第四信号强度中不存在大于预设强度阈值的信号强度，则调整相控阵天线模组的姿态角，以获取相控阵天线模组朝向相邻网格区域之外的其他网格区域时所接收到卫星信号的第五信号强度，并将第五信号强度作为所述第三信号强度。
步骤S203，将第三信号强度中数值最大且大于预设强度阈值的信号强度作目标信号强度，并将相控阵天线模组的姿态角调整为目标信号强度所对应的姿态角。
由此通过上述的可能设计一，可在根据在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角预估出的相控阵天线模组的当前预估姿态角不准确时，通过先获取相控阵天线模组朝向当前网格区域之外的相邻网格区域时所接收到卫星信号的信号强度，再获取相控阵天线模组朝向相邻网格区域之外的其他网格区域时所接收到卫星信号的信号强度，从而估算相控阵天线模组的当前预估姿态角，且可降低估算相控阵天线模组的当前预估姿态角时的运算量。
本申请实施例还提供了一种应用于相控阵天线模组安装于移动载具并随移动载具移动时，估算相控阵天线模组的当前预估姿态角的可能设计二。其包括但不限于如下步骤S301-S303。
步骤S301，获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度和相控阵天线模组的坐标信息。
其中，所述坐标信息为经纬度坐标。
步骤S302，根据相控阵天线模组在当前时间段的坐标信息以及多个历史时间段的坐标信息，计算出相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及多个历史时间段中相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量。
步骤S303，基于多个历史时间段中相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段相控阵天线模组的历史姿态角，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角。
本申请实施例中，预先训练有用于计算相控阵天线模组的当前预估姿态角的神经网络模型，在计算相控阵天线模组的当前预估姿态角时，可将所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角作为预先训练好的神经网络模型的输入进行运算，得到所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
由此通过上述的可能设计二，可在相控阵天线模组处于移动状态下，估算出相控阵天线模组的当前预估姿态角，以确保相控阵天线模组与卫星保持良好的通信。
图2是本申请的一个实施例提供的相控阵天线模组的控制系统的结构示意图。请参考图2，相控阵天线模组的控制系统包括相控阵天线模组和控制单元，所述控制单元与所述相控阵天线模组电连接；
所述相控阵天线模组用于将所接收到卫星信号的信号强度发送给所述控制单元；
所述控制单元用于在当前时间段所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值时，根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角；
基于所述当前预估姿态角调整所述相控阵天线模组的姿态角；以及
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则将所述当前预估姿态角作为所述相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角；
其中，相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角。
在一个可能的设计中，相控阵天线模组的控制系统还包括三轴陀螺仪，所述三轴陀螺仪设置于所述相控阵天线模组上，所述三轴陀螺仪与所述控制单元电连接，所述三轴陀螺仪用于检测所述相控阵天线模组的姿态角。
在一个可能的设计中，相控阵天线模组的控制系统还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与所述控制单元电连接，所述GPS定位模块用于检测所述相控阵天线模组的经纬度坐标。
总之，以上所述仅为本文件的较佳实施例而已，并非用于限定本文件的保护范围。凡在本文件的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的保护范围之内。
本文件中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (10)

1.一种相控阵天线模组的控制方法，其特征在于，包括：
获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度；
如果当前时间段所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值，则根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角；
基于所述当前预估姿态角调整所述相控阵天线模组的姿态角；
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则将所述当前预估姿态角作为所述相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角；
其中，相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度低于所述预设强度阈值，则将天空空域划分为多个网格区域；
调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向各网格区域时所接收到卫星信号的第三信号强度；
将所述第三信号强度中数值最大且大于所述预设强度阈值的信号强度作目标信号强度，并将所述相控阵天线模组的姿态角调整为所述目标信号强度所对应的姿态角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向各网格区域时所接收到卫星信号的第三信号强度，包括：
调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向当前网格区域之外的相邻网格区域时所接收到卫星信号的第四信号强度；
如果所述第四信号强度中不存在大于所述预设强度阈值的信号强度，则调整所述相控阵天线模组的姿态角，以获取所述相控阵天线模组朝向所述相邻网格区域之外的其他网格区域时所接收到卫星信号的第五信号强度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角，包括：
根据多个所述历史姿态角中的俯仰角和偏航角，确定出所述相控阵天线模组的俯仰角变化函数和偏航角变化函数；
基于所述俯仰角变化函数和所述偏航角变化函数，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度，包括：
获取相控阵天线模组所接收到卫星信号的信号强度和所述相控阵天线模组的坐标信息；
根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角，包括：
根据所述相控阵天线模组在当前时间段的坐标信息以及所述多个历史时间段的坐标信息，计算出所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量；
基于所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述坐标信息为经纬度坐标。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角，包括：
将所述多个历史时间段中所述相控阵天线模组从前一时间段至后一时间段的位移矢量，所述相控阵天线模组从当前时间段的上一时间段至当前时间段的位移矢量，以及在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角作为预先训练好的神经网络模型的输入进行运算，得到所述相控阵天线模组的当前预估姿态角。
8.一种相控阵天线模组的控制系统，其特征在于，包括：
相控阵天线模组和控制单元，所述控制单元与所述相控阵天线模组电连接；
所述相控阵天线模组用于将所接收到卫星信号的信号强度发送给所述控制单元；
所述控制单元用于在当前时间段所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第一信号强度低于预设强度阈值时，根据在前的多个历史时间段所述相控阵天线模组的历史姿态角，估算出所述相控阵天线模组的当前预估姿态角；
基于所述当前预估姿态角调整所述相控阵天线模组的姿态角；以及
在调整所述相控阵天线模组的姿态角后，如果所述相控阵天线模组所接收到卫星信号的第二信号强度高于所述预设强度阈值，则将所述当前预估姿态角作为所述相控阵天线模组在所述当前时间段的姿态角；
其中，相控阵天线模组的姿态角包括俯仰角和偏航角。
9.根据权利要求8所述的相控阵天线模组的控制系统，其特征在于，还包括三轴陀螺仪，所述三轴陀螺仪设置于所述相控阵天线模组上，所述三轴陀螺仪与所述控制单元电连接，所述三轴陀螺仪用于检测所述相控阵天线模组的姿态角。
10.根据权利要求8所述的相控阵天线模组的控制系统，其特征在于，还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与所述控制单元电连接，所述GPS定位模块用于检测所述相控阵天线模组的经纬度坐标。
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