CN113809538A - 一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法与装置，所述方法包括S1.将接收天线和电子罗盘通过固定装置安装于云台的转动面板；S2.初始化参数并设定云台的顺时针和逆时针受限角；S3.读取当前电子罗盘角度数据并进行归一化处理得到归一化后的当前天线方向角为Angle；S4.计算得到云台的转动方向，并控制云台按照此转动方向进行转动，自动调整天线方向；S5.调整云台的转动速度；S6.判断当前天线方向角与天线目标方向角是否一致，若是则更新istopAccum，更新后的值为更新前的值加1,否则令istopAccum=0；S7.istopAccum>=20时控制云台停止转动、停止罗盘读数并结束天线方向调整。本发明在无需固定卡环对云台进行限位的基础上，避免了线缆缠绕，实现了天线转动方向自动判断和调整。

Description

一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法与装置

技术领域

本发明涉及电磁环境测试领域，特别是涉及一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法与装置。

背景技术

随着电子技术的发展，大功率微波设备不断涌现，各种类型、频率的电子信号影响了地球表面的电磁环境；电磁环境越来越恶劣，严重的危害了国家的武器装备和人员安全。同时空间中存在大量的电磁辐射信号可能导致军用通信、雷达等仪器的信噪比下降甚至根本无法工作。如何在海量的电磁环境信号中提取有效信息，提高监测效率，已经成为电磁环境和电磁频谱监测领域的新课题。

由于在电磁环境测试中，为了兼顾监测信号的灵敏度和方向性要求，需要用具有宽频带，方向性好和增益可观的定向接收天线（如喇叭天线或对数周期天线）全方位角度范围内的定向转动以获取任一方向的电磁波信号。因此电磁环境测试系统一般由PC机、测量接收机、接收天线、电子罗盘、固定装置和云台等设备组成。其中的测量接收机和接收天线用于获得来自于天线主瓣方向的电磁波信号，固定装置用于将一部或多部接收天线和电子罗盘水平固定在云台上，电子罗盘和云台配合用于控制天线方向角的转动和获取云台当前转动位置的天线方向角。但是，云台如果无限制的按照一个方向转动，则有可能云台上设备的线缆缠绕，甚至断裂。而如果在云台支架上安装固定卡环，虽然可以防止线缆缠绕，但是传统的任意两个角度之间差值的方法来判断两个位置距离的方式不再适用，并且由于卡环的存在，可能会部分方位角可能没有办法调节到，会给天线调节工作带来不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法与装置，在不需要利用固定卡环对云台进行限位的基础上，避免了线缆缠绕，实现了天线转动方向自动判断和调整，且能够调节到任意一个所需的方位角。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，包括以下步骤：

S1.将接收天线和电子罗盘通过固定装置安装于云台的转动面板，并使得接收天线的主接收方向与电子罗盘的接收方向一致；

S2.初始化并设定云台的顺时针和逆时针受限角分别为-180和+180，设定云台当前绕圈数iCurCircleRotated为0，设定停止累计istopAccum=0；

S3.读取当前电子罗盘角度数据并进行归一化处理到角度区间[-180,+180)，得到归一化后的当前天线方向角为Angle；

S4.根据当前天线方向角、天线目标方向角、顺时针方向受限角和逆时针方向受限角，计算得到云台的转动方向，并控制云台按照此转动方向进行转动，自动调整天线方向；

S5.判断当前天线方向角与目标角的接近程度并调整云台的转动速度；

S6.判断当前天线方向角与天线目标方向角是否一致，若是则更新istopAccum，更新后的值为更新前的值加1,否则令istopAccum=0；

S7.返回步骤S3，并重复执行步骤S3~S7,直至istopAccum>=20为止，此时控制云台停止转动、停止罗盘读数并结束天线方向调整。

因为程序控制云台停止的时候是基于当前的读取的角度发出的指令，指令发出云台停止，但是停止的时候云台已经由发出指令前的转速和方向（会往前转动一个小角度，这个角度已经不与目标角度重合了），这时依然读取罗盘的角度，程序会发现角度已经超出目标角度了（在等待istopAccum>=20条件达成的过程中），因此就要控制云台反向转动，如此反复，直到（等待istopAccum>=20条件达成为止停止转动），并且在此过程中云台转动速度是会逐步降低的，所以最终istopAccum>=20能够使得天线自动调整的误差显著减小。

所述步骤S3中，读取的罗盘数据angle_raw的范围是[-360,360]；归一化得到当前天线方向角为Angle的方式如下：

如果angle_raw>=180,则Angle=angle_raw-360;

如果angle_raw<-180，则Angle=angle_raw+360；

如果angle_raw<180并且angle_raw>=-180，则Angle=angle_raw。

进一步地，所述步骤S4中，计算得到云台转动方向的过程包括：

S401.将天线目标方向角进行归一化到[-180,+180)的处理，得到归一化后的目标角度targ；

S402.统计前次归一化后的天线方向角angle_old、当前归一化后的天线方向角angle与归一化后的目标角度targ的数据；

S403.动态调整iCurCircleRotated的取值；

S404.将angle添加当前绕圈数iCurCircleRotated*360和targ之间的数值大小在计算区间中的相互位置关系确定云台转动方向：

1）如果angle+iCurCircleRotated*360>targ，则云台转动方向调整为顺时针；

2）如果angle+iCurCircleRotated*360<=targ，则云台转动方向调整为逆时针。

其中，所述步骤S303当前绕圈数iCurCircleRotated的动态调整方法包括：

1）如果-150>angle_old>=-180且180>=angle>=150，则说明云台转动过程中顺时针转运且跨过了顺时针限位角，则对iCurCircleRotated取值进行调整，调整后的取值为调制前的取值减1；

2）如果-150>angle >=-180且180>=angle_old >=150，则说明云台转动过程中逆时针转运且跨过了逆时针限位角，则对iCurCircleRotated取值进行调整，调整后的取值为调制前的取值加1。

其中，所述步骤S5中，当|angle+iCurCircleRotated*360-targ|<20、10或5时，云台速度分别调整为初始速度的0.5倍速、0.2倍数和0.1倍数。

其中，所述步骤S6中，当|angle-targ|<ang_prec时，则判定为当前角与目标角一致，则云台停止转动且停止罗盘读数，其中ang_prec表示设定的角度精度要求。

一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节装置，所述天线调节装置包括PC机、接收天线、电子罗盘、固定装置和云台；

所述固定装置安装于云台的转动面板上，接收天线和电子罗盘设置在所述固定装置上，天线的主接收方向与电子罗盘的接收方向一致，电子罗盘方向数据即代表了此时天线的主接收方向；

所述PC机通过射频电缆分别与云台和罗盘，用于根据电子罗盘的方向数据得到实时的当前天线方向角，并按照所述天线调节方法对云台转动进行控制。

本发明的有益效果是：在不需要利用固定卡环对云台进行限位（无硬限位）的基础上，避免了线缆缠绕，实现了天线转动方向自动判断和调整，且能够调节到任意一个所需的方位角。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为云台转动方向调整为顺时针时的情况示意图；

图3为云台转动方向调整为逆时针时的情况示意图；

图4为云台顺时针转且跨过了顺时针限位角的示意图；

图5为云台逆时针转且跨过了逆时针限位角的示意图；

图6云台转动速度倍数调整示意图；

图7为当前角度与目标角度的比较示意图；

图8为本发明的装置原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，包括以下步骤：

S1.将接收天线和电子罗盘通过固定装置安装于云台的转动面板，并使得接收天线的主接收方向与电子罗盘的接收方向一致；

S2.PC机初始化并设定云台的顺时针和逆时针受限角分别为-180和+180，设定云台当前绕圈数iCurCircleRotated为0，设定停止累计istopAccum=0；由于没有采用硬件限位的方式，所以可以称作无硬限位，或这软限位（通过直接定义受限角，没有硬件限位的情况下，在PC机的控制下的限位）

S3.PC机读取当前电子罗盘角度数据并进行归一化处理到角度区间[-180,+180)，得到归一化后的当前天线方向角为Angle；

S4.PC机根据当前天线方向角、天线目标方向角、顺时针方向受限角和逆时针方向受限角，计算得到云台的转动方向，并控制云台按照此转动方向进行转动，自动调整天线方向；

S5.PC机判断当前天线方向角与目标角的接近程度并调整云台的转动速度；

S6.PC机判断当前天线方向角与天线目标方向角是否一致，若是则更新istopAccum，更新后的值为更新前的值加1,否则令istopAccum=0；

S7.返回步骤S3，并重复执行步骤S3~S7,直至istopAccum>=20为止，此时控制云台停止转动、停止罗盘读数并结束天线方向调整。

所述步骤S3中，读取的罗盘数据angle_raw的范围是[-360,360]；归一化得到当前天线方向角为Angle的方式如下：

如果angle_raw>=180,则Angle=angle_raw-360;

如果angle_raw<-180，则Angle=angle_raw+360；

如果angle_raw<180并且angle_raw>=-180，则Angle=angle_raw。

进一步地，所述步骤S4中，计算得到云台转动方向的过程包括：

S401.将天线目标方向角进行归一化到[-180,+180)的处理，得到归一化后的目标角度targ；

S402.统计前次归一化后的天线方向角angle_old（若当前是第一次，则angle_old为0）、当前归一化后的天线方向角angle与归一化后的目标角度targ的数据；

S403.动态调整iCurCircleRotated的取值；

S404.将angle添加当前绕圈数iCurCircleRotated*360和targ之间的数值大小在计算区间中的相互位置关系确定云台转动方向：

1）如图2所示，如果angle+iCurCircleRotated*360>targ，则云台转动方向调整为顺时针；

2）如图3所示，如果angle+iCurCircleRotated*360<=targ，则云台转动方向调整为逆时针。

其中，所述步骤S303当前绕圈数iCurCircleRotated的动态调整方法包括：

1）如图4所示，如果-150>angle_old>=-180且180>=angle>=150，则说明云台转动过程中顺时针转运且跨过了顺时针限位角，则对iCurCircleRotated取值进行调整，调整后的取值为调制前的取值减1；

2）如图5所示，如果-150>angle >=-180且180>=angle_old >=150，则说明云台转动过程中逆时针转运且跨过了逆时针限位角，则对iCurCircleRotated取值进行调整，调整后的取值为调制前的取值加1。

如图6所示，由于罗盘读角与云台转动不是同步的，即判断云台转动的指令发出与罗盘所读的角度之间存在滞后性，因此当云台接近目标角度的时候采用逐步逼近的策略，所述步骤S5中，当|angle+iCurCircleRotated*360-targ|<20、10或5时，云台速度分别调整为初始速度的0.5倍速、0.2倍数和0.1倍数。

如图7所示，所述步骤S6中，当|angle-targ|<ang_prec时，则判定为当前角与目标角一致，则云台停止转动且停止罗盘读数，其中ang_prec表示设定的角度精度要求，比如0.5或1。

如图8所示，一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节装置，所述天线调节装置包括PC机、接收天线、电子罗盘、固定装置和云台；

所述固定装置安装于云台的转动面板上，接收天线和电子罗盘设置在所述固定装置上，天线的主接收方向与电子罗盘的接收方向一致，电子罗盘方向数据即代表了此时天线的主接收方向；

所述PC机通过射频电缆分别与云台和罗盘，用于根据电子罗盘的方向数据得到实时的当前天线方向角，并按照所述天线调节方法对云台转动进行控制。

在进行电磁环境测试时，还需要加入测试接收机，将测试接收机通过射频线缆与接收天线连接，同时测试接收机通过信号线与PC机连接，测试接收机将接收到的信号传输给PC机后，即可在PC机上进行电磁环境测试。

需要说明的是，以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.将接收天线和电子罗盘通过固定装置安装于云台的转动面板，并使得接收天线的主接收方向与电子罗盘的接收方向一致；

S2.初始化并设定云台的顺时针和逆时针受限角分别为-180和+180，设定云台当前绕圈数iCurCircleRotated为0，设定停止累计istopAccum=0；

S3.读取当前电子罗盘角度数据angle_raw并进行归一化处理到角度区间[-180,+180)，得到归一化后的当前天线方向角为Angle；

S4.根据当前天线方向角、天线目标方向角、顺时针方向受限角和逆时针方向受限角，计算得到云台的转动方向，并控制云台按照此转动方向进行转动，自动调整天线方向；

S5.判断当前天线方向角与目标角的接近程度并调整云台的转动速度；

S6.判断当前天线方向角与天线目标方向角是否一致，若是则更新istopAccum，更新后的值为更新前的值加1,否则令istopAccum=0；

S7.返回步骤S3，并重复执行步骤S3~S7,直至istopAccum>=20为止，此时控制云台停止转动、停止罗盘读数并结束天线方向调整。

2.根据权利要求1所述的一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，其特征在于：所述步骤S3中，读取的罗盘数据angle_raw的范围是[-360,360]；归一化得到当前天线方向角为Angle的方式如下：

如果angle_raw>=180,则Angle=angle_raw-360;

如果angle_raw<-180，则Angle=angle_raw+360；

如果angle_raw<180并且angle_raw>=-180，则Angle=angle_raw。

3.根据权利要求1所述的一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，其特征在于：所述步骤S4中，计算得到云台转动方向的过程包括：

S401.将天线目标方向角进行归一化到[-180,+180)的处理，得到归一化后的目标角度targ；

S402.统计前次归一化后的天线方向角angle_old、当前归一化后的天线方向角angle与归一化后的目标角度targ的数据；

S403.动态调整iCurCircleRotated的取值；

S404.将angle添加当前绕圈数iCurCircleRotated*360和targ之间的数值大小在计算区间中的相互位置关系确定云台转动方向：

1）如果angle+iCurCircleRotated*360>targ，则云台转动方向调整为顺时针；

2）如果angle+iCurCircleRotated*360<=targ，则云台转动方向调整为逆时针。

4.根据权利要求1所述的一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，其特征在于：所述步骤S303当前绕圈数iCurCircleRotated的动态调整方法包括：

1）如果-150>angle_old>=-180且180>=angle>=150，则说明云台转动过程中顺时针转运且跨过了顺时针限位角，则对iCurCircleRotated取值进行调整，调整后的取值为调制前的取值减1；

2）如果-150>angle >=-180且180>=angle_old >=150，则说明云台转动过程中逆时针转运且跨过了逆时针限位角，则对iCurCircleRotated取值进行调整，调整后的取值为调制前的取值加1。

5.根据权利要求1所述的一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，其特征在于：所述步骤S5中，当|angle+iCurCircleRotated*360-targ|<20、10或5时，云台速度分别调整为初始速度的0.5倍速、0.2倍数和0.1倍数。

6.根据权利要求1所述的一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节方法，其特征在于：所述步骤S6中，当|angle-targ|<ang_prec时，则判定为当前角与目标角一致，则云台停止转动且停止罗盘读数，其中ang_prec表示设定的角度精度要求。

7.一种电磁环境测试中无硬限位的天线方向调节装置，采用权利要求1~5中任意一项所述的方法进行天线方向调节，其特征在于：所述天线调节装置包括PC机、接收天线、电子罗盘、固定装置和云台；

所述固定装置安装于云台的转动面板上，接收天线和电子罗盘设置在所述固定装置上，天线的主接收方向与电子罗盘的接收方向一致，电子罗盘方向数据即代表了此时天线的主接收方向；

所述PC机通过射频电缆分别与云台和罗盘，用于根据电子罗盘的方向数据得到实时的当前天线方向角，并按照所述天线调节方法对云台转动进行控制。

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