CN113904113B - 一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法与装置，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.在进行天线调节前，确定云台顺时针方向受限角和逆时针方向受限角；S3.天线调节开始后，读取电子罗盘数据，得到当前天线方向角；S4.根据当前天线方向角、天线的目标方向角、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，以自动调整天线方向，向天线的目标方向角逼近；S5.重复执行步骤S3~S4，直到天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束。本发明在通过云台硬限位方式防止线缆缠绕的同时，实现了天线转动方向自动判断和调整。

Description

一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法与装置

技术领域

本发明涉及电磁环境测试领域，特别是涉及一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法与装置。

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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法与装置，在通过云台硬限位方式防止线缆缠绕的同时，实现了天线转动方向自动判断和调整。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，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，并在云台的转动支架上安装卡环，对云台转动进行硬限位；

S2.在进行天线调节前，确定云台顺时针方向受限角和逆时针方向受限角；

S3.天线调节开始后，读取电子罗盘数据，得到当前天线方向角；

S4.根据当前天线方向角、天线的目标方向角、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，以自动调整天线方向，向天线的目标方向角逼近；

S5.重复执行步骤S3～S4，直到天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束。

进一步地，所述步骤S2包括：

通过PC机控制云台顺时针方向转动，电子罗盘将实时获得的天线方向角回传给PC机，直到顺时针方向转动受限为止，得到顺时针方向受限角；

通过PC机控制云台逆时针方向转动，电子罗盘将实时获得的天线方向角回传给PC机，直到逆时针方向转动受限为止，得到逆时针方向受限角。

进一步地，所述步骤S2中，当云台顺时针方向转动时，若实时回传的天线方向角在设定时间内数值保持不变，则认为顺时针方向转动受限，此时电子罗盘回传的方向角为顺时针方向受限角。

进一步地，当云台逆时针方向转动时，若实时回传的天线方向角在设定时间内数值保持不变，则认为逆时针方向转动受限，此时电子罗盘回传的方向角为逆时针方向受限角。

进一步地，所述步骤S4中，计算云台的转动方向的过程如下：

将顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角同时减去逆时针方向受限角并进行归一化处理，然后划分成多个不同的计算区间；

分别根据归一化后的顺时针方向受限角天、线当前方向角和天线目标方向角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。

进一步地，所述步骤S5中，天线已经调整到了目标位置的判断方法如下：

首先将顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角同时减去逆时针方向受限角并进行归一化处理；

根据归一化后的顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角，判断天线方向角接近目标方向角，调整到目标位置；其中，当前天线方向角与天线的目标方向角之差小于设定阈值后，认为天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束。

一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节装置，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方向进行控制。

本发明的有益效果是：(1)用自动的方式代替手动来实现了电磁环境测试中的天线方向的调整，提高了电磁环境测试的效率，延长了云台的使用寿命。

(2)在试验开始前判断正、反两次云台受限，并获取云台的正向受限角度和反向受限角度，在测试过程中不再进行云台是否受限的判断，减少了测试中云台受限的判断次数，提高了测试中云台调整的效率，延长了云台的使用寿命。

(3)转动条件确定了云台转动到天线目标角度的最快调整方向，因此也提高了测试中天线角度调整的效率。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为顺时针受限位置确定流程图；

图3为顺时针受限条件判定流程

图4为逆时针受限位置确定流程图；

图5为逆时针受限条件判定流程；

图6为云台方向调整步骤实现流程图；

图7为不同目标角度以及当前角度情况下角度调整示意图；

图8为电磁环境测试系统连接示意图。

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。

本申请通过在云台转动的支架上安装固定卡环(即硬限位、也叫作硬件限位)以保护云台上的设备线缆不被缠绕。所以必须在解决云台自动调整时由于硬件限位带来的转动方向自动判断的问题，而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，因此为在受限条件下的云台转动方向判断带来困难。

目前而而言普遍做法是通过云台控制面板手动调整云台的转动方向，以使天线方向角逐渐接近目标角，但是这种方式不能自动的完成电磁环境的自动测试，需要人工干预的条件才能完成测试，测试效率急剧下降，不适合多目标角、长时间、多次数的电磁环境自动监测。无法在无人职守的条件下自动的完成电磁环境的全方位测量与监测。

如图1所示，一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，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，并在云台的转动支架上安装卡环，对云台转动进行硬限位；

S2.在进行天线调节前，确定云台顺时针方向受限角和逆时针方向受限角；

S3.天线调节开始后，读取电子罗盘数据，得到当前天线方向角；

S4.根据当前天线方向角、天线的目标方向角、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，以自动调整天线方向，向天线的目标方向角逼近；

S5.重复执行步骤S3～S4，直到天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束。

在本申请的实施例中，分别用NEG、POS和STOP分别表示逆时针方向转动、顺时针方向转动和暂停，dir用于记录当前云台转动的方向取为NEG、POS和STOP中的任何一个；云台转动过程中根据dir取值来确定云台转动方向；o用于记录上次电子罗盘记录的云台转动到的天线角度；c用于记录当前电子罗盘记录的云台转动到的天线角度；ln和lp分别用于记录逆时针转动和顺时针转动受限位；t用于记录用户设置的天线待转到的目标角度；a用于记录天线目标角度容差，用于判断当前天线角度是否接近天线目标角度(一般根据电子罗盘的精度和云台转动速度来确定，比如-5)；在调整过程中，所有角度定义在[-180,180)范围内，所有不在此范围内的角度转换到该范围内进行计算,此计算叫做角度的归一化，转化函数用std表示；

所述步骤S2包括：

通过PC机控制云台顺时针方向转动，电子罗盘将实时获得的天线方向角回传给PC机，直到顺时针方向转动受限为止，得到顺时针方向受限角；

通过PC机控制云台逆时针方向转动，电子罗盘将实时获得的天线方向角回传给PC机，直到逆时针方向转动受限为止，得到逆时针方向受限角。

进一步地，所述步骤S2中，当云台顺时针方向转动时，若实时回传的天线方向角在设定时间(3秒)内数值保持不变，则认为顺时针方向转动受限，此时电子罗盘回传的方向角为顺时针方向受限角。

进一步地，当云台逆时针方向转动时，若实时回传的天线方向角在设定时间(3秒)内数值保持不变，则认为逆时针方向转动受限，此时电子罗盘回传的方向角为逆时针方向受限角。

如图2所示，在本申请的实施例中，顺时针方向的受限角确定过程如下：

步骤一：控制云台顺时针转动；

步骤二：读取电子罗盘的当前角度c；

步骤三：循环步骤二和步骤三、直到当前角度Ang满足受限条件为止，则转入步骤四；

步骤四：当前角度c为顺时针转动的受限角，即lp＝c；

如图3所示，顺时针方向转动受限条件判定流程具体的步骤为：

步骤一：开始正向受限位置确定过程，并初始化参数o＝-999,cl＝0；

步骤二：设置云台转动方向dir＝POS，并控制云台开始转动；

步骤三：读取电子罗盘当前角度为c；

步骤四：判断|c-o|<0.1是否满足，如果是，则cl＝cl+1；如果否，则cl＝0；

步骤五：用c的值对o进行更新，并判断cl＝＝30，是否成立：成立则表示云台角度达到受限位置，进入步骤六，否则表示云台角度没有达到受限位置，进入步骤三；

步骤六：每100毫秒重复执行步骤三～步骤六，直到满足cl＝＝30为止，则正向受限位置确定，记lp＝c；

步骤七：设置云台转动方向dir＝STOP，并结束云台转动；

如图4所示，逆时针方向的受限角确定过程如下：

步骤一：控制云台逆时针转动；

步骤二：读取电子罗盘的当前角度c；

步骤三：循环步骤二和步骤三、直到当前角度Ang满足受限条件为止，则转入步骤四；

步骤四：当前角度c为逆时针转动的受限角，即ln＝c；

如图5所示，逆时针方向转动受限条件判定流程具体的步骤为：

步骤一：开始逆时针方向受限位置确定过程，并设置o＝-999,cl＝0；

步骤二：设置云台转动方向dir＝NEG，并控制云台开始转动；

步骤三：读取电子罗盘当前角度为c；

步骤四：判断|c-o|<0.1是否满足，如果是，则cl＝cl+1；如果否，则cl＝0；

步骤五：用c的值对o进行更新，并判断cl＝＝30是否成立：成立则表示云台角度达到受限位置，进入步骤六，否则表示云台角度没有达到受限位置，进入步骤三；

步骤六：每100毫秒重复执行步骤三～步骤六，直到满足cl＝＝30为止，则逆时针方向受限位置确定，记ln＝c；

步骤七：设置云台转动方向dir＝STOP，并结束云台转动；

所述步骤S4中，计算云台的转动方向的过程如下：

将顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角同时减去逆时针方向受限角并进行归一化处理，然后划分成多个不同的计算区间；

分别根据归一化后的顺时针方向受限角天、线当前方向角和天线目标方向角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。

进一步地，所述步骤S5中，天线已经调整到了目标位置的判断方法如下：

首先将顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角同时减去逆时针方向受限角并进行归一化处理；

根据归一化后的顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角，判断天线方向角接近目标方向角，调整到目标位置；其中，当前天线方向角与天线的目标方向角之差小于设定阈值后，认为天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束。

如图6所示，角度自动调整过程如下：

步骤一：开始目标角度逼近过程；

步骤二：读取电子罗盘当前角度c，计算并得到c′＝std(c-lp)，ln′＝std(ln-lp)，t′＝std(t-lp)；其中，转换函数std将角度转换为(-180,+180]内的同位置角度；

具体地：对于任一角度a，若a大于>＝180，则std(a)＝a-360；若a<-180，则std(a)＝a+360；如果a<180并且a>＝-180，则std(a)＝a；

步骤三：判断是否满足停止转动条件；如果是，则dir＝STOP，进入步骤六；如果否，进入步骤四；

步骤四：判断是否满足顺时针转动条件；如果是，则dir＝POS，进入步骤六；如果否，进入步骤五；

步骤五：判断是否满足逆时针转动条件；如果是，则dir＝NEG，进入步骤六；如果否，保持之前的转动方向不变，直接进入步骤六；

步骤六：根据DIR设置当前云台转动方向，并控制云台进行转动；

步骤七：每100毫秒重复执行步骤三～步骤五，直到满足dir＝STOP为止，则云台已经转动到指定的目标角度，并结束目标角度逼近过程；

顺时针转动条件、逆时针转动过程和终止转动条件确认方法如图7所示，其中左上图是目标角度在正向受限角至180之间并且当前角度在反向受限角至当前目标角之间的示意图，左下图是目标角度在正向受限角至180之间并且当前角度在正向受限角至目标角之间的示意图，右上图是目标角度在反向受限角至180之间并且当前角度在反向受限角至目标角之间的示意图，右下图是目标角度在反向受限角至180之间并且当前角度在正向受限角至目标角之间的示意图。其中，顺时针转动条件满足以下两个条件之一：(c′、t′、ln′是标准化后的角度)

1、如果0<＝t′<＝180 (t′<＝c′<＝180||-180<＝c′<＝ln′)

2、如果-180<＝t′<＝ln′ (t′<＝c′<＝ln′)

逆时针转动条件满足以下两个条件之一：

1、如果0<＝t′<＝180 (0<＝c′<＝t′)

2、如果-180<＝t′<＝ln′ (0<c′<180或-180<＝c′<＝t′)

终止转动条件为只要满足|c′-t′|<a即可。

如图8所示，一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节装置，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方向进行控制。

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 (6)

1.一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，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，并在云台的转动支架上安装卡环，对云台转动进行硬限位；

S2.在进行天线调节前，确定云台顺时针方向受限角和逆时针方向受限角；

S3.天线调节开始后，读取电子罗盘数据，得到当前天线方向角；

S4.根据当前天线方向角、天线的目标方向角、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，以自动调整天线方向，向天线的目标方向角逼近；

所述步骤S4中，计算云台的转动方向的过程如下：

将顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角同时减去逆时针方向受限角并进行归一化处理，然后划分成多个不同的计算区间；

分别根据归一化后的顺时针方向受限角天、线当前方向角和天线目标方向角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；

S5.重复执行步骤S3～S4，直到天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束；其中，当前天线方向角与天线的目标方向角之差小于设定阈值后，认为天线方向角接近天线目标方向角。

2.根据权利要求1所述的一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

通过PC机控制云台顺时针方向转动，电子罗盘将实时获得的天线方向角回传给PC机，直到顺时针方向转动受限为止，得到顺时针方向受限角；

通过PC机控制云台逆时针方向转动，电子罗盘将实时获得的天线方向角回传给PC机，直到逆时针方向转动受限为止，得到逆时针方向受限角。

3.根据权利要求2所述的一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，其特征在于：所述步骤S2中，当云台顺时针方向转动时，若实时回传的天线方向角在设定时间内数值保持不变，则认为顺时针方向转动受限，此时电子罗盘回传的方向角为顺时针方向受限角。

4.根据权利要求2所述的一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，其特征在于：当云台逆时针方向转动时，若实时回传的天线方向角在设定时间内数值保持不变，则认为逆时针方向转动受限，此时电子罗盘回传的方向角为逆时针方向受限角。

5.根据权利要求1所述的一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节方法，其特征在于：所述步骤S5中，天线方向角接近天线目标方向角的判断方法如下：

首先将顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角同时减去逆时针方向受限角并进行归一化处理；

根据归一化后的顺时针方向受限角、天线当前方向角和天线目标方向角，判断天线方向角接近目标方向角，则天线已经调整到了目标位置；其中，当前天线方向角与天线的目标方向角之差小于设定阈值后，认为天线方向角接近天线目标方向角，天线调整结束。

6.一种硬限位条件下电磁环境测试的天线调节装置，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；云台的转动支架上安装卡环，对云台转动进行硬限位；

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方向进行控制。

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