CN114584156B - 监控设备及其通信控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种监控设备及其通信控制方法。基于本发明，监控设备可以配备有辐射角不全重叠的至少两个定向天线，因此，对于部署点位与基站之间各种可能的相对方位，可以根据信号质量选定一个定向天线与通信组件导通，并且，在通信组件择一地与被选定的定向天线导通后，还可以调节通信组件与被选定的定向天线之间的导通链路的链路阻抗，以促使被选定的该定向天线能够尽可能将通信能力最大化，从而，利用比全向天线具有更高的增益的定向天线，可以兼顾监控设备的多方位兼容、以及通信距离和信号稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及安防领域，特别涉及一种监控设备、以及一种监控设备的通信控制方法。
背景技术
在安防领域，监控设备通常可以具有天线，并且可以基于天线接入在基站，并且与基站实现射频信号的无线收发传输。
监控设备在不同场景中的部署点位相对于基站的方位可以是不同的，为了兼容部署点位与基站之间各种可能的相对方位，监控设备的天线会选用全向天线。其中，全向天线可以360°的水平范围内均匀辐射，即，全向天线可以理解为无方向性。
然而，全向天线的增益有限，导致监控设备的通信距离较短，因此，在部署点位距离基站较远的情况下，监控设备的信号质量不佳，甚至存在较高的掉线风险。
可见，现有技术在为监控设备配置多方位兼容能力的情况下，不能兼顾监控设备的通信距离和信号稳定性。
发明内容
本发明的实施例提供的技术方案旨在兼顾监控设备的多方位兼容、以及通信距离和信号稳定性。
在一个实施例中，提供了一种监控设备，包括：
天线组件，包括辐射角不全重叠的至少两个定向天线，至少两个所述定向天线的辐射角在360°的范围内无缝拼合；
通信组件，用于通过所述天线组件收发射频信号；
主控组件，用于根据所述天线组件中的所述定向天线的通信能力，在所述天线组件中择一选定所述定向天线，并且产生指示被选定的所述定向天线的控制指令；
开关切换电路，用于将所述天线组件中被选定的所述定向天线择一地与所述通信组件导通；
阻抗匹配电路，包括：串联在所述通信组件与所述开关切换电路之间的第一阻抗匹配电路，以及，串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的第二阻抗匹配电路；
频率检测装置，用于检测所述通信组件的发射频率和被选定的所述定向天线的接收频率；
开关控制装置，用于：
响应于所述控制指令控制所述开关切换电路，以将所述通信组件择一地与所述天线组件中被选定的所述定向天线导通；
在所述通信组件择一地与所述天线组件中被选定的所述定向天线导通后，根据所述发射频率调节所述第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗，以及，根据所述接收频率调节被选定的所述定向天线所连接的所述第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗，使所述通信组件与被选定的所述定向天线之间的导通链路的链路阻抗向预设阻抗阈值收敛，所述链路阻抗包括所述第一电路阻抗与所述第二电路阻抗之和，并且，所述阻抗阈值用于促使被选定的所述定向天线的通信能力最大化；
其中，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述发射频率的变化趋势反向，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述接收频率的变化趋势反向。
可选地，所述频率检测装置包括：用于检测所述通信组件的发射端的发射频率的第一频率检测装置，以及，用于检测被选定的所述定向天线的馈电端的接收频率的第二频率检测装置。
可选地，所述第一阻抗匹配电路包括第一可调节电感，所述第一电路阻抗通过所述第一可调节电感的变化而被调节，并且，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述第一可调节电感的变化趋势同向，其中：所述第一可调节电感的第一端连接所述通信组件的发射端、并通过第一射频端电容接地，所述第一可调节电感的第二端连接所述开关切换电路、通过第一开关端电容接地、并且还通过第一定值电阻接地；串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的所述第二阻抗匹配电路包括第二可调节电感，所述第二电路阻抗通过所述第二可调节电感的变化而被调节，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述第二可调节电感的变化趋势同向，其中：对于串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的所述第二阻抗匹配电路，所述第二可调节电感的第一端连接所述定向天线的馈电端、并且通过第二射频端电容接地，所述第二可调节电感的第二端连接所述开关切换电路、通过第二开关端电容接地、并且还通过第二定值电阻接地。
可选地，所述主控组件进一步用于产生指示发射时隙和接收时隙的收发时序信号；所述开关控制装置进一步用于根据所述收发时序信号，交替地在所述发射时隙调节所述第一阻抗匹配电路的所述第一电路阻抗、在所述接收时隙调节所述第二阻抗匹配电路的所述第二电路阻抗。
可选地，所述主控组件进一步用于轮询产生所述控制指令，使所述切换组件依次将所述通信组件择一地与每个所述定向天线导通，并且，通过所述通信组件择一地与每个所述定向天线依次导通，所述主控组件确定每个所述定向天线的通信能力，并且根据每个所述定向天线的通信能力在所述天线组件中择一地选定所述定向天线。
可选地，所述开关控制装置在以下条件中的任意一个满足时轮询产生所述控制指令：所述监控设备上电启动；从所述通信组件检测到所述信号质量低于预设质量阈值；当前时间到达预设时刻。
在另一个实施例中，提供了一种监控设备的通信控制方法，包括：
获取控制指令，所述控制指令指示在所述监控设备的辐射角不全重叠的至少两个定向天线中，根据所述定向天线的通信能力而被择一选定的所述定向天线，至少两个所述定向天线的辐射角在360°的范围内无缝拼合；
响应于所述控制指令，将所述监控设备的通信组件择一地与被选定的所述定向天线导通，其中，所述监控设备还包括：靠近所述通信组件的发射端的第一阻抗匹配电路，以及，靠近被选定的所述定向天线的馈电端的第二阻抗匹配电路；
在所述通信组件择一地与被选定的所述定向天线导通后，根据检测到的所述通信组件的发射频率调节所述第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗，以及，根据检测到的被选定的所述定向天线的接收频率调节所述第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗，使所述通信组件与被选定的所述定向天线之间的导通链路的链路阻抗向预设阻抗阈值收敛，所述链路阻抗包括所述第一电路阻抗与所述第二电路阻抗之和，并且，所述阻抗阈值用于促使被选定的所述定向天线的通信能力最大化；
其中，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述发射频率的变化趋势反向，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述接收频率的变化趋势反向。
可选地，检测所述导通链路中的发射频率和接收频率，包括：检测所述通信组件的发射端的发射频率，以及，检测被选定的所述定向天线的馈电端的接收频率。
可选地，所述第一阻抗匹配电路包括第一可调节电感，串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的所述第二阻抗匹配电路包括第二可调节电感，其中：所述第一电路阻抗通过所述第一可调节电感的变化而被调节，并且，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述发射频率的变化趋势反向；所述第二电路阻抗通过所述第二可调节电感的变化而被调节，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述第二可调节电感的变化趋势同向
可选地，根据检测到的所述通信组件的发射频率调节所述第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗，以及，根据检测到的被选定的所述定向天线的接收频率调节靠近被选定的所述定向天线的馈电端的所述第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗，包括：获取指示发射时隙和接收时隙的收发时序信号；根据所述收发时序信号，交替地在所述发射时隙调节所述第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗、在所述接收时隙调节所述第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗。
基于上述实施例，监控设备可以配备有辐射角不全重叠的至少两个定向天线，因此，对于部署点位与基站之间各种可能的相对方位，可以根据信号质量选定一个定向天线与通信组件导通，并且，在通信组件择一地与被选定的定向天线导通后，还可以调节通信组件与被选定的定向天线之间的导通链路的链路阻抗，以促使被选定的该定向天线能够尽可能将通信能力最大化，从而，利用比全向天线具有更高的增益的至少两个定向天线，可以兼顾监控设备的多方位兼容、以及通信距离和信号稳定性。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：
图1为一个实施例中的监控设备的原理性结构示意图；
图2为如图1所示监控设备的定向天线相比于全向天线的增益比对图；
图3为如图1所示监控设备的优化结构示意图；
图4为如图3所示优化结构的阻抗调节原理的示意图；
图5为如图3所示优化结构中的第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的示例性结构示意图；
图6为如图1所示监控设备中的定向天线最优选择机制的原理示意图；
图7为如图1所示监控设备中的定向天线的外置部署方案的示意图；
图8为另一个实施例中的监控设备的通信控制方法的示例性流程示意图；
图9为如图8所示通信控制方法的优化流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
图1为一个实施例中的监控设备的原理性结构示意图。图2为如图1所示监控设备的定向天线相比于全向天线的增益比对图。请参见图1，该实施例中的监控设备可以为支持在高速公路旁、森林区域、偏远山区等人员密度稀疏区域进行高空瞭望的云台监控设备，并且，该监控设备可以包括天线组件11、通信组件12、主控组件14以及切换组件15。
天线组件11可以包括辐射角不全重叠的至少两个定向天线110。
其中，不同于在360°范围内均匀辐射的全向天线，定向天线可以是在一定的水平角度范围（即辐射角）内辐射，因而可以认为定向天线具有方向性。
优选地，至少两个定向天线110的辐射角可以在360°的范围内无缝拼合。
请在参见图1的同时进一步关注图2，以天线组件11包括四个定向天线110为例，单个定向天线110的辐射角可以设定为120°，并且，每个定向天线110的辐射角可以与其每一侧相邻定向天线的辐射角存在15°的交叠，以实现四个定向天线110在360°范围内实现无缝拼合的全覆盖。并且，由于定向天线110的波瓣（图2中表示为实线）宽度小于全向天线的波瓣（图2中表示为虚线）宽度，因此，定向天线110的信号增益比全向天线的信号增益更大，例如，单个定向天线110的信号增益可以比全向天线多5~10dbm（decibel relative to onemilliwatt，分贝毫瓦）。
因此，使用定向天线110的射频信号（监控数据和指令数据）的收发可以具有更高的频率利用率、以及更远的通信距离远。从而，由辐射角无缝拼合形成全覆盖的定向天线110，可以在360°的全向范围内，比全向天线支持更远的通信距离以及更高的信号稳定性。
可以理解的是，上述举例中的定向天线110的数量和辐射角的角度值不应当构成对该实施例的不必要的限制，而且，该实施例中使用相同的附图标记“110”来标识至少两个定向天线中的每一个，并不意味着至少两个定向天线必须是规格和性能完全一致的，而是可以允许天线组件11包括规格和/或性能不全一致的至少两个定向天线。
通信组件12用于通过天线组件11收发射频信号（例如，发送的射频信号可以主要包括诸如图像和视频等监控数据，接收的射频信号可以主要包括指令数据）。
其中，通信组件12可以是支持任何无线通信模式的功能组件，例如可以是4G（4thgeneration mobile communication technology，第四代的移动信息系统）通信组件或者5G（5th generation mobile communication technology，第五代的移动信息系统）通信组件，并且通信组件12可以与插入在监控设备中的SIM（Subscriber Identity Module，用户识别组件）卡13交互。
主控组件14用于根据天线组件11中的各定向天线110的通信能力，在天线组件11中择一选定定向天线110，并且，产生指示被选定的定向天线110的控制指令。
其中，主控组件14可以是监控设备的中枢主控组件，例如，若监控设备为云台监控设备，则，主控组件14可以包括用作云台控制平台的处理器。并且，主控组件14可以通过USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）与通信组件12连接，主控组件14还可以通过IIC（Inter-Integrated Circuit，内部集成电路）总线与切换组件15连接。
切换组件15用于响应于主控组件14产生的控制指令，将通信组件12择一地与天线组件11中被选定的定向天线110导通。
并且，在通信组件12择一地与天线组件11中被选定的定向天线110导通后，切换组件15还可以调节通信组件12与被选定的定向天线110之间的导通链路的链路阻抗Rz，使链路阻抗Rz向预设阻抗阈值（例如100±10Ω）收敛，预设的该阻抗阈值可以用于促使被选定的定向天线110的通信能力最大化，即，预设的该阻抗阈值可以用于使被选定的定向天线110的通信能力趋近于其最大化水平（定向天线的实际信号增益趋近于如图2所示的理论信号增益）的趋势。
基于上述实施例，监控设备可以配备有辐射角不全重叠的至少两个定向天线110，因此，对于部署点位与基站之间各种可能的相对方位，可以根据信号质量选定一个定向天线110与通信组件12导通，并且，在通信组件12择一地与被选定的定向天线110导通后，还可以调节通信组件12与被选定的定向天线110之间的导通链路的链路阻抗Rz，以促使被选定的该定向天线110能够尽可能提供最大化的通信能力，从而，利用比全向天线具有更高的信号增益的定向天线110，可以兼顾监控设备的多方位兼容、以及通信距离和信号稳定性。
作为一种优选方案，对于承担导通链路切换和阻抗调节的切换组件15，切换组件15可以包括用于实现导通链路切换的开关切换电路、以及用于实现阻抗调节的频率检测装置和串联导通链路中的阻抗匹配电路。对于包括阻抗匹配电路的切换组件15而言，通信组件12发射的射频信号可以经由阻抗匹配电路传输至被选定的定向天线110发射出，被选定的定向天线110接收到的射频信号可以经由阻抗匹配电路传输到达通信组件12。
其中，开关切换电路可以用于将天线组件11中被选定的定向天线110择一地与通信组件12导通，以通过开关操作实现通信组件12与天线组件11之间的导通链路的切换；频率检测装置可以用于检测导通链路中的发射频率和接收频率，以便于切换组件15中的开关控制装置能够根据频率检测装置检测到的发射频率和接收频率，调节串联在被选定的定向天线110与通信组件12之间的导通链路中的阻抗匹配电路的电路阻抗，即，阻抗匹配电路的电路阻抗可以适配于发射频率和/或接收频率被调节为使导通链路的链路阻抗向预设阻抗阈值收敛。从而，可以支持在每个定向方位实现适用于不同收发频率的阻抗匹配。
图3为如图1所示监控设备的优化结构示意图。如图3所示，切换组件15可以包括开关切换电路151、第一阻抗匹配电路152a和第二阻抗匹配电路152b、第一频率检测装置153a和第二频率检测装置153b、以及开关控制装置150。
在图3中，以前文所述的阻抗匹配电路包括第一阻抗匹配电路152a和第二阻抗匹配电路152b为例，第一阻抗匹配电路152a可以串联在通信组件12与开关切换电路151之间，第二阻抗匹配电路152b可以串联在天线组件11中的每个定向天线110与开关切换电路151之间。
在图3中，以前文所述的频率检测装置包括第一频率检测装置153a和第二频率检测装置153b为例，第一频率检测装置153a用于检测通信组件12的发射端的发射频率，第二频率检测装置153b用于检测被选定的定向天线110的馈电端的接收频率。
例如，第一阻抗匹配电路152a可以与通信组件12的发射端直连，并且，第一频率检测装置153a可以在第一阻抗匹配电路152a检测被选定的定向天线110择一地与通信组件12之间的导通链路中的发射频率；第二阻抗匹配电路152b可以与每个定向天线110的馈电端直连，并且，第二频率检测装置153b可以在被选定的定向天线110的馈电端连接的第二阻抗匹配电路152b，检测被选定的定向天线110择一地与通信组件12之间的导通链路中的接收频率。
开关控制装置150，用于响应于主控组件14产生控制指令控制开关切换电路151，以使将天线组件11中被选定的定向天线110择一地与通信组件12导通。
在图3中，以开关切换电路151包括单刀多掷开关为例，开关控制装置150可以根据控制指令向开关切换电路151产生电平信号（例如多位逻辑电平信号），该电平信号可以用于指示被控制指令选定的定向天线110，使开关切换电路151将天线组件11中被控制指令选定的定向天线110与通信组件12导通。
例如，以开关切换电路151包括适配四个定向天线110的单刀四掷开关为例，则，开关控制装置150通过向开关切换电路151产生双位逻辑电平信号VC1和VC2，并且，逻辑电平信号VC1和VC2的电平状态组合与利用四个定向天线110分别形成的四个导通链路RF1~RF4的对应关系，可以如表1所示：
| VC1 | VC2 | 导通链路 |
| 0 | 0 | RF1 |
| 0 | 1 | RF2 |
| 1 | 0 | RF3 |
| 1 | 1 | RF4 |
表1
开关控制装置150还用于根据第一频率检测装置153a检测到的发射频率调节第一阻抗匹配电路152a的第一电路阻抗Rz1，根据第二频率检测装置153b检测到的接收频率调节被选定的定向天线110所连接的第二阻抗匹配电路152b的第二电路阻抗Rz2。
其中，在被选定的定向天线110与通信组件12之间的导通链路中的链路阻抗Rz，可以包括第一阻抗匹配电路152a提供的第一电路阻抗Rz1，与，被选定的定向天线110所连接的第二阻抗匹配电路152b提供的第二电路阻抗Rz2之和。并且，在被选定的定向天线110与通信组件12之间的导通链路中的链路阻抗Rz，还可以进一步包括开关切换电路151的阻抗。
在如图3所示的优化结构中，第二频率检测装置153b可以检测到每个定向天线110的接收频率，开关控制装置150可以根据第二频率检测装置153b检测到的每个定向天线110的接收频率，调节该定向天线110所连接的第二阻抗匹配电路152b的第二电路阻抗Rz2；或者，开关控制装置150也可以从第二频率检测装置153b检测到的所有接收频率中选取被选定的定向天线110的接收频率，并且仅调节被选定的定向天线110所连接的第二阻抗匹配电路152b的第二电路阻抗Rz2，而不对未被选定的定向天线110锁连接的第二阻抗匹配电路152。
图4为如图3所示优化结构的阻抗调节原理的示意图。请参见图4，在该实施例中，天线组件11中的定向天线110的发送和接收是分时复用的，相应地，主控组件14可以进一步用于产生指示发射时隙t_sen和接收时隙t_rec的收发时序信号Sig_seq，并且，开关控制装置150可以进一步用于根据主控组件14产生的收发时序信号Sig_seq，交替地在发射时隙t_sen根据第一频率检测装置153a检测到的发射频率调节第一阻抗匹配电路152a的第一电路阻抗Rz1、在接收时隙t_rec根据第二频率检测装置153b检测到的接收频率调节第二阻抗匹配电路152b的第二电路阻抗Rz2。
为了确保开关控制装置150的处理能力可以匹配时隙切换频率，开关控制装置150可以选用例如DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）芯片等处理速度较高的元器件。
图5为如图3所示优化结构中的第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的示例性结构示意图。请参见图5，第一阻抗匹配电路152a和第二阻抗匹配电路152b中的每一个都可以包括可调节电感L_adj，其中：
第一阻抗匹配电路152a中的可调节电感L_adj记为第一可调节电感L_adj1，第一可调节电感L_adj1连接通信组件12的发射端的第一端可以通过第一射频端电容C11接地，第一可调节电感L_adj1连接开关切换电路151的第二端通过第一开关端电容C12接地、并且还通过第一定值电阻Rl1接地，并且，图5中的Rs1为第一阻抗匹配电路152a的等效阻抗，表示第一阻抗匹配电路152a提供的第一电路阻抗Rz1（也可称作第一可变阻抗）；
在每个定向天线110的第二阻抗匹配电路152b中，可调节电感L_adj记为第二可调节电感L_adj2，第二可调节电感L_adj2的第一端连接该定向天线110的馈电端、并且通过第二射频端电容C21接地，第二可调节电感L_adj2连接开关切换电路151的第二端通过第二开关端电容C22接地、并且还通过第二定值电阻Rl2接地，并且，图5中的Rs2为第二阻抗匹配电路152b的等效阻抗，表示第二阻抗匹配电路152b提供的第二电路阻抗Rz2（也可称作第二可变阻抗）。
在如图5所示的电路结构中，各参数之间的关系如下述的表达式（1）、表达式（2）以及表达式（3）所示：
表达式（1）
表达式（2）
表达式（3）
在上述的表达式（1）、表达式（2）以及表达式（3）中：
对于第一阻抗匹配电路152a，f表示发射频率，L_adj表示第一可调节电感L_adj1的电感值，C1表示第一射频端电容C11的容值，C2表示第一开关端电容C12的容值，Rl表示第一定值电阻Rl1的阻值，Rs表示第一阻抗匹配电路152a的等效阻抗Rs1（即第一电路阻抗Rz1）；
对于第二阻抗匹配电路152b，f表示接收频率，L_adj表示第二可调节电感L_adj2的电感值，C1表示第二射频端电容C21的容值，C2表示第二开关端电容C22的容值，Rl表示第二定值电阻Rl2的阻值，Rs表示第二阻抗匹配电路152b的等效阻抗Rs2（即第二电路阻抗Rz2）。
也就是，基于呈现为表达式（1）、表达式（2）以及表达式（3）的参数关系，阻抗匹配电路的电路阻抗的调节趋势可以与发射频率和/或接收频率f的变化趋势反向；阻抗匹配电路的电路阻抗通过阻抗匹配电路中的可调节电感L_adj的变化而被调节，并且，阻抗匹配电路的电路阻抗的调节趋势可以与可调节电感L_adj的变化趋势同向。
由于C1和C2以及定值电阻Rl的取值固定、并且发射频率或接收频率f可以检测得到，由此，基于呈现为表达式（1）、表达式（2）以及表达式（3）的参数关系，开关控制装置150可以根据第一频率检测装置153a检测到的发射频率f调节第一阻抗匹配电路152a中的第一可调节电感L_adj1，从而调节第一阻抗匹配电路152a的等效阻抗Rs（第一电路阻抗Rz1），使被选定的定向天线110在当前的发射频率f下的发射信号质量尽可能好；
同理，基于呈现为表达式（1）、表达式（2）以及表达式（3）的参数关系，开关控制装置150可以根据第二频率检测装置153b检测到的接收频率调节被选定的定向天线110所连接的第二阻抗匹配电路152b中的第二可调节电感L_adj2，从而调节第二阻抗匹配电路152b的等效阻抗Rs（第二电路阻抗Rz2），使被选定的定向天线110在当前的接收频率f下的接收信号质量尽可能好。
也就是，用于确定阻抗匹配电路（第一阻抗匹配电路152a和/或第二阻抗匹配电路152b）的电路阻抗（第一电路阻抗Rz1和/或第二电路阻抗Rz2）的参数包括射频信号的发射频率和/或接收频率f、以及可调节电感（第一可调节电感L_adj1和/或第二可调节电感L_adj2），并且，阻抗匹配电路（第一阻抗匹配电路152a和/或第二阻抗匹配电路152b）可以被配置为；响应于发射频率和/或接收频率f，电路阻抗（第一电路阻抗Rz1和/或第二电路阻抗Rz2）由可调节电感（第一可调节电感L_adj1和/或第二可调节电感L_adj2）确定。
以上，是对监控设备利用选定的定向天线以较大通信距离和较高的信号稳定性实现目标方位通信的详细说明。即，在任意时刻，监控设备只会选择一个定向天线进行通信。
其中，对于定向天线的选定，可能发生在以下情况中的至少之一：
监控设备的上电启动阶段（初始选定），
监控设备在运行过程中由于无线环境的变化而发生信号质量下降时，即，主控组件14从通信组件12检测到信号质量低于预设质量阈值（即时选定），
当前时间到达用于触发全方位巡检阶段的预设时刻（定时选定）。
无论是哪种情况触发的选定，都可以轮询切换天线组件11中的所有定向天线110，并且对各定向天线110被选定时的信号质量分级评价。
主控组件14可以进一步用于轮询产生控制指令，使切换组件15依次将通信组件12择一地与天线组件11中的每个定向天线110导通，并且，
通过通信组件12择一地与每个定向天线110依次导通，主控组件14可以确定每个定向天线110的通信能力，并且，可以根据每个定向天线的通信能力在天线组件11中择一地选定定向天线110。
优选地，通信能力可以利用信号质量来确定，例如，信号质量可以由RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）和SINR(Signal toInterference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)来表示，相应地，通过通信组件12择一地与每个定向天线110依次导通，主控组件14可以从通信组件12获取基于每个定向天线110的RSRP和SINR，并且利用获取到的RSRP和SINR确定每个定向天线110的通信能力。
优选地，由通信质量确定的通信能力，还可以按照RSRP和SINR进行分级评价，例如：
第一等级：RSRP≥第一功率阈值（比如-85dBm），并且，SINR≥第一信噪比阈值（比如25），表示信号质量极好；
第二等级：第一功率阈值（比如-85dBm）>RSRP≥第二功率阈值（比如-95dBm），并且，第一信噪比阈值（比如25）>SINR≥第二信噪比阈值（比如16），表示信号质量较好；
第三等级：第二功率阈值（比如-95dBm）>RSRP≥第三功率阈值（比如-105dBm），并且，第二信噪比阈值（比如16）>SINR≥第三信噪比阈值（比如11），表示信号质量一般；
第四等级：第三功率阈值（比如-105dBm）>RSRP≥第四功率阈值（比如-115dBm），并且，第三信噪比阈值（比如11）>SINR≥第四信噪比阈值（比如3），表示信号质量较差；
第五等级：第四功率阈值（比如-115dBm）>RSRP，并且，第四信噪比阈值（比如3）>SINR，表示信号质量极差。
当完成轮询切换的分级评价后，优先选定等级最高的定向天线110，当出现多于一个定向天线110的通信能力的等级相同并且在所有定向天线110中均处于最高等级时，优先确定SINR最大的定向天线为通信能力最优的定向天线。或者，也可以进一步利用RSRP和SINR的加权运算结果确定定向天线的通信能力。
图6为如图1所示监控设备中的定向天线最优选择机制的原理示意图。请参见图6：
监控设备上电启动，主控组件14与通信组件12和切换组件15进行通讯连接的初始化配置后，可以开始执行如下流程；
当主控组件14从通信组件12检测到基于当前选定的定向天线110的信号质量低于预设质量阈值时，记录基于当前选定的定向天线110的RSRP和SINR，然后可以开始执行如下流程；
当主控组件14识别出当前时间到达用于触发全方位巡检阶段的预设时刻（例如零点），可以在检测基于当前选定的定向天线110的信号质量，并且记录基于当前选定的定向天线110的RSRP和SINR后，开始执行如下流程。
即，对定向天线的选定过程由于前述的任一情况发生而被触发时，对于每一个被轮询导通的定向天线都可以执行如下的流程：
S600：主控组件14在天线组件11中选定定向天线110并向切换组件15发送控制指令，以触发切换组件15对定向天线110的选定导通。
其中，对于监控设备上电启动的情况，主控组件14首次在天线组件11中选定定向天线110可以是根据缺省配置确定的，并且后续对定向天线110的选定可以是按照预设轮询规则来确定的。对于监控设备上电启动的情况，可以循环执行k次当前流程，而对于信号质量低于预设质量阈值和预设时刻到达的情况，则可以循环执行k-1次当前流程，k为天线组件11中包含的定向天线的总数。
S610：主控组件14向通信组件12下达第一AT（Attention）指令，使通信组件12基于当前选定的定向天线110与基站进行网络注册（大约5~10秒）。
S620：主控组件14读取通信组件12查询到的注册结果（最高持续30s），以判断注册是否成功。
若未能查询到表示注册成功的注册结果，即，未注册成功，则，确定当前选定的定向天线110不可用，然后返回S600切换其他定向天线110；
若查询到表示注册成功的注册结果，即，注册成功，则继续后续步骤S630。
S630：主控组件14向通信组件12下达第二AT指令，读取并记录基于当前选定的定向天线110的RSRP和SINR。
S640：判断是否完成对天线组件11中的所有定向天线110的轮询，如果否，则执行后续步骤S650，如果完成了轮询，则继续后续的S660。
S650：主控组件14向通信组件12下达用于链路重启的飞行模式命令，然后返回S600，以允许每次被选定的定向天线110可以不局限于向同一个基站发起网络注册，而是可以优先向各自的辐射角所在方位的基站发起网络注册。
S660：主控组件14利用记录的所有定向天线110的RSRP和SINR，确定信号质量最优的定向天线110。
例如，利用RSRP和SINR的加权结果，或者按照前文所述的等级评价，确定信号质量最优的定向天线110。
若S660确定的信号质量最优的定向天线110为当前通过轮询而最后导通的定向天线110，则上述流程之后无需再做处理，直至发生信号质量低于预设质量阈值和预设时刻到达的情况；
若S660确定的信号质量最优的定向天线110不同于通过轮询而最后导通的定向天线110，则还需要额外做一次定向天线110的切换，然后保持至信号质量低于预设质量阈值和预设时刻到达的情况发生。
S670：主控组件14触发通信组件12的电源重新上电。
在实际运行时，主控组件14可以在监控设备上电后根据缺省配置在天线组件11中选定第一定向天线，或者，通过执行一次上述流程，根据接收功率（RSRP）和信噪比（SINR）选定通信能力最优的第一定向天线，并且产生指示被选定的定向天线为第一定向天线的第一控制指令，以触发所述开关切换电路151将通信组件12与第一定向天线导通；在通信组件12与第一定向天线导通后，若检测（实时或定时）到基于第一定向天线的射频信号的接收功率（RSRP）和信噪比（SINR）中的至少之一低于预设阈值，则，主控组件14可以通过执行上述流程，根据接收功率（RSRP）和信噪比（SINR）选定天线组件11中的第二定向天线，并且产生指示被选定的定向天线为第二定向天线的第二控制指令，以触发开关切换电路151将与第一定向天线导通的通信组件12切换为与第二定向天线导通。
依次类推，在通信组件12与第二定向天线导通后，若通过执行上述流程检测（实时或定时）到基于第一定向天线的射频信号的接收功率（RSRP）和信噪比（SINR）中的至少之一低于预设阈值，则，主控组件14还可以重新选定定向天线。
在通过执行上述流程将通信组件与任一定向天线导通后，切换组件15都可以按照如图4所示的原理调节链路阻抗Rz。
另外，若监控设备带有显示屏，则在循环执行上述流程后，主控组件14可以在呈现于显示屏的OSD（on-screen display，屏幕菜单调节）界面显示内容包括“天线自检中“的第一提示信息，并且，在S660之后，主控组件14可以在呈现于显示屏的OSD界面显示内容包括”天线自检成功“的第二提示信息。
可以理解的是，对于定向天线110的选定，不限于由主控组件14的控制指令来确定，并且，也不限于采用上述的选定策略。例如定向天线110的选定可以依赖于外部输入指令，或者，可以由不同于主控组件14的额外控制器件产生的控制指令来确定。
另外，天线组件11可以外置于监控设备，即，天线组件11可以为外置组件。
图7为如图1所示监控设备中的定向天线的外置部署方案的示意图。请参见图7，若监控设备为云台监控设备，例如具有云台组件710和镜头组件700的摄像机，则，包含至少两个定向天线110（图7中以四个定向天线110为例）的天线组件11可以布置在监控设备的云台组件710的下侧，并且，云台组件710可以驱动镜头组件700相对于天线组件11转动，而不会使天线组件11随着镜头组件700的转动而转动，以避免定向天线110随云台组件710驱动镜头组件700的转动而改变方位。即，完成监控设备的安装后，天线组件11中的各定向天线110的方位不再改变，从而，可以避免在定向天线110随云台组件710驱动镜头组件700的转动而导致信号质量拨动的方位变化。
而且，布置在云台组件710下方的天线组件11可以对云台组件710提供支撑。例如，天线组件11可以进一步包括支架（未在图7中示出），定向天线110可以被该支架覆盖，并且该支架可以支撑云台组件710以及容纳云台组件710的座壳720。
在图7中，镜头组件700装设在位于云台组件710以及容纳云台组件710的座壳720的上侧的第一腔壳730，并且，第一腔壳730内可以布置用于利用镜头组件700成像的成像模组，从而，天线组件11可以与布置在第一腔壳730的镜头组件700和成像模组、以及容纳在座壳720内的云台组件710分腔设置。
在图7中，以一对镜头组件700分别装设于座壳720的上侧的一对第一腔壳730为例，一对第一腔壳730布置在容纳电气模组的第二腔壳740的相对两侧，电气模组包括前述的通信组件12、SIM卡13以及主控组件14以及切换组件15，从而，天线组件11还可以与监控设备的电气模组分腔设置。可以理解的是，即便监控设备只包括一个镜头组件和一个成像模组，一个镜头组件和一个成像模组均布置在第二腔壳740，并且不设置第一腔壳730，天线组件11同样可以与监控设备的镜头组件700和成像模组、电气模组以及云台组件710分腔设置。
可见，相比于天线内置的装配结构，天线组件11外置可以避免定向天线110受到监控设备的内部金属元件以及内部高频信号的干扰；
而且，天线组件11外置，还可以避免定向天线的体积受监控设备的腔体内部空间（例如第一腔壳730和/或第二腔壳740）限制，可以根据实际调试效果，采用使天线性能最优的定向天线110的结构设计和部署方案。即，外置在云台组件710底部的天线组件11可以作为独立于监控设备的其他部分的个体，具有比内置天线更强的抗干扰能力、以及容易提供更优的天线性能。
在另一个实施例中，提供了一种监控设备的通信控制方法，适用于前述实施例中的监控设备中的切换组件。
图8为另一个实施例中的监控设备的通信控制方法的示例性流程示意图。请参见图8，该实施例中的通信控制方法可以包括：
S810：获取控制指令，该控制指令指示在监控设备的辐射角不全重叠的至少两个定向天线中，根据定向天线的通信能力而被择一选定的定向天线；
S820：响应于获取到的控制指令，将监控设备的通信组件择一地与被选定的定向天线导通；
S830：在通信组件择一地与被选定的定向天线导通后，调节通信组件与被选定的定向天线之间的导通链路的链路阻抗，使链路阻抗向预设阻抗阈值收敛，该阻抗阈值用于促使被选定的定向天线的通信能力最大化，即，预设的该阻抗阈值可以用于使被选定的定向天线110的通信能力趋近于其最大化水平（定向天线的实际信号增益趋近于如图2所示的理论信号增益）的趋势。
基于上述流程，在监控设备配备有辐射角不全重叠的至少两个定向天线的情况下，对于部署点位与基站之间各种可能的相对方位，可以根据信号质量选定一个定向天线与通信组件导通，并且，在通信组件择一地与被选定的定向天线导通后，还可以调节通信组件与被选定的定向天线之间的导通链路的链路阻抗，以促使被选定的该定向天线能够尽可能将通信能力最大化，从而，利用比全向天线具有更高的增益的至少两个定向天线，可以兼顾监控设备的多方位兼容、以及通信距离和信号稳定性。
图9为如图8所示通信控制方法的优化流程示意图。请参见图9，该实施例中的通信控制方法可以被优化为包括如下步骤：
S910：获取控制指令，该控制指令指示在监控设备的辐射角不全重叠的至少两个定向天线中，根据定向天线的通信能力而被择一选定的定向天线；
S920：响应于获取到的控制指令，将监控设备的通信组件择一地与被选定的定向天线导通；
S930：在通信组件择一地与被选定的定向天线导通后，检测导通链路中的发射频率和接收频率，并且，根据检测到的发射频率和接收频率，调节串联在导通链路中的阻抗匹配电路的电路阻抗，使导通链路的链路阻抗向预设的阻抗阈值收敛，该阻抗阈值用于促使被选定的定向天线的通信能力最大化。
优选地，本步骤可以检测通信组件的发射端的发射频率，以及，检测被选定的所述定向天线的馈电端的接收频率；并且，根据检测到的发射频率调节阻抗匹配电路中靠近通信组件的发射端的第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗，根据检测到的接收频率调节阻抗匹配电路中靠近被选定的定向天线的馈电端的第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗，其中，链路阻抗可以包括第一电路阻抗与第二电路阻抗之和。
例如，本步骤可以进一步获取指示发射时隙和接收时隙的收发时序信号，并且，根据收发时序信号，交替地在发射时隙调节第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗、在接收时隙调节第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种监控设备，其特征在于，包括：
天线组件，包括辐射角不全重叠的至少两个定向天线，至少两个所述定向天线的辐射角在360°的范围内无缝拼合；
通信组件，用于通过所述天线组件收发射频信号；
主控组件，用于根据所述天线组件中的所述定向天线的通信能力，在所述天线组件中择一选定所述定向天线，并且产生指示被选定的所述定向天线的控制指令；
开关切换电路，用于将所述天线组件中被选定的所述定向天线择一地与所述通信组件导通；
阻抗匹配电路，包括：串联在所述通信组件与所述开关切换电路之间的第一阻抗匹配电路，以及，串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的第二阻抗匹配电路；
频率检测装置，用于检测所述通信组件的发射频率和被选定的所述定向天线的接收频率；
开关控制装置，用于：
响应于所述控制指令控制所述开关切换电路，以将所述通信组件择一地与所述天线组件中被选定的所述定向天线导通；
在所述通信组件择一地与所述天线组件中被选定的所述定向天线导通后，根据所述发射频率调节所述第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗，以及，根据所述接收频率调节被选定的所述定向天线所连接的所述第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗，使所述通信组件与被选定的所述定向天线之间的导通链路的链路阻抗向预设阻抗阈值收敛，所述链路阻抗包括所述第一电路阻抗与所述第二电路阻抗之和，并且，所述阻抗阈值用于促使被选定的所述定向天线的通信能力最大化；
其中，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述发射频率的变化趋势反向，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述接收频率的变化趋势反向。
2.根据权利要求1所述的监控设备，其特征在于，
所述频率检测装置包括：用于检测所述通信组件的发射端的所述发射频率的第一频率检测装置，以及，用于检测被选定的所述定向天线的馈电端的所述接收频率的第二频率检测装置。
3.根据权利要求1所述的监控设备，其特征在于，
所述第一阻抗匹配电路包括第一可调节电感，所述第一电路阻抗通过所述第一可调节电感的变化而被调节，并且，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述第一可调节电感的变化趋势同向，其中：所述第一可调节电感的第一端连接所述通信组件的发射端、并通过第一射频端电容接地，所述第一可调节电感的第二端连接所述开关切换电路、通过第一开关端电容接地、并且还通过第一定值电阻接地；
串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的所述第二阻抗匹配电路包括第二可调节电感，所述第二电路阻抗通过所述第二可调节电感的变化而被调节，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述第二可调节电感的变化趋势同向，其中：对于串联在每个所述定向天线与所述开关切换电路之间的所述第二阻抗匹配电路，所述第二可调节电感的第一端连接所述定向天线的馈电端、并且通过第二射频端电容接地，所述第二可调节电感的第二端连接所述开关切换电路、通过第二开关端电容接地、并且还通过第二定值电阻接地。
4.根据权利要求3所述的监控设备，其特征在于，
所述主控组件进一步用于产生指示发射时隙和接收时隙的收发时序信号；
所述开关控制装置进一步用于根据所述收发时序信号，交替地在所述发射时隙调节所述第一阻抗匹配电路的所述第一电路阻抗、在所述接收时隙调节所述第二阻抗匹配电路的所述第二电路阻抗。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的监控设备，其特征在于，
所述主控组件进一步用于轮询产生所述控制指令，使所述开关控制装置依次将所述通信组件择一地与每个所述定向天线导通，并且，
通过所述通信组件择一地与每个所述定向天线依次导通，所述主控组件确定每个所述定向天线的通信能力，并且根据每个所述定向天线的通信能力在所述天线组件中择一地选定所述定向天线。
6.根据权利要求5所述的监控设备，其特征在于，所述开关控制装置在以下条件中的任意一个满足时轮询产生所述控制指令：
所述监控设备上电启动；
从所述通信组件检测到信号质量低于预设质量阈值；
当前时间到达预设时刻。
7.一种监控设备的通信控制方法，其特征在于，包括：
获取控制指令，所述控制指令指示在所述监控设备的辐射角不全重叠的至少两个定向天线中，根据所述定向天线的通信能力而被择一选定的所述定向天线，至少两个所述定向天线的辐射角在360°的范围内无缝拼合；
响应于所述控制指令，将所述监控设备的通信组件择一地与被选定的所述定向天线导通，其中，所述监控设备还包括：靠近所述通信组件的发射端的第一阻抗匹配电路，以及，靠近被选定的所述定向天线的馈电端的第二阻抗匹配电路；
在所述通信组件择一地与被选定的所述定向天线导通后，根据检测到的所述通信组件的发射频率调节所述第一阻抗匹配电路的第一电路阻抗，以及，根据检测到的被选定的所述定向天线的接收频率调节所述第二阻抗匹配电路的第二电路阻抗，使所述通信组件与被选定的所述定向天线之间的导通链路的链路阻抗向预设阻抗阈值收敛，所述链路阻抗包括所述第一电路阻抗与所述第二电路阻抗之和，并且，所述阻抗阈值用于促使被选定的所述定向天线的通信能力最大化；
其中，所述第一电路阻抗的调节趋势与所述发射频率的变化趋势反向，并且，所述第二电路阻抗的调节趋势与所述接收频率的变化趋势反向。
8.根据权利要求7所述的通信控制方法，其特征在于，还包括：
检测所述通信组件的发射端的所述发射频率，以及，检测被选定的所述定向天线的馈电端的所述接收频率。
9.根据权利要求7所述的通信控制方法，其特征在于，根据检测到的所述通信组件的发射频率调节所述第一电路阻抗，以及，根据检测到的被选定的所述定向天线的接收频率调节靠近被选定的所述定向天线的馈电端的所述第二电路阻抗，包括：
获取指示发射时隙和接收时隙的收发时序信号；
根据所述收发时序信号，交替地在所述发射时隙调节所述第一电路阻抗、在所述接收时隙调节所述第二电路阻抗。
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