CN114614240A - 一种应用于导航卫星的智能天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于导航卫星的智能天线系统，包括:天线阵列模块，包括若干个子天线；天线调试模块，采用穷举法对不同的子天线进行组合，生成试验组，并按照固定顺序依次对不同试验组进行调试；测量记录模块，采集不同试验组在开启时生成的波束数据，获取所述的最大辐射波束的辐射区域的信息；天线执行模块，获取目标用户的位置信息和辐射区域的信息，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，调取该辐射区域所对应的试验组的信息，并开启所述的试验组的全部子天线，完成与目标用户的信号传输。与传统天线相比，本发明不再受制于窄波束天线的数量和布局，使得信号传输更加稳定和灵活。

Description

一种应用于导航卫星的智能天线系统
技术领域
本发明涉及智能天线技术领域，具体涉及一种应用于导航卫星的智能天线系统。
背景技术
导航卫星是连续发射无线电信号，为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。导航卫星装有专用的无线电导航设备，用户接收导航卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数，求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理位置坐标(二维或三维坐标)和速度矢量分量。由数颗导航卫星构成导航卫星网，具有全球和近地空间的立体覆盖能力，实现全球无线电导航。
智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。其所指的是带有可以判定信号的空间信息(比如传播方向)和跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据此信息，进行空域滤波的天线阵列。其原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
而为了提高导航卫星的准确性，越来越多的将智能天线技术应用于导航卫星的信号接收和传输。而常规的智能天线中通常由多个窄波束天线所组成，不同的窄波束天线对应不同的用户，当用户更换，或用户位置转移时，智能天线系统会根据情况更换窄波束天线的工作状态，即停掉之前的窄波束天线，然后让另一个角度正确的窄波束天线继续工作，因此信号的传输严重受制于窄波束天线的数量和布局，难以实现与不同用户之间的信号的灵活传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于导航卫星的智能天线系统，解决以下技术问题：
常规天线受制于窄波束天线的数量和布局，难以实现与不同用户之间信号的灵活传输。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种应用于导航卫星的智能天线系统，包括:
天线阵列模块，包括若干个子天线，所述的子天线具有3dB/°的增益斜率；
天线调试模块，采用穷举法对不同的子天线进行组合，生成试验组，所述的试验组内的子天线的数量大于1且小于等于子天线的总数量，并按照固定顺序依次对不同试验组进行调试；
测量记录模块，采集不同试验组在开启时生成的波束数据，获取所述的波束数据中的最大辐射波束，获取所述的最大辐射波束的辐射区域的信息，记录所述的辐射区域的信息和与其对应的试验组的信息；
天线执行模块，获取目标用户的位置信息和辐射区域的信息，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，如果所述的目标用户位于某一辐射区域内部时，调取该辐射区域所对应的试验组的信息，并开启所述的试验组的全部子天线，完成与目标用户的信号传输。
作为本发明进一步的方案：在天线调试的过程中，某一试验组中的子天线全部开启并完成调试之后，将所有子天线全部关闭，并在关闭后开启下一试验组中的所有子天线，进行下一轮调试。
作为本发明进一步的方案：当存在多个辐射区域都包含所述的目标用户的位置时，则分别调取与所述的辐射区域相对应的试验组的信息，选用包含子天线数量最少的试验组，完成与目标用户的信号传输。
作为本发明进一步的方案：当存在多个辐射区域都包含所述的目标用户的位置，且与所述的辐射区域相对应的试验组中，子天线数量最少的试验组不止一个时，则按照天线调试的顺序选用试验组，完成与目标用户的信号传输。
作为本发明进一步的方案：如果在将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对的过程中，不存在包含有所述的目标用户的位置的辐射区域时，则判定本次信号传输任务失败，终止本次信号传输过程。
作为本发明进一步的方案：在天线执行模块同时执行多个信号传输任务时，所获取的目标用户的位置信息为多个，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，得出不同的目标用户所对应的试验组的信息，并按照接收所述的信号传输任务的时间的顺序，依次完成与不同目标用户之间的信号传输。
作为本发明进一步的方案：在天线执行模块同时执行多个信号传输任务时，如果存在两个或两个以上的目标用户所对应的试验组相同时，则将与所述的目标用户所对应的信号传输任务合并为一个信号传输任务，同时完成与多个目标用户的信号传输。
作为本发明进一步的方案：在进行天线调试的过程中，设置试验组顺序时，按照所述的试验组中子天线的数量设置，所述的试验组中的子天线的数量越少，顺序越靠前；若存在多个所述的试验组中的子天线的数量相同时，则这若干个所述的试验组之间的调试顺序采用随机排列的方式。
本发明的有益效果：相比于传统的智能天线中，采用不同的窄波束天线对应不同的用户，当用户更换，或用户位置转移时，相应更换窄波束天线的方式，本发明中通过设置天线阵列，并测算出不同的天线组合所发出的最大辐射波束的数据，从而得到所述的最大辐射波束的辐射区域的信息，因此，只需要得到需要传输信号的目标用户的位置信息，就可以完成天线阵列中子天线的配置，使得所述的目标用户位于智能天线的最大辐射区域中，并且即使目标用户改变，也只需要更改子天线的配置即可，不再受制于窄波束天线的数量和布局，使得信号传输更加稳定和灵活。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种应用于导航卫星的智能天线系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种应用于导航卫星的智能天线系统，包括:
天线阵列模块，包括若干个子天线，所述的子天线具有3dB/°的增益斜率；
天线调试模块，采用穷举法对不同的子天线进行组合，生成试验组，所述的试验组内的子天线的数量大于1且小于等于子天线的总数量，并按照固定顺序依次对不同试验组进行调试；
测量记录模块，采集不同试验组在开启时生成的波束数据，获取所述的波束数据中的最大辐射波束，获取所述的最大辐射波束的辐射区域的信息，记录所述的辐射区域的信息和与其对应的试验组的信息；
天线执行模块，获取目标用户的位置信息和辐射区域的信息，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，如果所述的目标用户位于某一辐射区域内部时，调取该辐射区域所对应的试验组的信息，并开启所述的试验组的全部子天线，完成与目标用户的信号传输。
在本实施例中，若干个子天线可以在规则或者不规则的排列中形成天线阵列，而要求所述子天线具有高方向性的窄波束以及3dB/°的增益斜率是提高信号传输的稳定和距离的必要因素；而通过穷举法可以获得所有的子天线的组合方式，作为公知常识的是，天线的信号传输是以波的形式完成传播，因此不同的子天线同时开启可以形成不同的波束，而这些波束既可以叠加也可以抵消，而每一个试验组可以认为是一个智能天线，而试验组内所有子天线的波束的整合可以看做是所述的智能天线的波束，在此引入虚拟天线的概念，而通过虚拟天线的的整合波束可以获得虚拟天线的方向图，常见的是建立垂直坐标归一化场强方向图，而所述的辐射区域就是某个方向上的最大辐射波束的辐射范围。
而通过获取目标用户的位置信息可以对其进行匹配与其像相对应的虚拟天线，从而保证信号传输的稳定和强度。
穷举法又叫做枚举法，是指在进行归纳推理时，如果逐个考察了某类事件的所有可能情况。
在本发明一种优选的实施例中，在天线调试的过程中，某一试验组中的子天线全部开启并完成调试之后，将所有子天线全部关闭，并在关闭后开启下一试验组中的所有子天线，进行下一轮调试。此操作是为了防止上一试验组的调试过程会对下一试验组的调试造成干扰，从而导致所测得的数据不够准确。
可以理解的是，当存在多个辐射区域都包含所述的目标用户的位置时，则分别调取与所述的辐射区域相对应的试验组的信息，选用包含子天线数量最少的试验组，完成与目标用户的信号传输。选用包含子天线数量最少的试验组是为了减小系统的消耗和信号传输的成本，因为子天线的开启的越少，消耗越低，并且同样位于辐射区域内，不会影响信号传输的稳定和强度。
在本实施例的一种情况中，当存在多个辐射区域都包含所述的目标用户的位置，且与所述的辐射区域相对应的试验组中，子天线数量最少的试验组不止一个时，则按照天线调试的顺序选用试验组，完成与目标用户的信号传输。
值得注意的是，在进行天线调试的过程中，设置试验组顺序时，按照所述的试验组中子天线的数量设置，所述的试验组中的子天线的数量越少，顺序越靠前；若存在多个所述的试验组中的子天线的数量相同时，则这若干个所述的试验组之间的调试顺序采用随机排列的方式。信号传输中，子天线数量最少的试验组不止一个时，按照天线调试的顺序选用试验组，仍然在保证不会影响信号传输的稳定和强度的情况下，消耗最小。
在本发明另一种优选的实施例中，如果在将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对的过程中，不存在包含有所述的目标用户的位置的辐射区域时，则判定本次信号传输任务失败，终止本次信号传输过程。因为，试验组是通过穷举法获得的子天线的所有组合方式，所以当不存在包含有所述的目标用户的位置的辐射区域时，则本次信号传输任务超过了智能天线本身的能力，任务只能够终止。
值得注意的是，在天线执行模块同时执行多个信号传输任务时，所获取的目标用户的位置信息为多个，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，得出不同的目标用户所对应的试验组的信息，并按照接收所述的信号传输任务的时间的顺序，依次完成与不同目标用户之间的信号传输。
在本实施例另一种优选的情况中，在天线执行模块同时执行多个信号传输任务时，如果存在两个或两个以上的目标用户所对应的试验组相同时，则将与所述的目标用户所对应的信号传输任务合并为一个信号传输任务，同时完成与多个目标用户的信号传输。
在大多数情况，智能天线都会在短时间内接收到较多的信号传输任务，因此通过上述方案，则可以保证不同任务间的协调执行。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于导航卫星的智能天线系统，其特征在于，包括:
天线阵列模块，包括若干个子天线，所述的子天线具有3dB/°的增益斜率；
天线调试模块，采用穷举法对不同的子天线进行组合，生成试验组，所述的试验组内的子天线的数量大于1且小于等于子天线的总数量，并按照固定顺序依次对不同试验组进行调试；
测量记录模块，采集不同试验组在开启时生成的波束数据，获取所述的波束数据中的最大辐射波束，获取所述的最大辐射波束的辐射区域的信息，记录所述的辐射区域的信息和与其对应的试验组的信息；
天线执行模块，获取目标用户的位置信息和辐射区域的信息，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，如果所述的目标用户位于某一辐射区域内部时，调取该辐射区域所对应的试验组的信息，并开启所述的试验组的全部子天线，完成与目标用户的信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，在天线调试的过程中，某一试验组中的子天线全部开启并完成调试之后，将所有子天线全部关闭，并在关闭后开启下一试验组中的所有子天线，进行下一轮调试。
3.根据权利要求2所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，当存在多个辐射区域都包含所述的目标用户的位置时，则分别调取与所述的辐射区域相对应的试验组的信息，选用包含子天线数量最少的试验组，完成与目标用户的信号传输。
4.根据权利要求3所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，当存在多个辐射区域都包含所述的目标用户的位置，且与所述的辐射区域相对应的试验组中，子天线数量最少的试验组不止一个时，则按照天线调试的顺序选用试验组，完成与目标用户的信号传输。
5.根据权利要求1所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，如果在将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对的过程中，不存在包含有所述的目标用户的位置的辐射区域时，则判定本次信号传输任务失败，终止本次信号传输过程。
6.根据权利要求4所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，在天线执行模块同时执行多个信号传输任务时，所获取的目标用户的位置信息为多个，将所述的目标用户的位置信息和辐射区域的信息进行比对，得出不同的目标用户所对应的试验组的信息，并按照接收所述的信号传输任务的时间的顺序，依次完成与不同目标用户之间的信号传输。
7.根据权利要求6所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，在天线执行模块同时执行多个信号传输任务时，如果存在两个或两个以上的目标用户所对应的试验组相同时，则将与所述的目标用户所对应的信号传输任务合并为一个信号传输任务，同时完成与多个目标用户的信号传输。
8.根据权利要求4所述的一种应用于导航卫星的智能天线系统,其特征在于，在进行天线调试的过程中，设置试验组顺序时，按照所述的试验组中子天线的数量设置，所述的试验组中的子天线的数量越少，调试顺序越靠前；若存在多个所述的试验组中的子天线的数量相同时，则这若干个所述的试验组之间的调试顺序采用随机排列的方式。
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