CN114844578A - 一种多设备天线角度异常监测系统及方法 - Google Patents

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CN114844578A CN202210505949.1A CN202210505949A CN114844578A CN 114844578 A CN114844578 A CN 114844578A CN 202210505949 A CN202210505949 A CN 202210505949A CN 114844578 A CN114844578 A CN 114844578A
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李晃
李继锋
朱文明
洪许浩
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Yangzhou Yuan Electronic Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种多设备天线角度异常监测系统及方法，包括步骤S1：对天线角度的数据进行监测并对异常的天线传输信号给接收机和发射机进行天线角度对齐；步骤S2：天线参数库记录多设备天线角度正常的参数信息，所述参数信息包括位置参数和信号参数；步骤S3：根据参数分析天线信号分析模型，并根据建立的天线信号分布模型判断天线参数库中的信号强度阈值；步骤S4：实时判断设备天线组的天线角度是否异常，若异常，提取对应所述天线信号分析模型的对齐方法并进行对齐后偏差值的校验，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；步骤S5：若校验不满足系统的偏差阈值，则传输信号给接收机重新进行天线角度对齐分析。

Description

一种多设备天线角度异常监测系统及方法
技术领域
本发明涉及天线角度监测技术领域，具体为一种多设备天线角度异常监测系统及方法。
背景技术
电磁信号设备试验中视轴对齐情况为功率最大情况，在试验过程中往往需要对其多设备的天线视轴，以提高天线接收效率。但是若设备间距较大，由于海拔高差不同、地面平坦度不一、存在地球偏心率等问题，无法直接获取设备间方向角与俯仰角进行对齐，通常采用手动校准的方法，手动校准存在两大弊端：1)校准精度低，使用手动校准，由于平台抖动，测量误差等原因，难以完成高精度校准；2)校准难度高，多设备间天线对齐需要考虑多设备方向角俯仰角关系，其计算公式复杂，难以在野外进行计算校准，只能粗调；且在众多天线设备已经完成对齐的情况下，重复的对齐分析过程增加了人力物力资源的耗费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多设备天线角度异常监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多设备天线角度异常监测系统，包括接收机模块、发射机模块和异常监测分析模块，异常监测分析模块用于对天线角度的数据进行监测并对监测异常的天线传输信号给接收机模块和发射机模块进行天线角度对齐；接收机模块包括天线设备模块、滤波放大模块、多路接收机模块、相位干涉仪模块、MCU处理器模块、显控设备模块和电源管理模块；发射机模块包括姿态管理器模块和转台控制设备模块；
天线设备模块用于传输射频信号给滤波放大模块；
滤波放大模块用于接收天线设备的射频信号，并对射频信号进行分频滤波分为双路信号，滤波放大信号对双路信号分别进行滤波放大，并通过开关电路选择输出信号频段，传输给多路接收机模块；
多路接收机模块接收滤波放大模块的射频信号进行下变频，多路接收机模块将下变频信号进行两路传输通道传输为测幅信号，两路传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，第一传输通道用于将下变频信号传输给相位干涉仪模块，第二传输通道用于将下变频信号传输给MCU处理器模块；
相位干涉仪模块用于通过鉴相器输出射频信号的测向角度并传输至MCU处理器模块，测向角度包括方位角和俯仰角信息；
姿态管理器模块用于在校准前向MCU处理器模块汇报天线设备模块的经纬度信息，并在姿态调整过程中向MCU处理器模块汇报当前磁角数据；
转台控制设备模块用于接收MCU处理器模块发送的指令进行三轴姿态调整；
MCU处理器模块用于对接收的频率信号进行分选处理记录射频信号功率，结合相位干涉仪模块的角度测向与姿态管理器模块的数据分析姿态控制动作并向转台控制设备模块发送指令；
显控设备模块用于对当前角度信号和姿态的控制进行数据的显示；
电源管理模块用于对模块的供电。
进一步的，MCU处理器模块包括窄带频谱解算模块、窄带功率解算模块和ARM控制器模块；
窄带频谱解算模块用于对多路接收机模块输入的下变频信号进行频谱解算，窄带频谱解算模块解算得到频谱数据和窄带数据，并将窄带数据传输给窄带功率解算模块，将频谱数据传输给ARM控制器模块；
窄带功率解算模块用于对窄带数据进行解算得到功率数据，并将功率数据传输给ARM控制器模块；
ARM控制器模块用于接收功率数据、频谱数据以及姿态管理器模块传输的磁角数据和相位干涉仪模块的测向角度进行转台动作的分析。
进一步的，异常监测分析模块包括天线参数库模块、数据获取模块和信号分布模型建立模块；
天线参数库模块记录多设备天线角度正常的参数信息，参数信息包括位置参数和信号参数，位置参数包括天线的海拔高度、地面平坦度和地球偏心率，信号参数包括辐射信号强度和接受增益；
数据获取模块用于获取天线参数库模块中设备天线组的参数集合G，G＝{s1、s2、...、sk}m表示第m个设备天线组包含的第1、2、...、k个设备天线的参数集合，k取值不小于2；数据获取模块将参数集合G中的参数信息进行划分为
Figure BDA0003636150910000031
其中
Figure BDA0003636150910000032
表示第k个设备天线的位置参数，
Figure BDA0003636150910000033
表示第k个设备天线的信号参数；
信号分布模型建立模块以位置参数为基准，建立坐标系分析m个设备天线组中k个设备天线的相对位置并建立设备天线信号分布模型；信号分布模型提取k个设备天线的海拔高度和地球偏心率，并以设备天线对应地球偏心率和海拔高度为中位数的位置坐标作为原点建立直角坐标系；
获取直角坐标系中任意两个设备天线的坐标值
Figure BDA0003636150910000034
和
Figure BDA0003636150910000035
将两个坐标值带入设置的线性方程y＝ax+b中并得到包含具体a、b值的线性方程yAB，再将除A、B以外设备天线坐标值
Figure BDA0003636150910000036
任一带入线性方程yAB中，且
Figure BDA0003636150910000037
构建线性方程是为了判断天线设备组内的各个设备天线是否分布在一个直线上；
若
Figure BDA0003636150910000038
中的坐标值均满足线性方程yAB，则连接k个天线设备的坐标构成天线分布线性模型；若
Figure BDA0003636150910000039
中的坐标值存在不满足线性方程yAB的情况，将坐标值对应的点进行构建成天线分布规则模型，且天线分布规则模型包含一个天线设备组的所有设备天线，天线规则分布模型包括三角形、多边形、L形和圆形。建立天线规则分布模型是因为多设备天线的分布在使用干涉仪测向时测向天线在空间的分布和天线的架设间距需要遵循一定的规则，如三角形、多边形这种有规则的图形。
进一步的，信号分布模型建立模块包括模型优化模块、信号提取模块、信号阈值建立模块和参数判定模块；
模型优化模块基于天线分布规则模型，对存在于天线分布规则模型内部而非边线上的天线设备进行剔除；剔除模型内部的设备天线数据是增加干涉仪测向时符合规则分布测出来的精确性；
信号提取模块提取天线分布线性模型和天线分布规则模型上保留的设备天线位置参数对应的信号参数
Figure BDA00036361509100000310
信号阈值建立模块将参数集合G＝{s1、s2、...、sk}m中的设备天线组进行以组为单位的信号强度的大小排序构建信号强度阈值集合H＝{[(ek)mim，(ek)max]}m，其中(ek)min表示在第1、2、...、k个设备天线中信号参数对应信号强度的最小值，(ek)max表示在第1、2、...、k个设备天线中信号参数对应信号强度的最大值，{[(ek)min，(ek)max]}m表示第m个天线组对应的信号强度阈值；信号阈值建立模块将得到设备天线组对应的信号强度阈值存储于天线参数库模块；
参数判定模块用于初步判断实时设备天线组的位置坐标是否存在于信号分布模型建立模块中的两种模型中。
进一步的，参数判定模块具体的判定过程包括以下内容：
若实时设备天线组的位置坐标满足天线分布线性模型和天线分布规则模型中的任一种，则获取设备天线组对应的信号参数h，将信号参数h与信号强度阈值集合H＝{[(ek)min，(ek)max]}m进行判断；
当h∈{[(ek)min，(ek)max]}m时，此时设备天线组的天线角度处于正常状态；当
Figure BDA0003636150910000041
时，此时设备天线组的天线角度处于异常状态；
参数判定模块提取天线参数库模块中对应阈值设备天线组的对齐方法，并传输到发射极模块进行角度对齐，参数判定模块判断角度对齐完成后的信号强度与信号强度阈值的偏差值，如果偏差值小于等于系统设置的偏差阈值则认为天线角度对齐正确，若偏差值大于系统设置的偏差阈值，传输异常信号给接收机模块进行角度的对齐分析，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；因为此时的设备组的位置参数与参数库中的相似，可以直接根据参数库中已经完成对齐动作的设备天线组进行动作指令的直接传输，则不用通过MCU处理器模块再进行分析，节省了天线角度对齐的分析时间，提高了效率；
若实时设备天线组的位置坐标不满足天线分布线性模型和天线分布规则模型中任一种，则直接传输异常信号给接收机模块进行角度的对齐分析。
进一步的，MCU处理器模块分析姿态控制动作包括以下过程：
MCU处理器模块传输校准指令并获取天线的功率数据，接收机模块接收指令并将接收天线从0°俯仰角开始每隔α°俯仰角测量接收天线的对齐方位角和天线偏移α°的相位测向，共计270°/α°个数值，0<α≤10；
MCU处理器模块判断是否到达最大俯仰角，若没有到达最大俯仰角，提高俯仰角进行相位测向；若达到最大俯仰角，监测系统设置底噪数据，MCU处理器模块去除功率接近底噪的数据，选取剩余数据的中位数作为俯仰测向结果传输给发射机模块，发射机模块通过功率计向功率增加的方向调整转台；
接收天线完成计算后，MCU处理器模块接收实时发射机模块传输的测向角度，并传输信号给转台控制模块将发射天线俯仰角设置为接收天线余角，则天线角度校准过程完成。
一种多设备天线角度异常监测方法，包括以下过程：
步骤S1：对天线角度的数据进行监测并对监测异常的天线传输信号给接收机和发射机进行天线角度对齐；接收机包括天线设备、滤波放大器、多路接收机、相位干涉仪、MCU处理器、显控设备和电源管理电路；发射机包括姿态管理器和转台控制设备；
步骤S2：天线参数库记录多设备天线角度正常的参数信息，参数信息包括位置参数和信号参数，位置参数包括天线的海拔高度、地面平坦度和地球偏心率，信号参数包括辐射信号强度和接受增益；
步骤S3：基于步骤S2中的参数进行分析天线信号分析模型，并根据建立的天线信号分布模型判断天线参数库中的信号强度阈值；
步骤S4：实时判断设备天线组的天线角度是否异常，若异常，提取对应天线信号分析模型的对齐方法并进行对齐后偏差值的校验，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；
步骤S5：若校验不满足系统的偏差阈值，则传输信号给接收机进行重新的天线角度对齐分析。
进一步的，步骤S4包括以下过程：
步骤S41：天线设备传输射频信号给滤波放大器，滤波放大器对射频信号进行分频滤波分为双路信号，滤波放大信号对双路信号分别进行滤波放大，并通过开关电路选择输出信号频段，传输给多路接收机；
步骤S42：多路接收机接收射频信号进行下变频，并将下变频信号进行两路传输通道传输为测幅信号，两路传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，第一传输通道用于将下变频信号传输给相位干涉仪，第二传输通道用于将下变频信号传输给MCU处理器；
步骤S43：相位干涉仪通过鉴相器输出射频信号方位角俯仰角信息送往MCU处理器，姿态管理器在校准前向MCU处理器汇报天线设备的经纬度信息，并在姿态调整过程中向MCU处理器汇报当前磁角数据；
步骤S44：MCU处理器对接收的频率信号进行分选处理记录射频信号功率，结合相位干涉仪的角度测向与姿态管理器的数据分析姿态控制动作并向转台控制设备发送指令；
步骤S45：转台控制设备接收MCU处理器发送的指令进行三轴姿态调整；显控设备对当前角度信号和姿态的控制进行数据的显示；电源管理电路输出电压供设备使用。
进一步的，步骤S44包括以下过程：
步骤S441：MCU处理器传输校准指令并获取天线的功率数据，接收机接收指令并将接收天线从0°俯仰角开始每隔α°俯仰角测量接收天线的对齐方位角和天线偏移α°的相位测向，共计270°/α°个数值，0<α≤10；
步骤S442：MCU处理器判断是否到达最大俯仰角，若没有到达最大俯仰角，提高俯仰角进行相位测向；若达到最大俯仰角，监测系统设置底噪数据，MCU处理器去除功率接近底噪的数据，选取剩余数据的中位数作为俯仰测向结果传输给发射机，发射机通过功率计向功率增加的方向调整转台；
步骤S443：接收天线完成计算后，MCU处理器接收实时发射机传输的测向角度，并传输信号给转台控制将发射天线俯仰角设置为接收天线余角，则天线角度校准过程完成。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过自动收集设备地理位置，输入多设备位置自动进行方位角俯仰角计算，以及能够通过干涉仪与磁阻器，引导转台自动校准天线视轴角度对齐，降低了由于设备间距较大、海拔高度差不同、地面平坦度不一以及存在地球偏心率等问题对天线角度进行对齐的复杂度，以及将多路分频电路、多相位测向与采用Z7020芯片为核心的MCU进行结合，提高了设备在野外进行多角度校准的精确度，且将完成天线对齐后的数据存入参数库，根据模型的判断分析进行初步的适配性判断可以直接进行转台的操作，减少了MCU处理器分析过程的时间，提高了角度的对齐效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种多设备天线角度异常监测系统的结构示意图；
图2是本发明一种多设备天线角度异常监测方法的步骤流程图；
图3是本发明一种多设备天线角度异常监测系统及方法的天线角度对齐设备组成框图；
图4是本发明一种多设备天线角度异常监测系统及方法的2～18GHz滤波放大电路流程图；
图5是本发明一种多设备天线角度异常监测系统及方法的接收机与干涉仪测向原理框图；
图6是本发明一种多设备天线角度异常监测系统及方法的MCU原理设计图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：一种多设备天线角度异常监测系统，包括接收机模块、发射机模块和异常监测分析模块，异常监测分析模块用于对天线角度的数据进行监测并对监测异常的天线传输信号给接收机模块和发射机模块进行天线角度对齐；接收机模块包括天线设备模块、滤波放大模块、多路接收机模块、相位干涉仪模块、MCU处理器模块、显控设备模块和电源管理模块；发射机模块包括姿态管理器模块和转台控制设备模块；
天线设备模块用于传输射频信号给滤波放大模块；
滤波放大模块用于接收天线设备的射频信号，并对射频信号进行分频滤波分为双路信号，滤波放大信号对双路信号分别进行滤波放大，并通过开关电路选择输出信号频段，传输给多路接收机模块；
如图：当发射机的2GHz～18GHz信号传入滤波放大电路，射频信号将进行分频滤波，分为2～6GHz与6～18GHz双路信号，分别进行滤波放大，然后通过开关电路选择输出信号频段，送至多路接收机。
多路接收机模块接收滤波放大模块的射频信号进行下变频，多路接收机模块将下变频信号进行两路传输通道传输为测幅信号，两路传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，第一传输通道用于将下变频信号传输给相位干涉仪模块，第二传输通道用于将下变频信号传输给MCU处理器模块；具体过程如图；
相位干涉仪模块用于通过鉴相器输出射频信号的测向角度并传输至MCU处理器模块，测向角度包括方位角和俯仰角信息；
姿态管理器模块用于在校准前向MCU处理器模块汇报天线设备模块的经纬度信息，并在姿态调整过程中向MCU处理器模块汇报当前磁角数据；
转台控制设备模块用于接收MCU处理器模块发送的指令进行三轴姿态调整；
MCU处理器模块用于对接收的频率信号进行分选处理记录射频信号功率，结合相位干涉仪模块的角度测向与姿态管理器模块的数据分析姿态控制动作并向转台控制设备模块发送指令；
显控设备模块用于对当前角度信号和姿态的控制进行数据的显示；
电源管理模块用于对模块的供电。电源部分主要用于对模块的供电，采用2Ah 12V锂电池，经过冲放电管理电路可输出3.3V、5V、-5V供各模块使用。
MCU处理器模块包括窄带频谱解算模块、窄带功率解算模块和ARM控制器模块；
窄带频谱解算模块用于对多路接收机模块输入的下变频信号进行频谱解算，窄带频谱解算模块解算得到频谱数据和窄带数据，并将窄带数据传输给窄带功率解算模块，将频谱数据传输给ARM控制器模块；
窄带功率解算模块用于对窄带数据进行解算得到功率数据，并将功率数据传输给ARM控制器模块；
ARM控制器模块用于接收功率数据、频谱数据以及姿态管理器模块传输的磁角数据和相位干涉仪模块的测向角度进行转台动作的分析。
如图MCU处理器采用通用Z7020芯片为核心的ARM+FPGA电路实现，在FPGA端对接频率信号进行分选处理，记录射频信号功率。
异常监测分析模块包括天线参数库模块、数据获取模块和信号分布模型建立模块；
天线参数库模块记录多设备天线角度正常的参数信息，参数信息包括位置参数和信号参数，位置参数包括天线的海拔高度、地面平坦度和地球偏心率，信号参数包括辐射信号强度和接受增益；
数据获取模块用于获取天线参数库模块中设备天线组的参数集合G，G＝{s1、s2、...、sk}m表示第m个设备天线组包含的第1、2、...、k个设备天线的参数集合，k取值不小于2；数据获取模块将参数集合G中的参数信息进行划分为
Figure BDA0003636150910000081
其中
Figure BDA0003636150910000082
表示第k个设备天线的位置参数，
Figure BDA0003636150910000083
表示第k个设备天线的信号参数；
信号分布模型建立模块以位置参数为基准，建立坐标系分析m个设备天线组中k个设备天线的相对位置并建立设备天线信号分布模型；信号分布模型提取k个设备天线的海拔高度和地球偏心率，并以设备天线对应地球偏心率和海拔高度为中位数的位置坐标作为原点建立直角坐标系；
获取直角坐标系中任意两个设备天线的坐标值
Figure BDA0003636150910000091
和
Figure BDA0003636150910000092
将两个坐标值带入设置的线性方程y＝ax+b中并得到包含具体a、b值的线性方程yAB，再将除A、B以外设备天线坐标值
Figure BDA0003636150910000093
任一带入线性方程yAB中，且
Figure BDA0003636150910000094
构建线性方程是为了判断天线设备组内的各个设备天线是否分布在一个直线上；
若
Figure BDA0003636150910000095
中的坐标值均满足线性方程yAB，则连接k个天线设备的坐标构成天线分布线性模型；若
Figure BDA0003636150910000096
中的坐标值存在不满足线性方程yAB的情况，将坐标值对应的点进行构建成天线分布规则模型，且天线分布规则模型包含一个天线设备组的所有设备天线，天线规则分布模型包括三角形、多边形、L形和圆形。建立天线规则分布模型是因为多设备天线的分布在使用干涉仪测向时测向天线在空间的分布和天线的架设间距需要遵循一定的规则，如三角形、多边形这种有规则的图形。
信号分布模型建立模块包括模型优化模块、信号提取模块、信号阈值建立模块和参数判定模块；
模型优化模块基于天线分布规则模型，对存在于天线分布规则模型内部而非边线上的天线设备进行剔除；剔除模型内部的设备天线数据是增加干涉仪测向时符合规则分布测出来的精确性；
信号提取模块提取天线分布线性模型和天线分布规则模型上保留的设备天线位置参数对应的信号参数
Figure BDA0003636150910000097
信号阈值建立模块将参数集合G＝{s1、s2、...、sk}m中的设备天线组进行以组为单位的信号强度的大小排序构建信号强度阈值集合H＝{[(ek)min，(ek)max]}m，其中(ek)min表示在第1、2、...、k个设备天线中信号参数对应信号强度的最小值，(ek)max表示在第1、2、...、k个设备天线中信号参数对应信号强度的最大值，{[(ek)min，(ek)max]}m表示第m个天线组对应的信号强度阈值；信号阈值建立模块将得到设备天线组对应的信号强度阈值存储于天线参数库模块；
参数判定模块用于初步判断实时设备天线组的位置坐标是否存在于信号分布模型建立模块中的两种模型中。
参数判定模块具体的判定过程包括以下内容：
若实时设备天线组的位置坐标满足天线分布线性模型和天线分布规则模型中的任一种，则获取设备天线组对应的信号参数h，将信号参数h与信号强度阈值集合H＝{[(ek)min，(ek)max]}m进行判断；
当h∈{[(ek)min，(ek)max]}m时，此时设备天线组的天线角度处于正常状态；当
Figure BDA0003636150910000101
时，此时设备天线组的天线角度处于异常状态；
参数判定模块提取天线参数库模块中对应阈值设备天线组的对齐方法，并传输到发射极模块进行角度对齐，参数判定模块判断角度对齐完成后的信号强度与信号强度阈值的偏差值，如果偏差值小于等于系统设置的偏差阈值则认为天线角度对齐正确，若偏差值大于系统设置的偏差阈值，传输异常信号给接收机模块进行角度的对齐分析，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；因为此时的设备组的位置参数与参数库中的相似，可以直接根据参数库中已经完成对齐动作的设备天线组进行动作指令的直接传输，则不用通过MCU处理器模块再进行分析，节省了天线角度对齐的分析时间，提高了效率；
若实时设备天线组的位置坐标不满足天线分布线性模型和天线分布规则模型中任一种，则直接传输异常信号给接收机模块进行角度的对齐分析。
MCU处理器模块分析姿态控制动作包括以下过程：
MCU处理器模块传输校准指令并获取天线的功率数据，接收机模块接收指令并将接收天线从0°俯仰角开始每隔α°俯仰角测量接收天线的对齐方位角和天线偏移α°的相位测向，共计270°/α°个数值，0<α≤10；
如：MCU对分机下发开始校准指令，接收天线将从0度俯仰角开始每隔5°俯仰测其对齐方位角、天线偏移5°的相位测向，共计计算54个值；
MCU处理器模块判断是否到达最大俯仰角，若没有到达最大俯仰角，提高俯仰角进行相位测向；若达到最大俯仰角，监测系统设置底噪数据，MCU处理器模块去除功率接近底噪的数据，选取剩余数据的中位数作为俯仰测向结果传输给发射机模块，发射机模块通过功率计向功率增加的方向调整转台；
接收天线完成计算后，MCU处理器模块接收实时发射机模块传输的测向角度，并传输信号给转台控制模块将发射天线俯仰角设置为接收天线余角，则天线角度校准过程完成。
一种多设备天线角度异常监测方法，包括以下过程：
步骤S1：对天线角度的数据进行监测并对监测异常的天线传输信号给接收机和发射机进行天线角度对齐；接收机包括天线设备、滤波放大器、多路接收机、相位干涉仪、MCU处理器、显控设备和电源管理电路；发射机包括姿态管理器和转台控制设备；
步骤S2：天线参数库记录多设备天线角度正常的参数信息，参数信息包括位置参数和信号参数，位置参数包括天线的海拔高度、地面平坦度和地球偏心率，信号参数包括辐射信号强度和接受增益；
步骤S3：基于步骤S2中的参数进行分析天线信号分析模型，并根据建立的天线信号分布模型判断天线参数库中的信号强度阈值；
步骤S4：实时判断设备天线组的天线角度是否异常，若异常，提取对应天线信号分析模型的对齐方法并进行对齐后偏差值的校验，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；
步骤S5：若校验不满足系统的偏差阈值，则传输信号给接收机进行重新的天线角度对齐分析。
步骤S4包括以下过程：
步骤S41：天线设备传输射频信号给滤波放大器，滤波放大器对射频信号进行分频滤波分为双路信号，滤波放大信号对双路信号分别进行滤波放大，并通过开关电路选择输出信号频段，传输给多路接收机；
步骤S42：多路接收机接收射频信号进行下变频，并将下变频信号进行两路传输通道传输为测幅信号，两路传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，第一传输通道用于将下变频信号传输给相位干涉仪，第二传输通道用于将下变频信号传输给MCU处理器；
步骤S43：相位干涉仪通过鉴相器输出射频信号方位角俯仰角信息送往MCU处理器，姿态管理器在校准前向MCU处理器汇报天线设备的经纬度信息，并在姿态调整过程中向MCU处理器汇报当前磁角数据；
步骤S44：MCU处理器对接收的频率信号进行分选处理记录射频信号功率，结合相位干涉仪的角度测向与姿态管理器的数据分析姿态控制动作并向转台控制设备发送指令；
步骤S45：转台控制设备接收MCU处理器发送的指令进行三轴姿态调整；显控设备对当前角度信号和姿态的控制进行数据的显示；电源管理电路输出电压供设备使用。
步骤S44包括以下过程：
步骤S441：MCU处理器传输校准指令并获取天线的功率数据，接收机接收指令并将接收天线从0°俯仰角开始每隔α°俯仰角测量接收天线的对齐方位角和天线偏移α°的相位测向，共计270°/α°个数值，0<α≤10；
步骤S442：MCU处理器判断是否到达最大俯仰角，若没有到达最大俯仰角，提高俯仰角进行相位测向；若达到最大俯仰角，监测系统设置底噪数据，MCU处理器去除功率接近底噪的数据，选取剩余数据的中位数作为俯仰测向结果传输给发射机，发射机通过功率计向功率增加的方向调整转台；
步骤S443：接收天线完成计算后，MCU处理器接收实时发射机传输的测向角度，并传输信号给转台控制将发射天线俯仰角设置为接收天线余角，则天线角度校准过程完成。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多设备天线角度异常监测系统，其特征在于，包括接收机模块、发射机模块和异常监测分析模块，所述异常监测分析模块用于对天线角度的数据进行监测并对监测异常的天线传输信号给所述接收机模块和所述发射机模块进行天线角度对齐；所述接收机模块包括天线设备模块、滤波放大模块、多路接收机模块、相位干涉仪模块、MCU处理器模块、显控设备模块和电源管理模块；所述发射机模块包括姿态管理器模块和转台控制设备模块；
所述天线设备模块用于传输射频信号给所述滤波放大模块；
所述滤波放大模块用于接收所述天线设备的射频信号，并对所述射频信号进行分频滤波分为双路信号，所述滤波放大信号对所述双路信号分别进行滤波放大，并通过开关电路选择输出信号频段，传输给所述多路接收机模块；
所述多路接收机模块接收所述滤波放大模块的射频信号进行下变频，所述多路接收机模块将所述下变频信号进行两路传输通道传输为测幅信号，所述两路传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，所述第一传输通道用于将下变频信号传输给所述相位干涉仪模块，所述第二传输通道用于将下变频信号传输给所述MCU处理器模块；
所述相位干涉仪模块用于通过鉴相器输出射频信号的测向角度并传输至所述MCU处理器模块，所述测向角度包括方位角和俯仰角信息；
所述姿态管理器模块用于在校准前向所述MCU处理器模块汇报所述天线设备模块的经纬度信息，并在姿态调整过程中向所述MCU处理器模块汇报当前磁角数据；
所述转台控制设备模块用于接收所述MCU处理器模块发送的指令进行三轴姿态调整；
所述MCU处理器模块用于对接收的频率信号进行分选处理记录射频信号功率，结合所述相位干涉仪模块的角度测向与所述姿态管理器模块的数据分析姿态控制动作并向所述转台控制设备模块发送指令；
所述显控设备模块用于对当前角度信号和姿态的控制进行数据的显示；
所述电源管理模块用于对模块的供电。
2.根据权利要求1所述的一种多设备天线角度异常监测系统，其特征在于：所述MCU处理器模块包括窄带频谱解算模块、窄带功率解算模块和ARM控制器模块；
所述窄带频谱解算模块用于对所述多路接收机模块输入的下变频信号进行频谱解算，所述窄带频谱解算模块解算得到频谱数据和窄带数据，并将所述窄带数据传输给所述窄带功率解算模块，将所述频谱数据传输给所述ARM控制器模块；
所述窄带功率解算模块用于对所述窄带数据进行解算得到功率数据，并将所述功率数据传输给所述ARM控制器模块；
所述ARM控制器模块用于接收所述功率数据、频谱数据以及所述姿态管理器模块传输的磁角数据和所述相位干涉仪模块的测向角度进行转台动作的分析。
3.根据权利要求2所述的一种多设备天线角度异常监测系统，其特征在于：所述异常监测分析模块包括天线参数库模块、数据获取模块和信号分布模型建立模块；
所述天线参数库模块记录多设备天线角度正常的参数信息，所述参数信息包括位置参数和信号参数，所述位置参数包括天线的海拔高度、地面平坦度和地球偏心率，所述信号参数包括辐射信号强度和接受增益；
所述数据获取模块用于获取所述天线参数库模块中设备天线组的参数集合G，G＝{s1、s2、...、sk}m表示第m个设备天线组包含的第1、2、...、k个设备天线的参数集合，k取值不小于2；所述数据获取模块将参数集合G中的参数信息进行划分为
Figure FDA0003636150900000021
其中
Figure FDA0003636150900000022
表示第k个设备天线的位置参数，
Figure FDA0003636150900000023
表示第k个设备天线的信号参数；
所述信号分布模型建立模块以位置参数为基准，建立坐标系分析m个设备天线组中k个设备天线的相对位置并建立设备天线信号分布模型；所述信号分布模型提取k个设备天线的海拔高度和地球偏心率，并以设备天线对应地球偏心率和海拔高度为中位数的位置坐标作为原点建立直角坐标系；
获取直角坐标系中任意两个设备天线的坐标值
Figure FDA0003636150900000024
和
Figure FDA0003636150900000025
将两个坐标值带入设置的线性方程y＝ax+b中并得到包含具体a、b值的线性方程yAB，再将除A、B以外设备天线坐标值
Figure FDA0003636150900000026
任一带入线性方程yAB中，且
Figure FDA0003636150900000027
若
Figure FDA0003636150900000028
中的坐标值均满足线性方程yAB，则连接k个天线设备的坐标构成天线分布线性模型；若
Figure FDA0003636150900000029
中的坐标值存在不满足线性方程yAB的情况，将坐标值对应的点进行构建成天线分布规则模型，且所述天线分布规则模型包含一个天线设备组的所有设备天线，所述天线规则分布模型包括三角形、多边形、L形和圆形。
4.根据权利要求3所述的一种多设备天线角度异常监测系统，其特征在于：所述信号分布模型建立模块包括模型优化模块、信号提取模块、信号阈值建立模块和参数判定模块；
所述模型优化模块基于所述天线分布规则模型，对存在于所述天线分布规则模型内部而非边线上的天线设备进行剔除；
所述信号提取模块提取所述天线分布线性模型和天线分布规则模型上保留的设备天线位置参数对应的信号参数
Figure FDA0003636150900000031
所述信号阈值建立模块将参数集合G＝{s1、s2、...、sk}m中的设备天线组进行以组为单位的信号强度的大小排序构建信号强度阈值集合H＝{[(ek)min，(ek)max]}m，其中(ek)min表示在第1、2、...、k个设备天线中信号参数对应信号强度的最小值，(ek)max表示在第1、2、...、k个设备天线中信号参数对应信号强度的最大值，{[(ek)min，(ek)max]}m表示第m个天线组对应的信号强度阈值；所述信号阈值建立模块将得到设备天线组对应的信号强度阈值存储于所述天线参数库模块；
所述参数判定模块用于初步判断实时设备天线组的位置坐标是否存在于所述信号分布模型建立模块中的两种模型中。
5.根据权利要求4所述的一种多设备天线角度异常监测系统，其特征在于：所述参数判定模块具体的判定过程包括以下内容：
若实时设备天线组的位置坐标满足天线分布线性模型和天线分布规则模型中的任一种，则获取设备天线组对应的信号参数h，将信号参数h与信号强度阈值集合H＝{[(ek)min，(ek)max]}m进行判断；
当h∈{[(ek)min，(ek)max]}m时，此时设备天线组的天线角度处于正常状态；当
Figure FDA0003636150900000032
时，此时设备天线组的天线角度处于异常状态；
所述参数判定模块提取所述天线参数库模块中对应所述阈值设备天线组的对齐方法，并传输到所述发射极模块进行角度对齐，所述参数判定模块判断角度对齐完成后的信号强度与信号强度阈值的偏差值，如果偏差值小于等于系统设置的偏差阈值则认为天线角度对齐正确，若偏差值大于系统设置的偏差阈值，传输异常信号给所述接收机模块进行角度的对齐分析，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；
若实时设备天线组的位置坐标不满足天线分布线性模型和天线分布规则模型中任一种，则直接传输异常信号给所述接收机模块进行角度的对齐分析。
6.根据权利要求5所述的一种多设备天线角度异常监测系统，其特征在于：所述MCU处理器模块分析姿态控制动作包括以下过程：
所述MCU处理器模块传输校准指令并获取天线的功率数据，所述接收机模块接收指令并将接收天线从0°俯仰角开始每隔α°俯仰角测量接收天线的对齐方位角和天线偏移α°的相位测向，共计270°/α°个数值，0<α≤10；
所述MCU处理器模块判断是否到达最大俯仰角，若没有到达最大俯仰角，提高俯仰角进行相位测向；若达到最大俯仰角，监测系统设置底噪数据，所述MCU处理器模块去除功率接近底噪的数据，选取剩余数据的中位数作为俯仰测向结果传输给所述发射机模块，所述发射机模块通过功率计向功率增加的方向调整转台；
接收天线完成计算后，所述MCU处理器模块接收实时发射机模块传输的测向角度，并传输信号给所述转台控制模块将发射天线俯仰角设置为接收天线余角，则天线角度校准过程完成。
7.一种多设备天线角度异常监测方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤S1：对天线角度的数据进行监测并对监测异常的天线传输信号给接收机和发射机进行天线角度对齐；所述接收机包括天线设备、滤波放大器、多路接收机、相位干涉仪、MCU处理器、显控设备和电源管理电路；所述发射机包括姿态管理器和转台控制设备；
步骤S2：天线参数库记录多设备天线角度正常的参数信息，所述参数信息包括位置参数和信号参数，所述位置参数包括天线的海拔高度、地面平坦度和地球偏心率，所述信号参数包括辐射信号强度和接受增益；
步骤S3：基于步骤S2中的参数进行分析天线信号分析模型，并根据建立的天线信号分布模型判断天线参数库中的信号强度阈值；
步骤S4：实时判断设备天线组的天线角度是否异常，若异常，提取对应所述天线信号分析模型的对齐方法并进行对齐后偏差值的校验，并将此次判断的设备天线组录入天线参数库模块并优化信号强度阈值；
步骤S5：若校验不满足系统的偏差阈值，则传输信号给接收机进行重新的天线角度对齐分析。
8.根据权利要求7所述的一种多设备天线角度异常监测方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下过程：
步骤S41：天线设备传输射频信号给滤波放大器，所述滤波放大器对所述射频信号进行分频滤波分为双路信号，所述滤波放大信号对所述双路信号分别进行滤波放大，并通过开关电路选择输出信号频段，传输给多路接收机；
步骤S42：多路接收机接收射频信号进行下变频，并将下变频信号进行两路传输通道传输为测幅信号，所述两路传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，所述第一传输通道用于将下变频信号传输给所述相位干涉仪，所述第二传输通道用于将下变频信号传输给所述MCU处理器；
步骤S43：相位干涉仪通过鉴相器输出射频信号方位角俯仰角信息送往MCU处理器，姿态管理器在校准前向MCU处理器汇报天线设备的经纬度信息，并在姿态调整过程中向MCU处理器汇报当前磁角数据；
步骤S44：MCU处理器对接收的频率信号进行分选处理记录射频信号功率，结合所述相位干涉仪的角度测向与所述姿态管理器的数据分析姿态控制动作并向所述转台控制设备发送指令；
步骤S45：转台控制设备接收MCU处理器发送的指令进行三轴姿态调整；显控设备对当前角度信号和姿态的控制进行数据的显示；电源管理电路输出电压供设备使用。
9.根据权利要求8所述的一种多设备天线角度异常监测方法，其特征在于：所述步骤S44包括以下过程：
步骤S441：MCU处理器传输校准指令并获取天线的功率数据，接收机接收指令并将接收天线从0°俯仰角开始每隔α°俯仰角测量接收天线的对齐方位角和天线偏移α°的相位测向，共计270°/α°个数值，0<α≤10；
步骤S442：MCU处理器判断是否到达最大俯仰角，若没有到达最大俯仰角，提高俯仰角进行相位测向；若达到最大俯仰角，监测系统设置底噪数据，MCU处理器去除功率接近底噪的数据，选取剩余数据的中位数作为俯仰测向结果传输给所述发射机，所述发射机通过功率计向功率增加的方向调整转台；
步骤S443：接收天线完成计算后，所述MCU处理器接收实时发射机传输的测向角度，并传输信号给所述转台控制将发射天线俯仰角设置为接收天线余角，则天线角度校准过程完成。
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