CN116388815B - 波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质，包括：获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列；基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度；基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。本公开中，首先获取了波束设备的尺寸信息，然后基于尺寸信息生成了与波束设备相对应的圆锥阵列，之后对圆锥阵列的分层码本进行了计算并确定出了波束发射角度，最后通过波束发射角度对波束设备发送的波束进行了对准。

Description

波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
近年来，随着波束设备（如，无人机设备）在无线通信技术中不断地渐崭露头角，其在无线通信中所产生的信息传递问题也逐渐为人们所重视。在实际中，无人机之间通常使用毫米波频段进行高速通信。由于毫米波频率较高，信号在传输过程中会经历很强的衰减，因此需要使用大规模天线阵列对抗路径损耗。
在现有技术中，当天线阵列规模增加时，会导致无人机发出的波束宽度变窄，从使得收发无人机间的波束对齐很难解决。同时，由于接收无人机需要同时服务多个发送无人机，因而采用现有技术中大规模天线阵列的方法，还会导致较高的硬件复杂度，进而使得接收无人机的硬件开销变大。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质。
作为本公开的一个方面，提供了一种波束的对准方法，其特征在于，包括：
获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列；
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度；
基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。
可选的，所述基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列，包括：
基于所述波束设备的尺寸信息以及电磁关系，确定所述波束设备的导向矢量；
基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列；
其中，所述导向矢量表示为：
其中，表示导向矢量，h为圆锥阵列的高度，λ表示载波波长，/>表示圆锥半顶角，/>为沿圆锥母线上阵子间的距离，N表示圆锥阵列的高，M表示圆锥阵列中阵子的数目，即在水平面上有/>个阵子形成圆环，共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列；k表示M中的第k个阵子，θ和/>分别为圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角和方位角，其中，圆锥阵列的波束覆盖范围分别为/>。
可选的，所述基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列后，所述方法还包括：
确定所述圆锥阵列中的定向阵子在方位面上的第一辐射宽度，以及在仰俯面上的第二辐射宽度；
基于所述第一辐射宽度以及所述第二辐射宽度计算所述定向阵子的增益；
响应于所述增益为预设值，确定所述定向阵子为目标阵子；
其中，所述第一辐射宽度表示为：
其中，表示第一辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最小辐射范围；
所述第二辐射宽度表示为：
其中，表示第二辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最小辐射范围。
可选的，所述基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围；
基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字；
通过预设的约束条件对所述第一码字进行优化处理得到第二码字；
基于所述第一码字以及所述第二码字生成所述波束设备的分层码本。
可选的，所述基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵在方位面上的第一数量，以及在仰俯面上的第二数量；
基于所述第一数量以及所述第二数量确定所述波束设备的激活子阵的范围；
其中，所述第一数量表示为：
其中，表示第一数量，N表示圆锥阵列的高，/>表示激活子阵中阵子的最小标号，/>表示激活子阵中阵子的最大标号；
所述第二数量表示为：
其中，表示第二数量，M表示圆锥阵列中阵子的数目，θ表示圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角，/>为圆锥阵列的半顶角。
可选的，所述基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字，包括：
基于所述范围确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的采样频率；
基于所述采样频率确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的中心角度；
基于所述中心角度确定所述激活子阵的响应矢量，并基于所述响应矢量确定所述激活子阵的第一码字。
可选的，所述基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准，包括：
基于所述波束发射角度对所述波束设备的动态子阵进行分配处理，并得到分配结果；
基于所述分配结果确定所述波束设备的波束赋形向量；
基于所述波束赋形向量对所述波束设备发送的波束进行对准。
作为本公开的第二个方面，本公开还提供了一种波束的对准装置，包括：
阵列生成模块，被配置为：获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列；
角度确定模块，被配置为：基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度；
波束对准模块，被配置为：基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。
作为本公开的第三个方面，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现本公开所提供的上述的波束的对准方法。
作为本公开的第四个方面，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上任意一项所述的方法。
如上所述，本公开中首先基于了波束发送设备的尺寸确定了波束发送设备的阵列，进而基于波束发送设备的阵列确定了其分层码本，最后再通过分层码本的动态子阵对波束发送设备所发送的波束进行对准。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本公开实施例所提供的一种波束的对准方法示意图。
图1B为本公开实施例所提供的一种无人机网络的场景示意图。
图1C为本公开实施例所提供的一种无人机圆锥阵列的示意图。
图1D为本公开实施例所提供的一种无人机设备定的向阵子示意图。
图2为本公开实施例所提供的一种波束的对准装置的结构示意图。
图3为本公开实施例所提供的一种波束的对准方法的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，随着无人机在无线通信技术中不断地渐崭露头角，其在无线通信中所产生的信息传递问题也逐渐为人们所重视。在实际中，无人机之间通常使用毫米波频段进行高速通信。由于毫米波频率较高，信号在传输过程中会经历很强的衰减，因此需要使用大规模天线阵列对抗路径损耗。
在现有技术中，当天线阵列规模增加时，会导致无人机发出的波束宽度变窄，从使得收发无人机间的波束对齐很难解决。同时，由于接收无人机需要同时服务多个发送无人机，因而现有技术中采用大规模天线阵列的方法，还会导致较高的硬件复杂度，进而使得接收无人机的硬件开销变大。
同时，现有技术中所设计的用于调整波束关系的分层码本，仅适用于全向阵子ULA阵列，无法应用于定向阵子共形天线阵列。且现有技术中的阵列采用全连接结构，当天线规模增加时，硬件开销较大。
此外，在现有技术中所设计的共形天线码本中，由于不同层间的码字没有严格的波宽覆盖关系，因此其也无法被用于波束训练。在实际操作中，现有技术中所设计的共形天线码本，仅能通过穷搜的方法完成初始的波束对齐，这会使得波束对齐过程所需的时间开销变大。
而且，基于现有技术的方法所提出的动态阵子分配方案，也仅适用于传统的平面阵列，无法应用于共形天线。并且由于现有技术中的方案没有充分利用信道状态信息，就直接将信干噪比增量的最大化作为了阵子分配准则，这还使得系统的频谱率变低。
为了解决上述问题，本公开提供了一种波束的对准方法、装置、电子设备及存储介质。通过上述方法，本公开首先获取了波束设备的尺寸信息，然后基于尺寸信息生成了与波束设备相对应的圆锥阵列，之后对圆锥阵列的分层码本进行了设计并确定出了波束发射角度，然后通过该分层码本对波束进行了训练，最后通过波束发射角度对波束设备发送的波束进行了对准。
在本公开中，首先解决了共形天线无人机网络中的波束对准问题。传统的波束训练采用穷搜所有码字的方法，时间开销较大。为了解决此问题，本公开设计了一套适用于定向阵子圆锥共形天线（圆锥阵列）的分层码本，并利用该分层码本进行波束训练。最后确定了波束设备的波束发射角度，之后通过此波束发射角度，在降低时间开销的同时有效的对波束设备所发射的波束进行对准。
其次，因为本公开所设计的适用于圆锥共形天线（圆锥阵列）的分层码本，可以用于进行波束训练。所以其可以从码本中选择合适的码字，完成收发无人机间的初始波束对齐。
最后，本公开还提出了一种基于圆锥共形天线（圆锥阵列）的动态阵子的分配方法，进而在实现有效波束对齐的同时还能够降低硬件开销。本公开中，基于动态子阵列结构，所提出的针对圆锥共形天线的动态阵子分配方法，在降低所需硬件数量的同时还能够提升频谱效率。进而，可以解决传统的全连接结构需要数量庞大的模拟移相器和模拟加法器的问题，以及固定子阵列结构中虽然硬件开销较小，但系统和频谱速率较低的问题，以及共形天线无人机网络中硬件开销过大的问题。
在本公开中，其首先设计了针对定向阵子圆锥共形天线的分层码本，并利用分层码本进行波束训练，进而实现了收发无人机间的高效波束对齐。进一步，本公开还设计了高效的动态阵子分配方法，与其他现有对比方案相比，该方法能够有效地适用于圆锥共形天线，进而在提升毫米波无人机网络通信频谱效率的同时，还能够显著降低系统的硬件开销。
在介绍了本公开的基本原理之后，下面具体介绍本公开的各种非限制性实施方式。
在一些可选的实施例中，由于毫米波频段具有丰富的频谱资源，因此波束设备（如，无人机设备）利用毫米波传输信号时可满足其高速通信的需求。需要说明的是，为了便于理解本公开接下来将使用无人机设备表示波束设备，但并不表示本公开中的波束设备仅能是无人机设备。
在一些可选的实施例中，无人机设备之间使用毫米波频段进行高速通信过程中，由于毫米波频率较高，信号在传输过程中会经历很强的衰减，因此其需要使用大规模天线阵列对抗路径损耗。
在一些可选的实施例中，当天线阵列规模的增加时，可能会导致无人机设备所发射的波束宽度变窄，进而使得无人机设备的波束无法实现全空间的覆盖，从而为收发无人机设备间的波束对齐问题带来影响。同时，由于接收无人机（r-UAV）需要同时服务多个发送无人机（t-UAV），因此采用大规模天线阵列还会使得硬件复杂度升高，进而增加接收无人机（r-UAV）的硬件开销。
在一些可选的实施例中，基于上述内容，本公开中首先针对无人机设备所发射的波束，无法进行全空间覆盖的问题进行了改进。具体的：
图1A为本公开实施例所提供的一种波束的对准方法示意图。
图1A所示的波束的对准方法进一步包括以下步骤：
步骤S10：获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列。
在一些可选的实施例中，步骤S10还具体包括：
S101：基于所述波束设备的尺寸信息以及电磁关系，确定所述波束设备的导向矢量。
S102：基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列。
在一些可选的实施例中，本步骤中主要是为不同规模的无人机设备设计与其尺寸相匹配的圆锥阵列(COA)。具体来讲，本公开首先确定了不同规模的无人机设备的尺寸信息，以及各无人机设备间的电磁关系。进而通过尺寸信息以及电磁关系确定了各无人机设备的导向矢量。
在一些可选的实施例中，前述的导向矢量可以表示为：
其中，表示导向矢量，h为圆锥阵列的高度，λ表示载波波长，/>表示圆锥半顶角，/>为沿圆锥母线上阵子间的距离，N表示圆锥阵列的高，M表示圆锥阵列中阵子的数目，即在水平面上有/>个阵子形成圆环，共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列；k表示M中的第k个阵子，θ和/>分别为圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角和方位角，其中，圆锥阵列的波束覆盖范围分别为/>。
在一些可选的实施例中，当得到了各无人机设备的导向矢量后，则可以通过所得到的导向矢量生成无人机设备的圆锥阵列。
图1B为本公开实施例所提供的一种无人机网络的场景示意图。
如图1B所示的共形天线无人机网络中，共包含架（图中仅示出三架无人机设备）不同规模的发送无人机（t-UAV）和一架接收无人机（r-UAV）。由于在每架无人机的头部均配备了与自身尺寸相匹配的圆锥共形天线阵列x、y、z（既，步骤S10中的圆锥阵列）。因此，其相较于传统的平面阵列而言，可以达到近似全空间波束覆盖，从而提高无人机网络通信效率，进而实现波束的对准（图中已示出）。此外，采用圆锥阵列还可以很好地匹配无人机的形状，降低无人机飞行阻力。
图1C为本公开实施例所提供的一种无人机圆锥阵列的示意图。
在一些可选的实施例中，请参考图1C所示的内容，在本公开中还基于无人机设备的圆锥阵列生成了包含三条坐标轴（既，x轴、y轴以及z轴）的空间直角坐标系。在图1C中所生成的圆锥中阵列中，h为圆锥阵列的高度，为圆锥半顶角，当此圆锥阵列的半顶角（/>）较小时，此圆锥阵列可以达到全空间覆盖。
在一些可选的实施例中，在步骤S102之后，本方法还具体包括：
S1021：确定所述圆锥阵列中的定向阵子在方位面上的第一辐射宽度，以及在仰俯面上的第二辐射宽度。
S1022：基于所述第一辐射宽度以及所述第二辐射宽度计算所述定向阵子的增益。
S1023：响应于所述增益为预设值，确定所述定向阵子为目标阵子。
在一些可选的实施例中，在得到圆锥阵列后，还可以确定在当前波束范围内，圆锥阵列中存在的若干定向阵子中有多少定向阵子被激活，之后将被激活的定向阵子设置为目标阵子。
具体的，可以先确定圆锥阵列中的定向阵子在方位面上的第一辐射宽度，以及在仰俯面上的第二辐射宽度。然后基于第一辐射宽度以及第二辐射宽度确定此定向阵子的增益。最后，当此定向阵子的增益为预设值（如，增益为1）时，则此定向阵子被激活，进而将此定向阵子设置为目标阵子。若此定向阵子的增益不为预设值（如，增益为0）时，则确定此定向阵子未被激活。
在一些可选的实施例中，上述的增益计算过程可以理解为，在圆锥阵列中，使每个阵子均采用定向辐射模式。之后，沿水平面取圆锥阵列（参考图1C所示）的一排定向阵子（如，图1D中包含点a在内的若干点），并将其所形成的坐标系作为阵子坐标系。此时，该坐标系的原点位于水平面上的每个阵子（如，图1D中包含点A在内的若干点），因此对于规模为的圆锥阵列而言，其共有/>个阵子坐标系。
在一些可选的实施例中，可以用和/>表示圆锥阵列中定向阵子在方位面和俯仰面上的辐射范围，进而可以计算该定向阵子在方位面和俯仰面上的第一辐射宽度以及第二辐射宽度。之后，通过所得到的第一辐射宽度以及第二辐射宽度计算该定向阵子的增益。
在一些可选的实施例中，前述的第一辐射宽度可以表示为：
其中，表示第一辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最小辐射范围；
在一些可选的实施例中，前述的第二辐射宽度可以表示为：
其中，表示第二辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最小辐射范围。
在一些可选的实施例中，前述的增益表示为：
其中，表示增益，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最小辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最小辐射范围。
图1D为本公开实施例所提供的一种无人机设备定的向阵子示意图。
在一些可选的实施例中，如图1D所示，前述的确定圆锥阵列中的定向阵子是否被激活的过程还可以理解为，若在步骤S10中所得到的圆锥阵列中，采用的阵子为定向阵子时，则基于每个阵子的辐射模式建模则为理想的扇形。因此，在得到无人机设备的圆锥阵列后，还可以基于此圆锥阵列中每个定向阵子的建模，计算该圆锥阵列中有多少定向阵子被激活。具体的，本实施例中可以通过计算在圆锥阵列中的定向阵子的增益，来确定该定向阵子是否被激活。
在一些可选的实施例中，请继续参考图1D所示，当无人机设备所发射的波束的方向（图中已示出）处于定向阵子a的辐射范围（图中已示出）内时，则此定向阵子a被激活，此时其增益为1。当无人机设备所发送的波束的方向不在此定向阵子a的辐射范围内时，则此定向阵子a没有被激活，此时其增益为0。
如上所述，在本公开中，其根据无人机尺寸，设计了适合于无人机设备的圆锥阵列。进而使得设计出的圆锥阵列能够很好的贴合无人机表面，从而不破坏其空气动力学特性，避免带来额外的阻力和能耗开销。
步骤S20：基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度。
在一些可选的实施例中，本公开还可以基于步骤S10中设计的圆锥阵列的参数，生成用于对无人机发射的波束进行训练的分层码本。具体的，本公开中首先可以对所要生成的分层码本的相关信息进行定义。
在一些可选的实施例中，为前述的分层码本中的任意一个码字，假设此分层码本在俯仰面上的最大层数为I，则/>表示此分层码本在俯仰面的第/>层，/>表示第/>层的第/>个码字索引；假设此分层码本在方位面上的最大层数为/>，则/>表示码本在方位面的第/>层，/>表示第/>层的第/>个码字索引。需要说明的是，在俯仰面上，还可以把第/>层码字定义为第/>层码字的父码字，反之，第/>层码字是第/>层码字的子码子。相应的，也可以通过相同的方法对方位面上的参数进行同样的定义。
在一些可选的实施例中，在对所要生成的分层码本的相关信息进行定义后，还可以确定所定义的码字投影在无人机设备的方位面和俯仰面上时，波束的覆盖范围。
在一些可选的实施例中，假设毫米波波束的俯仰角和方位角分别为和/>。则可以在三维空间中将此波束映射到无人机设备的俯仰面和方位面上。之后，使用发送无人机（t-UAV）或接收无人机（r-UAV）利用码字/>实现毫米波波束赋形。
在一些可选的实施例中，将码字投影在俯仰面上波束覆盖范围记为/>，则有：
在一些可选的实施例中，将码字投影在方位面上的波束覆盖范围记为，/>则有：
其中，表示码字/>投影在俯仰面上波束覆盖范围，/>表示将码字/>投影在方位面上的波束覆盖范围；/>和/>分别表示码字/>在俯仰面和方位面上的波束增益，其本质是3D波束增益在俯仰面和方位面上的投影；在/>表示3D波束增益时，表达式可以表示为:/>。
在一些可选的实施例中，在计算得到码字投影在无人机设备的方位面和俯仰面上时波束的覆盖范围后，则可以结合圆锥阵列的参数信息进行具体的计算，并得到无人机设备的分层码本。
在一些可选的实施例中，步骤S20还具体包括：
S201：基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围。
在一些可选的实施例中，步骤S201还具体包括：
S2011：基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵在方位面上的第一数量，以及在仰俯面上的第二数量。
S2012：基于所述第一数量以及所述第二数量确定所述波束设备的激活子阵的范围。
在一些可选的实施例中，本公开还可以基于步骤S10中设计的圆锥阵列的参数，生成用于对无人机发射的波束进行训练的分层码本。具体的，本公开中可以先基于前述的圆锥阵列的参数信息，以及码字投影在无人机设备的方位面和俯仰面上时的波束的覆盖范围，确定无人机设备的激活子阵的范围。
在一些可选的实施例中，在根据圆锥阵列的参数确定最大激活子阵的范围（规模）的过程中，由于圆锥阵列采用了定向阵子的辐射模型，因此针对特定方向的波束，可以通过计算无人机设备的激活子阵中的定向阵子，在方位面上的第一数量以及在仰俯面上的第二数量，来确定最大激活子阵的范围（即，最多能有多少阵子在此波束辐射范围内）。
在一些可选的实施例中，前述第一数量的计算过程如可以具体为：以任一定向阵子为起点，计算每个定向阵子的方位面角度，然后通过/>计算每个定向阵子的最小标号/>。之后再通过/>计算每个定向阵子的最大标号/>。
则第一数量可以表示为：
其中，表示第一数量，N表示圆锥阵列的高，/>表示激活子阵中阵子的最小标号，/>表示激活子阵中阵子的最大标号。
在一些可选的实施例中，继续通过上述的方法，前述的第二数量可以表示为：
其中，表示第二数量，M表示圆锥阵列中阵子的数目，θ表示圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角，/>为圆锥阵列的半顶角。
在一些可选的实施例中，基于上述的过程可以确定，无人机设备所发送的波束的最大激活子阵范围为/>。可以理解的是，在得到最大激活子阵的范围（既，阵子数目）后，还可以基于该子阵在整个圆锥阵列中的位置信息，确定该子阵在整个圆锥阵列中的激活阵子编号。
S202：基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字。
在一些可选的实施例中，步骤S202还具体包括：
S2021：基于所述范围确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的采样频率。
S2022：基于所述采样频率确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的中心角度。
S2023：基于所述中心角度确定所述激活子阵的响应矢量，并基于所述响应矢量确定所述激活子阵的第一码字。
在一些可选的实施例中，在确定了无人机设备所发送的波束的最大激活子阵范围后，还可以基于此范围确定圆锥阵列在方位面以及仰俯面上的采样频率。针对/>规模的圆锥阵列，在俯仰面和方位面上可以分别以/>和/>为采样频率对/>和的范围进行采样。
在一些可选的实施例中，在确定了圆锥阵列在方位面以及仰俯面上的采样频率后，可以基于采样频率分别确定圆锥阵列在方位面上的第一中心角度，以及在俯仰面上的第二中心角度。
在一些可选的实施例中，前述的第一中心角度以及第二中心角度可以分别表示为：
在一些可选的实施例中，在得到第一中心角度以及第二中心角度之后，还可以基于前述的两个中心角度确定激活子阵的响应矢量，最后基于响应矢量确定激活子阵的第一码字（既，最底层码字）。
在一些可选的实施例中，在得到圆锥阵列的中心角后，首先要计算出此圆锥阵列的中心角对应的最大激活子阵。由于圆锥阵列在方位面上的中心角度与阵子的中心角度相同，因此圆锥阵列中的码字的规模与最大激活子阵范围相同。假设其范围均为/>。则对于该激活子阵而言，其阵列的响应矢量可以表示为：/>
其中，，/>为激活子阵在方位面上的第一个激活阵子编号。
在一些可选的实施例中，在得到响应矢量后，则可以将上述得到的圆锥阵列在俯仰面和方位面的中心角度，带入该激活子阵的响应矢量中进行计算，即可得到第一码字（既，最底层码字）。
S203：通过预设的约束条件对所述第一码字进行优化处理得到第二码字。
在一些可选的实施例中，在得到第一码字（既，最底层码字）后，可以通过预设的约束条件对其进行优化处理进而得到第二码字（既，上层码字）。具体的，其优化处理过程中的优化目标可以为最大化单个上层码字的波束增益，优化变量可以为形成该码字需要的阵子数目。
在一些可选的实施例中，本公开中预设的约束条件可以包括、/>以及/>三个约束条件。其中，前述的三个约束条件（/>、/>以及/>）均可以是对波宽进行限定的约束条件。基于此，本公开中的第二码字（既，上层码字）还可以通过上述三个约束条件（/>、/>以及/>）对第一码字（既，最底层码字）进行优化而得到。
在一些可选的实施例中，通过三个约束条件对第一码字进行优化的过程可以表示为：
其中，约束条件和/>是分层码本设计的通用标准，即对于圆锥阵列中任意一个码字而言，其波束覆盖范围必须包含这个码字的子码字的波束范围之和；其中，/>和/>分别表示在方位面和俯仰面上，上层码字波宽需要覆盖下层的子码字波宽的范围；约束条件是圆锥阵列特有的约束条件，既激活子阵为/>的阵列所能产生的最大波宽范围（）。
在一些可选的实施例中，前述的最大波宽的约束条件（既，）的生成过程还可以具体为：参考图1D所示，假定在第/>个定向阵子坐标系下的坐标为/>，则在圆锥阵列坐标系下的坐标可以表示为/>，则有：
其中，表示第/>个定向阵子在水平面的角度位置。/>
在一些可选的实施例中，令表示圆锥阵列坐标系下的波束角度，/>表示第/>个定向阵子坐标系下的波束角度。进而则有：
即
在一些可选的实施例中，相邻两个定向阵子在圆锥阵列的坐标系下的波束覆盖范围之差为：。假定某一码字需要激活/>个相邻阵子，则该码字的阵子辐射波宽为。其中，/>为定向阵子在方位面上的最大辐射范围。由于在圆锥阵列中采用定向辐射阵子，因此阵子的总覆盖范围与该码字的波宽需要满足如下约束条件：
在一些可选的实施例中，该码字的波宽不能超过整体激活阵子的波束覆盖范围。
S204：基于所述第一码字以及所述第二码字生成所述波束设备的分层码本。
在一些可选的实施例中，当得到第一码字（既，最底层码字）以及第二码字（既，上层码字）后，则可以通过第一码字以及第二码字生成波束设备的分层码本。
综上所述，本公开中所设计的分层码本，不仅可以针对于传统的平面阵列，还可以针对定向阵子的圆锥阵列。因此，本公开中在充分考虑了圆锥阵列的几何特性后，所设计的分层码本不同层间有具有严格的波宽覆盖关系，所以其可用于进行波束的训练。
进而，在本公开中，通过使用上述过程得到得分层码本，对无人机设备发送的波束进行训练后，则可以得到其波束的发射角度。进而可以根据此波束发射角度对无人机设备发送的波束进行对准。
步骤S30：基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。
在一些可选的实施例中，步骤S30还具体包括：
S301：基于所述波束发射角度对所述波束设备的动态子阵进行分配处理，并得到分配结果。
S302：基于所述分配结果确定所述波束设备的波束赋形向量。
S303：基于所述波束赋形向量对所述波束设备发送的波束进行对准。
在一些可选的实施例中，在得到波束发射角度后，则可以直接通过波束发射角度，对无人机设备发送的波束进行对准。但是由于此时阵列的范围（规模）仍然较大，所以还会存在硬件开销过大的问题。因此，为了解决共形天线无人机网络中硬件开销过大的问题，本公开还采用动态子阵列的结构对波束对准的过程进行了优化处理，以减少波束对准过程中的硬件开销。
在一些可选的实施例中，前述的优化过程还可以具体为，首先基于波束发射角度对无人机设备的动态子阵进行分配处理，并得到分配结果。然后，基于前述的分配结果确定无人机设备的波束赋形向量。最后，基于波束赋形向量对无人机设备发送的波束进行对准。
在一些可选的实施例中，本公开还提供了另一种波束的对准方法，以应用于前述的步骤S30中。具体的：
在一些可选的实施例中，如果直接通过穷搜方法，来实现动态阵子的分配的话复杂程度较高。因此本公开提出一种基于圆锥共形天线的动态阵子分配方案。该方案中，在进行阵子分配时，以M个在水平面上角度位置相同的阵子为单位进行划分（即沿着圆锥母线为单位划分）为若干子阵列，然后利用匹配理论，将若干的子阵列（阵子的集合）分配给不同用户。接下来，本公开将对阵子分配步骤进行具体的说明。
在一些可选的实施例中，记接收无人机为主无人机，发送无人机为从无人机。然后为每架从无人机引入辅助矩阵，同时使此辅助矩阵/>的维度与合并向量/>相同，均为，其中/>为接收天线阵列的规模，进而可以得到此辅助矩阵/>的表达式为：
其中，表示辅助矩阵，其内的元素i取值可以为0或1，当其取1时代表主无人机的第/>个射频链与合并向量中对应位置的天线相连；当其取0时代表主无人机的第/>个射频链与合并向量中对应位置的天线断开，此时，合并向量可以写为：/>。
在一些可选的实施例中，当得到辅助矩阵的表达式后，则可以将从无人机的集合表示为，天线子阵列集合表示为/>，其中，天线子阵列集合中的每个子阵列/>都代表方位面上标号为i的/>个阵子，/>表示第/>个从无人机到主无人机的信道矩阵，/>表示第/>个从无人机的发送码字，/>表示第/>个从无人机的接收码字。之后，利用多对多的匹配算法，可以将不同的子阵列分配给无人机。
在一些可选的实施例中，在进行上述的子阵列分配时还需要预先设计两个定义，以用于对子阵列的分配过程进行相应的限定：
具体的，定义1可以理解为，仅当时，/>相对于/>更偏好于/>，这个关系可以记为/>。其中，/>且/>。/>表示第/>个无人机的辅助矩阵中，即仅有子阵列/>对应位置的元素值为1，其余均不为1。因此，可以表示子阵列/>对第/>个无人机的阵列增益。
具体的，定义2可以理解为，仅当时，/>相对于/>更偏好于/>，这个关系记为/>。其中，/>且/>。其中，/>和/>分别表示第/>架无人机的发射功率和噪声功率。
在一些可选的实施例中，在设计出定义1与定义2后，以定义1为基础，无人机的偏好列表/>则可以表示为：根据不同子阵列对无人机/>的阵列增益（既，定义1），将/>个子阵列进行降序排列，进而得到无人机/>的偏好列表/>。
在一些可选的实施例中，以定义2为基础，子阵列的无人机偏好列表/>则可以表示为：将所有能被激活的子阵列/>的无人机按照该规则（既，定义2）进行降序排列，进而得到子阵列/>的无人机偏好列表/>。
在一些可选的实施例中，前述的整个匹配过程以一个初始的匹配集合开始，若/>中排在第一的子阵列接收了/>，则/>就不会再对这个子阵列提出申请。否则，它会首先对它的偏好列表/>中排在第一位的子阵列提出使用该子阵列的申请。
在一些可选的实施例中，所有向子阵列提出申请的无人机构成了一个申请无人机集合/>，而已经被子阵列/>接受的无人又机构成一个匹配集合/>，由于一个子阵列在某一时刻仅能分配给一个无人机，因此匹配集合/>中最多只有一个元素。
在一些可选的实施例中，在进行了上述操作后，子阵列可以在对其进行申请的无人机的集合中，选择一个无人机。可以理解的是，子阵列所选择的无人机是基于前述定义2，在集合/>（所有申请用户与已接受用户的并集）中选择的最偏好的无人机。
在一些可选的实施例中，当子阵列选择好无人机后，/>会基于已选择的无人机和被拒绝的无人机对/>进行更新。之后，前述的申请和选择的过程会一直重复，直到每个/>都为空，最后可以得到最优的匹配结果。
在一些可选的实施例中，前述的过程还可以具体为，首先输入数据（数据定义在前述内容中已进行了解释说明，此处不再赘述）：，/>，/>，/>，/>，/>。然后进行初始化：基于初始匹配集合，生成从无人机/>的偏好列表/>。之后，从无人机向主无人机申请子阵列。接下来，对每个/>，如果/>中的第一个子阵列已经接受了，那么/>会在这一步不再申请，否则它会向/>中的第一个子阵列进行申请。之后，对每个子阵列/>构造申请无人机集合/>。接下来，主无人机子阵列选择从无人机，如果成立，则/>接受/>中的无人机并将该无人机加入/>。如果不成立：之后根据前述的定义2，对每个子阵列/>生成偏好列表/>，中的每个元素都属于/>。每个子阵列/>选择在/>中的第一个无人机加入。最后，更新匹配集合与偏好列表，每个子阵列/>更新匹配集合/>，且每个/>将中的第一个元素删除。如果对所有的子阵列/>，/>，则流程结束。否则，跳转至步骤1。输出：所有子阵列的匹配结果/>。
在一些可选的实施例中，在经过动态阵子分配后，根据子阵列的匹配结果计算辅助矩阵，即可得到每架从无人机的最佳接收波束赋形向量。
综上所述，本公开中，首先获取了波束设备的尺寸信息，然后基于尺寸信息生成了与波束设备相对应的圆锥阵列，之后对圆锥阵列的分层码本进行了计算并确定出了波束发射角度，最后通过波束发射角度对波束设备发送的波束进行了对准。
在一些可选的实施例中，本公开还可以通过毫米波大规模MIMO，进行波束赋形以及波束训练，之后再通过前述的动态子阵列架构来实现无人机设备发送的波束的对准。
在一些可选的实施例中，前述的波束赋形过程可以理解为是一种发射端的空间过滤机制，其将信号以集中和定向的方式发送给接收端的，在特定方向上增强信号质量，提高信噪比，并减少对其他用户的干扰，有效提高覆盖范围。天线数目越多，对应的波束宽度越窄，对波束对齐的精度要求也就越高。
在一些可选的实施例中，前述的波束训练可以理解为是一种切实可行的毫米波波束对准方法。其依赖于收发端的码本。对于不同的码本，波束训练算法也相应地存在差异。传统的波束训练方法是将发送无人机（t-UAV）和接收无人机（r-UAV）的所有波束分别进行搜索匹配，即穷举搜索，这种波束训练方法时间开销大，复杂度高，无法满足波束实时匹配对准的通信要求。分层波束训练是一种有效的波束训练方法，其原理是设计分层码本，每一层的码字波宽不同。将相同波宽的码字放在同一层，不同层码字的波宽存在覆盖关系，根据码字波束赋形得到不同波宽的波束，由宽到窄进行波束训练，从而大大降低时间开销。
在一些可选的实施例中，前述的，基于动态子阵列结构对波束进行对准，或者对波束的对准进程进行优的处理方式还可以理解为：传统的大规模MIMO天线结构是全连接结构，即每根射频链路（RF链）通过不同的移相器与所有的天线相连，当天线数目增加时，传统的全连接结构会使得模拟移相器和射频加法器的数目大大增加，因此会带来很高的硬件成本。
在本公开中可以通过部分连接结构可以解决上述这一问题。在部分连接结构中，RF链仅仅与一部分天线相连，进而降低所需移相器和加法器的数量。根据RF链与天线连接方式的不同，部分连接结构可以分为固定子阵列结构和动态子阵列结构。在固定子阵列结构中，RF链与固定数量和位置的天线相连接，这种连接方式相对简单，但系统性能较差。在动态子阵列结构中，可以通过低功耗的开关网络动态连接RF链与天线，进而根据信道信息动态调整天线集合，达到较好的系统性能。因此，本公开针对圆锥天线阵列，设计基于码本的动态阵子分配方法，进而实现无人机间的高效通信。
在一些可选的实施例中，基于波束训练中时间开销过大的问题。本公开中则通过设计分层码本并利用该分层码本进行多层级波束训练，找到了最优波束并发射通信信号，进而有效解决了波束训练中时间开销过大的问题。
在一些可选的实施例中，还可以采用波束追踪方法实现波束的对准。在该波束追踪方法中，发端无人机接收收端无人机反馈的运动状态信息并根据收端无人机的运动状态信息确定发端无人机到收端无人机的波束角；根据该波束角从预先设置的码本中选择码字。其中，预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一个激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；根据所选择码字对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及波束赋形向量，并利用该确定的波束赋形向量进行信息传输。
在一些可选的实施例中，与现有技术相比，本公开所提出的基于定向阵子共形天线的无人机网络波束对准方案在系统和频谱效率上优于现有技术所提的基于传统平面阵列的方案。同时，本公开相比于现有技术在和频谱效率上也有显著提高。具体的：
与现有技术相比，本公开所提出的基于共形天线的分层码本及其波束训练方法在到达较高系统和频谱效率同时，显著降低时间开销。以天线规模为的共形天线为例。在方位面上，现有技术中的传统穷搜方法需要收发双方进行/>次波束搜索，而本提案所提方法需要/>次波束搜索，时间开销大大降低。
在一些可选的实施例中，与现有技术相比，本公开所提出的基于匹配理论的动态阵子划分方法性能上优于现有技术所提方案。在从无人机数目为4的情况下，本提案相比于现有技术在和频谱效率上具有显著提高。
综上所述，在本公开中，通过分析共形天线分层码本需要满足的限制条件，设计了可用于波束训练的定向阵子圆锥共形天线的分层码本，使得本公开设计的码本可用于共形天线阵列的分层波束训练，进而大大降低波束训练所需的时间开销。
基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种波束的对准装置，通过本公开所提供的波束的对准装置可以实现以上任意一实施例所述的波束的对准方法。
图2为本公开实施例所提供的一种波束的对准装置结构示意图。
图2所示的波束的对准装置进一步包括以下模块：
阵列生成模块10、角度确定模块20以及波束对准模块30；
其中，所述阵列生成模块10，被配置为：获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列。具体执行以下步骤：
基于所述波束设备的尺寸信息以及电磁关系，确定所述波束设备的导向矢量；
其中，所述导向矢量表示为：
其中，表示导向矢量，h为圆锥阵列的高度，λ表示载波波长，/>表示圆锥半顶角，/>为沿圆锥母线上阵子间的距离，N表示圆锥阵列的高，M表示圆锥阵列中阵子的数目，即在水平面上有/>个阵子形成圆环，共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列；k表示M中的第k个阵子，θ和/>分别为圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角和方位角，其中，圆锥阵列的波束覆盖范围分别为/>；
基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列；
所述基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列后，所述方法还包括：
确定所述圆锥阵列中的定向阵子在方位面上的第一辐射宽度，以及在仰俯面上的第二辐射宽度；
基于所述第一辐射宽度以及所述第二辐射宽度计算所述定向阵子的增益；
响应于所述增益为预设值，确定所述定向阵子为目标阵子；
其中，所述第一辐射宽度表示为：
其中，表示第一辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最小辐射范围；
所述第二辐射宽度表示为：
其中，表示第二辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最小辐射范围。
所述角度确定模块20，被配置为：基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度。具体执行以下步骤：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵在方位面上的第一数量，以及在仰俯面上的第二数量；
基于所述第一数量以及所述第二数量确定所述波束设备的激活子阵的范围；
其中，所述第一数量表示为：
其中，表示第一数量，N表示圆锥阵列的高，/>表示激活子阵中阵子的最小标号，/>表示激活子阵中阵子的最大标号；
所述第二数量表示为：
其中，表示第二数量，M表示圆锥阵列中阵子的数目，θ表示圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角，/>为圆锥阵列的半顶角；
基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字，包括：
基于所述范围确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的采样频率；
基于所述采样频率确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的中心角度；
基于所述中心角度确定所述激活子阵的响应矢量，并基于所述响应矢量确定所述激活子阵的第一码字；
通过预设的约束条件对所述第一码字进行优化处理得到第二码字；
基于所述第一码字以及所述第二码字生成所述波束设备的分层码本。
所述波束对准模块30，被配置为：基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。具体执行以下步骤：
基于所述波束发射角度对所述波束设备的动态子阵进行分配处理，并得到分配结果；
基于所述分配结果确定所述波束设备的波束赋形向量；
基于所述波束赋形向量对所述波束设备发送的波束进行对准。
基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以上任意一实施例所述的波束的对准方法。
图3示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图， 该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线 1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、微处理器、应用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM（Read Only Memory，只读存储器）、RAM（Random AccessMemory，随机存取存储器）、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中（图中未示出），也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块（图中未示出），以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式（例如USB、网线等）实现通信，也可以通过无线方式（例如移动网络、WIFI、蓝牙等）实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件（例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040）之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的波束的对准方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的波束的对准方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的波束的对准方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路（IC）芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的（即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内）。在阐述了具体细节（例如，电路）以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构（例如，动态RAM（DRAM））可以使用所讨论的实施例。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种波束的对准方法，其特征在于，包括：
获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列，包括：
基于所述波束设备的尺寸信息以及电磁关系，确定所述波束设备的导向矢量；
基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列；
其中，所述导向矢量表示为：
；
其中，表示导向矢量，h为圆锥阵列的高度，λ表示载波波长，/>表示圆锥半顶角，/>为沿圆锥母线上阵子间的距离，N表示在水平面上有/>个阵子形成圆环，M表示共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列；k表示M中的第k个阵子，θ和/>分别为圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角和方位角，其中，圆锥阵列的波束覆盖范围分别为；
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围；
基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字；
通过预设的约束条件对所述第一码字进行优化处理得到第二码字；
基于所述第一码字以及所述第二码字生成所述波束设备的分层码本；
其中，所述基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵在方位面上的第一数量，以及在仰俯面上的第二数量；
基于所述第一数量以及所述第二数量确定所述波束设备的激活子阵的范围；
其中，所述第一数量表示为：
；
其中，表示第一数量，N表示在水平面上有/>个阵子形成圆环，/>表示激活子阵中阵子的最小标号，/>表示激活子阵中阵子的最大标号；
所述第二数量表示为：
；
其中，表示第二数量，M表示共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列，θ表示圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角，/>为圆锥阵列的半顶角；
基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列后，所述方法还包括：
确定所述圆锥阵列中的定向阵子在方位面上的第一辐射宽度，以及在仰俯面上的第二辐射宽度；
基于所述第一辐射宽度以及所述第二辐射宽度计算所述定向阵子的增益；
响应于所述增益为预设值，确定所述定向阵子为目标阵子；
其中，所述第一辐射宽度表示为：
；
其中，表示第一辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在方位面上的最小辐射范围；
所述第二辐射宽度表示为：
；
其中，表示第二辐射宽度，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最大辐射范围，/>表示圆锥阵列的定向阵子在仰俯面上的最小辐射范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字，包括：
基于所述范围确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的采样频率；
基于所述采样频率确定所述圆锥阵列在所述方位面以及所述仰俯面上的中心角度；
基于所述中心角度确定所述激活子阵的响应矢量，并基于所述响应矢量确定所述激活子阵的第一码字。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准，包括：
基于所述波束发射角度对所述波束设备的动态子阵进行分配处理，并得到分配结果；
基于所述分配结果确定所述波束设备的波束赋形向量；
基于所述波束赋形向量对所述波束设备发送的波束进行对准。
5.一种波束的对准装置，其特征在于，包括：
阵列生成模块，被配置为：获取波束设备的尺寸信息，并基于所述尺寸信息生成所述波束设备的圆锥阵列，包括：
基于所述波束设备的尺寸信息以及电磁关系，确定所述波束设备的导向矢量；
基于所述导向矢量生成所述波束设备的圆锥阵列；
其中，所述导向矢量表示为：
；
其中，表示导向矢量，h为圆锥阵列的高度，λ表示载波波长，/>表示圆锥半顶角，/>为沿圆锥母线上阵子间的距离，N表示在水平面上有/>个阵子形成圆环，M表示共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列；k表示M中的第k个阵子，θ和/>分别为圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角和方位角，其中，圆锥阵列的波束覆盖范围分别为；
角度确定模块，被配置为：基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的分层码本，并基于所述分层码本确定所述波束设备的波束发射角度，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围；
基于所述范围生成所述激活子阵的第一码字；
通过预设的约束条件对所述第一码字进行优化处理得到第二码字；
基于所述第一码字以及所述第二码字生成所述波束设备的分层码本；
其中，所述基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵的范围，包括：
基于所述圆锥阵列的参数信息确定所述波束设备的激活子阵在方位面上的第一数量，以及在仰俯面上的第二数量；
基于所述第一数量以及所述第二数量确定所述波束设备的激活子阵的范围；
其中，所述第一数量表示为：
；
其中，表示第一数量，N表示在水平面上有/>个阵子形成圆环，/>表示激活子阵中阵子的最小标号，/>表示激活子阵中阵子的最大标号；
所述第二数量表示为：
；
其中，表示第二数量，M表示共有/>排圆环阵列，等间距垂直排列，θ表示圆锥阵列的坐标系下的波束俯仰角，/>为圆锥阵列的半顶角；
波束对准模块，被配置为：基于所述波束发射角度对所述波束设备发送的波束进行对准。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任意一项所述的方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至4任一所述方法。
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