CN206789709U - 智能可视化辅助定向天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能可视化辅助定向天线，包括天线模块，所述天线模块包括天线阵子和摄像模块，所述天线阵子与摄像模块相连，所述天线模块的输入端采集外界终端产品的终端信号、输出端依次连接有终端信号解调模块、操控平台模块，所述操控平台模块为计算机，所述操控平台模块输入端与终端信号解调模块相连、输出端连接有智能控制模块，所述智能控制模块包括中心检测模块和移相器，所述移相器与中心检测模块相连，所述摄像模块和中心检测模块分别与智能控制模块、操控平台模块相连。该实用新型实现了对空间目标进行远距离，高精度，实时性，实景图标注识别等功能。

Description

智能可视化辅助定向天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，尤其涉及一种智能可视化辅助定向天线。

背景技术

传统的现有天线系统又分为定向天线和全向天线，所谓定向天线是指在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，通俗的说就是指信号只能延伸至一面，就好比切开的苹果，只能是切开的那部分能接收到信号，另一面无法收到，定向天线主要应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境；而所谓全向天线通俗的讲是指线向四面八方发射信号，前后左右都可以接受到信号，它的应用一般用于距离短、覆盖范围广的环境，所述定向天线和全线天线在不同的环境有着不同的优点和缺点；而天线系统在传统的辅助导向和信号传输中有较为成熟的运用，但在目标搜寻领域并未有过多的接触。

随着无线通信技术的发展，无线通信系统中寻找目标的准确性要求也越来越高，目前采用目标搜寻的方式主要是基于移动台进行寻找目标位置坐标，采用小区标识的移动台、基于无线蜂窝网络的移动台或者基于卫星定位系统的移动台对目标进行确定位置信息，这些方式搜寻的准确性取决于移动台是否可以准确地测量到终端信号，受密集建筑物等密集程度的影响，使无线传播路径损耗较大，无法保证搜寻的准确度。

在对目标进行搜寻的过程中，就目前的技术发现，缺乏相应的图像信息，从而造成不能实时的、直观的反映目标或者终端信号产品周围的环境信息，在控制终端缺少对目标或者终端信号产品相应的标注和分析识别，从而缺乏对全局问题的控制，搜寻效率较低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型实现了对空间目标进行远距离，高精度，实时性，实景图，标注识别等功能，避免了传统的定向天线和全向天线搜寻的局限性。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：一种智能可视化辅助定向天线，包括天线模块，所述天线模块包括天线阵子和摄像模块，所述天线阵子与摄像模块相连，所述天线模块的输入端与外界终端产品的终端信号的输出端连接，天线模块的输出端连接有终端信号解调模块，所述终端信号解调模块输出端连接有操控平台模块，所述操控平台模块为计算机，操控平台输出端连接有智能控制模块，所述智能控制模块包括中心检测模块和移相器模块，所述移相器模块与中心检测模块相连，所述摄像模块和中心检测模块分别与智能控制模块、操控平台模块相连。

优选的，还包括电源模块，所述电源模块分别与智能控制模块、摄像模块相连。

进一步优选的，所述中心检测模块与移相器模块之间还设有BMA射频连接器，所述BMA射频连接器分别与中心检测模块以及移相器模块之间通过盲插的方式连接。

进一步优选的，所述中心检测模块为单片机，中心检测模块主要是由单片机完成对移相器模块的控制，中心检测模块提供阻抗的控制IO，对移相器模块中的射频开关进行控制；中心检测模块对外提供1个232串口，一个网口或USB接口，232串口与终端信号解调模块相连完成通信，网口或USB接口与计算机相连完成通信。

优选的，所述智能控制模块还包括PCB单板，所述中心检测模块与移相器模块整体设置在所述PCB单板上，移相器模块和中心检测模块在同一块PCB单板上实现；天线模块和移相器模块之间采用射频线缆连接，射频线缆的长度在实际中不可控，不能保证整体各通道的相位一致性，故两者不能直接连接；因此，中心检测模块和天线模块之间采用盲插的连接方式，这样的实现方式可以保证在实验阶段控制好各通道之间的相位关系，后续模块具有较好的一致性，不需要每个模块在天线场中进行校准。

优选的，所述移相器模块还包括降噪模块，移相器模块实现了天线波束扫描的功能，链路中为了补偿移相器模块插损导致的噪声系数恶化，在每路输入端加入降噪模块，每条链路上预留PI衰减来调整链路幅度的一致性。

优选的，所述摄像模块为高清红外摄像头，高清红外摄像头通过天线模块得到地理位置信息进而拍摄图像传给计算机，计算机完成摄像画面显示，并在画面上标注位置辅助导向的角度，更加直观清晰的反映出目标位置信息，便于后续工作的进行。

本实用新型具有以下的优点：波束控制及定位策略的相关实验：

1.1：波束控制与后台显示的相关实验：

后台软件界面中，一个图像窗口显示摄像头拍摄的图像，由摄像头和天线的结构关系决定；图像的中心是波束的最大指向，在此方向上我们的垂直和水平位置标定为0deg，需要知道摄像头拍摄图像涵盖的角度，将图像上的角度和我们的模块上报的定位角度相对应，在图像上用线条标识出来。

1.2：覆盖距离的实验：

我们所搜寻的手段是功率检测，因此要求终端功率不能快速变化，需要稳定或者变化较为平缓，对覆盖距离及功率要求进行初步的预算，我们知道自由空间中的损耗可表示为下式：

Ls = 32.45 + 20log10(F_MHz) + 20log10(D_km)

在1.95GHz频点，100m距离的自由空间损耗约为78.25dB。最低的灵敏度约为-120dBm，差波束的零深增益约为-20dBi，因此要求到达天线的功率最小为-100dBm，终端功率保持在20dBm的发射功率，考虑到实际城市等环境和损耗的影响，约有40dB的余量，应该可以保证我们功率检测的需要。

1.3：波束扫描和定位的实验：

来波方向为0deg时，不同波束指向的和/差增益不同，实验表明：一方面是和波束与差波束接收功率的差值在来波方向上是最大的，另一方面，差波束利用零深接收功率在来波方向上的功率最小，并且随着波束指向变化距离，2deg步进约有8dB-10dB的变化，因此我们可以初步得到如下结论：

a.移相器的步进和空间角度的对应关系应以差波束零深角度为对应，如果在实际天线测试时不是线性变化，建立移相器状态和零深角度的表格，以标定移相器与空间角度的对应关系；

b.通过天线寻找目标的方法用和/差波束的差异为最大，来判定来波角度；

c.通过天线寻找目标的方法用差波束接收的功率为最小，来判定来波角度；

d.在通过天线寻找目标一个维度的方向时，例如水平维度，应该是垂直维度的和波束指向达到功率的最大值方向。

在自然灾害营救和突发事件搜救等过程中，避免了定向天线和全向天线搜寻的局限性，天线模块接收终端产品的终端信号，发送给终端信号解调模块进行解调，得到接收信号的解调功率上报给操控平台模块的计算机，计算机通过功率控制调整移相器模块，调控天线的波束指向，天线模块进行目标的搜寻及辅助定向，并采用摄像模块对发出终端信号的终端产品进行拍照或者摄像，将图像信息传递给计算机，通过中心检测模块检测分析目标位置角度，将角度信息上报给计算机，通过将图像信息和角度信息呈现在计算机设备上，更加直观清晰的反映出目标的位置信息。

附图说明

图1为本实用新型整体结构流程图。

图中：1-天线模块，101-天线阵子，102-摄像模块，2-终端信号解调模块，3-操控平台模块，301-计算机，4-智能控制模块，5-移相器模块，501-降噪模块，6-中心检测模块，601-单片机，7-电源模块，8-BMA射频连接器，9-PCB单板，10-高清红外摄像头。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1：结合图1分析，一种智能可视化辅助定向天线，包括天线模块1，天线模块1包括天线阵子101和摄像模块102，摄像模块102为高清红外摄像头10，高清红外摄像头10通过天线阵子101得到地理位置信息进而将图像传给计算机301，计算机301完成摄像画面显示，并在画面上标注目标位置的角度，更加直观清晰的反映出目标位置信息，便于后续工作的进行；天线阵子101与摄像模块102相连，天线模块1实现对水平面和垂直面内的和/差波束控制及波束扫描功能，天线模块1主要是用来对形成和/差方向图进行功率检测，天线模块1需要形成差方向图，所以天线阵子101的数量要求是偶数，天线模块1的输入端采集外界终端产品的终端信号、输出端依次连接有终端信号解调模块2、操控平台模块3，操控平台模块3为计算机301，后台计算机301软件界面中，一个图像窗口显示摄像头拍摄的图像，由高清红外摄像头10和天线模块1的结构关系决定；图像的中心是波束的最大指向，在此方向上我们的垂直和水平位置标定为0deg，需要知道摄像头拍摄图像涵盖的角度，将图像上的角度和中心检测模块上报的位置角度相对应，实现在图像上用线条标识出来；

操控平台模块3输入端与终端信号解调模块2相连、输出端连接有智能控制模块4，智能控制模块4包括中心检测模块6和移相器模块5，移相器模块5与中心检测模块6相连，中心检测模块6用于检测目标角度，将角度信息上报给计算机301，摄像模块102分别与智能控制模块4、操控平台模块3相连，还包括电源模块7，电源模块7分别与智能控制模块4、摄像模块102相连，移相器模块5还包括降噪模块501，移相器模块5实现了天线波束扫描的功能，链路中为了补偿移相器模块插损导致的噪声系数恶化，在每路输入端加入降噪模块，每条链路上预留PI衰减来调整链路幅度的一致性；

智能控制模块4还包括PCB单板9，中心检测模块6与移相器模块5整体设置在PCB单板9上，移相器模块5和中心检测模块6在同一块PCB单板9上实现，如果天线模块1和移相器模块5之间采用射频线缆连接，射频线缆的长度在实际中不可控，不能保证整体各通道的相位一致性；因此，中心检测模块6和天线模块1之间采用盲插的连接方式，这样的实现方式可以保证在实验阶段控制好各通道之间的相位关系，后续模块具有较好的一致性，不需要每个模块在天线场中进行校准；

中心检测模块6与移相器模块5之间还设有BMA射频连接器8，BMA射频连接器8分别与中心检测模块6以及移相器模块5之间通过盲插的方式连接，中心检测模块6为单片机601，中心检测模块6主要是由单片机601完成对移相器模块5的控制，中心检测模块6提供阻抗的控制IO，对移相器模块5中的射频开关进行控制；中心检测模块6对外提供1个232串口，一个网口或USB接口，232串口与终端信号解调模块2相连完成通信，网口或USB接口与计算机301相连完成通信。

在自然灾害营救和突发事件搜救以及寻找走失人员等过程中，天线模块接收终端产品的终端信号，发送给终端信号解调模块进行解调，得到接收信号的解调功率上报给操控平台模块的计算机，计算机通过功率控制调整移相器模块，调控天线的波束指向，天线阵子进行目标位置的搜寻和确定，并采用摄像模块对发出终端信号的终端产品周边环境进行拍照或者摄像，将图像信息传递给计算机，并且通过中心检测模块检测定向目标角度，将角度信息上报给计算机，通过将图像信息和角度信息呈现在计算机设备上，更加直观清晰的反映出目标的位置信息，便于后续的工作开展。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能可视化辅助定向天线，其特征在于：包括天线模块，所述天线模块包括天线阵子和摄像模块，所述天线阵子与摄像模块相连，所述天线模块的输入端与外界终端产品的终端信号输出端连接，天线模块的输出端连接有终端信号解调模块，所述终端信号解调模块的输出端连接有操控平台模块，所述操控平台模块为计算机，操控平台输出端连接有智能控制模块，所述智能控制模块包括中心检测模块和移相器模块，所述移相器模块与中心检测模块相连，所述摄像模块和中心检测模块分别与智能控制模块、操控平台模块相连。

2.根据权利要求1所述的智能可视化辅助定向天线，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块分别与智能控制模块、摄像模块相连。

3.根据权利要求2所述的智能可视化辅助定向天线，其特征在于：所述中心检测模块与移相器模块之间还设有BMA射频连接器，所述BMA射频连接器分别与中心检测模块以及移相器模块之间通过盲插的方式连接。

4.根据权利要求3所述的智能可视化辅助定向天线，其特征在于：所述中心检测模块为单片机。

5.根据权利要求1所述的智能可视化辅助定向天线，其特征在于：所述智能控制模块还包括PCB单板，所述中心检测模块与移相器模块整体设置在所述PCB单板上。

6.根据权利要求1所述的智能可视化辅助定向天线，其特征在于：所述移相器模块还包括降噪模块。

7.根据权利要求1所述的智能可视化辅助定向天线，其特征在于：所述摄像模块为高清红外摄像头。