一種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置及方法，根據(jù)己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，查詢地形數(shù)據(jù)庫，獲得己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之間的通信鏈路地形剖面信息，根據(jù)通信鏈路地形剖面信息計算通信鏈路衰減；然后，計算己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線初始的調(diào)整角度和俯仰角，初步調(diào)整己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線；接著，結(jié)合通信鏈路衰減，設(shè)定己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，計算接收功率范圍；接著，在定向天線微調(diào)范圍內(nèi)分別對對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線進行微調(diào)，直至找到各自實際接收功率最大的位置，完成天線對準(zhǔn)。本發(fā)明無需人為干涉，能夠全自動完成整個對準(zhǔn)過程，對準(zhǔn)精度高。
【專利說明】一種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置及方法，屬于無線通信技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的定向天線對準(zhǔn)有如下幾種方法：計算方位角和俯仰角然后根據(jù)羅盤指向進 行對準(zhǔn)、根據(jù)接收功率調(diào)整天線角度和俯仰角進行對準(zhǔn)、利用全向天線協(xié)助進行對準(zhǔn)?，F(xiàn)有 的幾種方法可單獨使用或者結(jié)合使用，以實現(xiàn)手動或者半自動進行定向天線對準(zhǔn)，但目前 尚無實現(xiàn)根據(jù)需對準(zhǔn)的定向天線位置進行全自動對準(zhǔn)的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種定向天線全自動對 準(zhǔn)裝置及方法，以節(jié)省定向天線對準(zhǔn)耗費的人力，并且提高對準(zhǔn)精度。
[0004] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置，包括感應(yīng)模塊、可靠通信模塊、自動對準(zhǔn)裝置、定 向天線和自動控制模塊；
[0006] 所述感應(yīng)模塊，用于獲取己側(cè)定向天線的方位信息和高度信息；
[0007] 所述可靠通信模塊，用于交互己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息、高度信 息、發(fā)射功率、接收增益、微調(diào)后的實際最大接收功率和對準(zhǔn)狀態(tài)信息；
[0008] 所述自動對準(zhǔn)裝置，用于對己側(cè)定向天線進行角度和俯仰角的調(diào)整和微調(diào)；
[0009] 所述定向天線，己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線交互無線通信信息；
[0010] 所述自動控制模塊，作為己側(cè)的中心控制和處理模塊，接收己側(cè)感應(yīng)模塊的獲取 信息和己側(cè)可靠通信模塊的交互信息、計算己側(cè)定向天線的調(diào)整角度和俯仰角，控制己側(cè) 自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行調(diào)整，預(yù)估調(diào)整后的定向天線接收功率范圍，控制自動對準(zhǔn) 裝置對定向天線進行微調(diào)，實現(xiàn)天線精準(zhǔn)對準(zhǔn)。
[0011] 優(yōu)選的，所述感應(yīng)模塊包括GPS單元和高度計，所述可靠通信模塊為GSM網(wǎng)絡(luò)、3G 網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，所述自動對準(zhǔn)裝置包括電子羅盤、指北針和云臺。
[0012] 優(yōu)選的，所述感應(yīng)模塊獲取的己側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，包括經(jīng)緯度、 海拔、天線高度。
[0013] -種定向天線全自動對準(zhǔn)方法，首先，根據(jù)己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位 信息和高度信息，查詢地形數(shù)據(jù)庫，獲得己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之間的通信鏈路地 形剖面信息，根據(jù)通信鏈路地形剖面信息計算通信鏈路衰減；然后，根據(jù)己側(cè)定向天線和對 側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，計算己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線初始的調(diào)整角度和 俯仰角，初步調(diào)整己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線；接著，結(jié)合通信鏈路衰減，設(shè)定己側(cè)定向 天線和對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，計算接收功率范圍；接著，在定向天線微 調(diào)范圍內(nèi)分別對對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線進行微調(diào)，直至找到各自實際接收功率最 大的位置；最后分別判斷己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的實際接收功率最大值是否在各自 的接收功率范圍內(nèi)，若不在則發(fā)出報警信息，若在則完成天線對準(zhǔn)。
[0014] 上述方法中，在進行微調(diào)時，首先對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的接收功率范 圍上限進行比較，對接收功率范圍上限大的一方定向天線先進行天線微調(diào)，微調(diào)完成后再 對另一方定向天線進行微調(diào)。
[0015] 上述方法，具體包括如下步驟：
[0016] (1)根據(jù)感應(yīng)模塊中的GPS單元獲得定向天線的方位信息，包括經(jīng)緯度和海拔；根 據(jù)感應(yīng)模塊中的高度計獲得定向天線的高度信息，包括天線高度；
[0017] (2)自動控制模塊結(jié)合己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，從 地形數(shù)據(jù)庫中讀取己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之間的通信鏈路地形剖面信息，根據(jù)通信 鏈路地形剖面信息計算無線通信鏈路衰減；
[0018] (3)自動控制模塊結(jié)合己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，計 算定向天線初始的調(diào)整角度和俯仰角，控制自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行初步調(diào)整；
[0019] (4)根據(jù)無線通信鏈路衰減信息，設(shè)定己側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益； 結(jié)合對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，自動控制模塊估算出己側(cè)定向天線的接收 功率范圍；
[0020] (5)對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的接收功率范圍上限進行比較，對接收功率 范圍上限大的一方定向天線先進行天線微調(diào)，微調(diào)完成后再對另一方定向天線進行微調(diào)； 在后微調(diào)的定向天線接收到在先微調(diào)的定向天線的實際接收功率的最大值后，開始微調(diào)； 在先微調(diào)的定向天線接收到在后微調(diào)的定向天線的實際接收功率的最大值后，確認定向天 線的對準(zhǔn)完成；微調(diào)具體包括如下步驟：
[0021] (51)定向天線接收無線信號，得到RSSI值；
[0022] (52)根據(jù)RSSI值計算定向天線的實際接收功率；
[0023] (53)在定向天線的角度和俯仰角微調(diào)范圍內(nèi)控制自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行 角度和俯仰角的微調(diào)，重復(fù)步驟（51)和（52)，當(dāng)實際接收功率達到最大值時，結(jié)束定向天 線的微調(diào)；
[0024] (54)判斷實際接收功率的最大值是否在接收功率范圍內(nèi)：當(dāng)不在范圍內(nèi)時，發(fā)出 報警信息；否則，通過可靠通信模塊向?qū)?cè)發(fā)送出己側(cè)的實際接收功率的最大值。
[0025] 有益效果：本發(fā)明提供的定向天線全自動對準(zhǔn)裝置及方法，無需人為干涉，能夠全 自動完成整個對準(zhǔn)過程，對準(zhǔn)精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明方法流程圖，其中（a)為流程的前半部分，（b)為流程的后半部分。

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0029] 如圖1所示為一種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置，包括感應(yīng)模塊、可靠通信模塊、自動 對準(zhǔn)裝置、定向天線和自動控制模塊；下面就各個部分加以具體說明。
[0030] 所述感應(yīng)模塊，用于獲取己側(cè)定向天線的方位信息和高度信息；具體包括GPS單 元和高度計，獲得的信息包括經(jīng)緯度、海拔、天線高度等。
[0031] 所述可靠通信模塊，用于交互己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息、高度信 息、發(fā)射功率、接收增益、微調(diào)后的實際最大接收功率和對準(zhǔn)狀態(tài)信息；具體為GSM網(wǎng)絡(luò)、3G 網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。
[0032] 所述自動對準(zhǔn)裝置，用于對己側(cè)定向天線進行角度和俯仰角的調(diào)整和微調(diào)；具體 包括電子羅盤、指北針和云臺。
[0033] 所述定向天線，己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線交互無線通信信息。
[0034] 所述自動控制模塊，作為己側(cè)的中心控制和處理模塊，接收己側(cè)感應(yīng)模塊的獲取 信息和己側(cè)可靠通信模塊的交互信息、計算己側(cè)定向天線的調(diào)整角度和俯仰角，控制己側(cè) 自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行調(diào)整，預(yù)估調(diào)整后的定向天線接收功率范圍，控制自動對準(zhǔn) 裝置對定向天線進行微調(diào)，實現(xiàn)天線精準(zhǔn)對準(zhǔn)。
[0035] 基于上述裝置的一種定向天線全自動對準(zhǔn)方法，首先，根據(jù)己側(cè)定向天線和對側(cè) 定向天線的方位信息和高度信息，查詢地形數(shù)據(jù)庫，獲得己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之 間的通信鏈路地形剖面信息，根據(jù)通信鏈路地形剖面信息計算通信鏈路衰減；然后，根據(jù)己 側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，計算己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線初 始的調(diào)整角度和俯仰角，初步調(diào)整己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線；接著，結(jié)合通信鏈路衰 減，設(shè)定己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，計算接收功率范圍；接 著，在定向天線微調(diào)范圍內(nèi)分別對對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線進行微調(diào)，直至找到各 自實際接收功率最大的位置；最后分別判斷己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的實際接收功率 最大值是否在各自的接收功率范圍內(nèi)，若不在則發(fā)出報警信息，若在則完成天線對準(zhǔn)。在 進行微調(diào)時，首先對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的接收功率范圍上限進行比較，對接收 功率范圍上限大的一方定向天線先進行天線微調(diào)，微調(diào)完成后再對另一方定向天線進行微 調(diào)。
[0036] 如圖2所示，該方法具體包括如下步驟：
[0037] (1)根據(jù)感應(yīng)模塊中的GPS單元獲得定向天線的方位信息，包括經(jīng)緯度和海拔；根 據(jù)感應(yīng)模塊中的高度計獲得定向天線的高度信息，包括天線高度；
[0038] (2)自動控制模塊結(jié)合己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，從 地形數(shù)據(jù)庫中讀取己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之間的通信鏈路地形剖面信息，根據(jù)通信 鏈路地形剖面信息計算無線通信鏈路衰減；
[0039] (3)自動控制模塊結(jié)合己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，計 算定向天線初始的調(diào)整角度和俯仰角，控制自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行初步調(diào)整；
[0040] (4)根據(jù)無線通信鏈路衰減信息，設(shè)定己側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益； 結(jié)合對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，自動控制模塊估算出己側(cè)定向天線的接收 功率范圍；
[0041] (5)對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的接收功率范圍上限進行比較，對接收功率 范圍上限大的一方定向天線先進行天線微調(diào)，微調(diào)完成后再對另一方定向天線進行微調(diào)； 在后微調(diào)的定向天線接收到在先微調(diào)的定向天線的實際接收功率的最大值后，開始微調(diào)； 在先微調(diào)的定向天線接收到在后微調(diào)的定向天線的實際接收功率的最大值后，確認定向天 線的對準(zhǔn)完成；微調(diào)具體包括如下步驟：
[0042] (51)定向天線接收無線信號，得到RSSI值；
[0043] (52)根據(jù)RSSI值計算定向天線的實際接收功率；
[0044] (53)在定向天線的角度和俯仰角微調(diào)范圍內(nèi)控制自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行 角度和俯仰角的微調(diào)，重復(fù)步驟（51)和（52)，當(dāng)實際接收功率達到最大值時，結(jié)束定向天 線的微調(diào)；
[0045] (54)判斷實際接收功率的最大值是否在接收功率范圍內(nèi)：當(dāng)不在范圍內(nèi)時，發(fā)出 報警信息；否則，通過可靠通信模塊向?qū)?cè)發(fā)送出己側(cè)的實際接收功率的最大值。
[0046] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種定向天線全自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于：包括感應(yīng)模塊、可靠通信模塊、自動對 準(zhǔn)裝置、定向天線和自動控制模塊； 所述感應(yīng)模塊，用于獲取己側(cè)定向天線的方位信息和高度信息； 所述可靠通信模塊，用于交互己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息、高度信息、發(fā) 射功率、接收增益、微調(diào)后的實際最大接收功率和對準(zhǔn)狀態(tài)信息； 所述自動對準(zhǔn)裝置，用于對己側(cè)定向天線進行角度和俯仰角的調(diào)整和微調(diào)； 所述定向天線，己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線交互無線通信信息； 所述自動控制模塊，作為己側(cè)的中心控制和處理模塊，接收己側(cè)感應(yīng)模塊的獲取信息 和己側(cè)可靠通信模塊的交互信息、計算己側(cè)定向天線的調(diào)整角度和俯仰角，控制己側(cè)自動 對準(zhǔn)裝置對定向天線進行調(diào)整，預(yù)估調(diào)整后的定向天線接收功率范圍，控制自動對準(zhǔn)裝置 對定向天線進行微調(diào)，實現(xiàn)天線精準(zhǔn)對準(zhǔn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向天線全自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述感應(yīng)模塊包括 GPS單元和高度計，所述可靠通信模塊為GSM網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，所述自動對準(zhǔn) 裝置包括電子羅盤、指北針和云臺。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向天線全自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述感應(yīng)模塊獲取 的己側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，包括經(jīng)緯度、海拔、天線高度。
4. 一種定向天線全自動對準(zhǔn)方法，其特征在于：首先，根據(jù)己側(cè)定向天線和對側(cè)定向 天線的方位信息和高度信息，查詢地形數(shù)據(jù)庫，獲得己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之間的 通信鏈路地形剖面信息，根據(jù)通信鏈路地形剖面信息計算通信鏈路衰減；然后，根據(jù)己側(cè)定 向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，計算己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線初始的 調(diào)整角度和俯仰角，初步調(diào)整己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線；接著，結(jié)合通信鏈路衰減，設(shè) 定己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，計算接收功率范圍；接著，在 定向天線微調(diào)范圍內(nèi)分別對對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線進行微調(diào)，直至找到各自實際 接收功率最大的位置；最后分別判斷己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的實際接收功率最大值 是否在各自的接收功率范圍內(nèi)，若不在則發(fā)出報警信息，若在則完成天線對準(zhǔn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定向天線全自動對準(zhǔn)方法，其特征在于：在進行微調(diào)時，首先 對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的接收功率范圍上限進行比較，對接收功率范圍上限大的 一方定向天線先進行天線微調(diào)，微調(diào)完成后再對另一方定向天線進行微調(diào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定向天線全自動對準(zhǔn)方法，其特征在于：具體包括如下步 驟： (1) 根據(jù)感應(yīng)模塊中的GPS單元獲得定向天線的方位信息，包括經(jīng)緯度和海拔；根據(jù)感 應(yīng)模塊中的高度計獲得定向天線的高度信息，包括天線高度； (2) 自動控制模塊結(jié)合己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，從地形 數(shù)據(jù)庫中讀取己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線之間的通信鏈路地形剖面信息，根據(jù)通信鏈路 地形剖面信息計算無線通信鏈路衰減； (3) 自動控制模塊結(jié)合己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的方位信息和高度信息，計算定 向天線初始的調(diào)整角度和俯仰角，控制自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行初步調(diào)整； (4) 根據(jù)無線通信鏈路衰減信息，設(shè)定己側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益；結(jié) 合對側(cè)定向天線的初始發(fā)射功率和接收增益，自動控制模塊估算出己側(cè)定向天線的接收功 率范圍； (5)對己側(cè)定向天線和對側(cè)定向天線的接收功率范圍上限進行比較，對接收功率范圍 上限大的一方定向天線先進行天線微調(diào)，微調(diào)完成后再對另一方定向天線進行微調(diào)；在后 微調(diào)的定向天線接收到在先微調(diào)的定向天線的實際接收功率的最大值后，開始微調(diào)；在先 微調(diào)的定向天線接收到在后微調(diào)的定向天線的實際接收功率的最大值后，確認定向天線的 對準(zhǔn)完成；微調(diào)具體包括如下步驟： (51) 定向天線接收無線信號，得到RSSI值； (52) 根據(jù)RSSI值計算定向天線的實際接收功率； (53) 在定向天線的角度和俯仰角微調(diào)范圍內(nèi)控制自動對準(zhǔn)裝置對定向天線進行角度 和俯仰角的微調(diào)，重復(fù)步驟（51)和（52)，當(dāng)實際接收功率達到最大值時，結(jié)束定向天線的 微調(diào)； (54) 判斷實際接收功率的最大值是否在接收功率范圍內(nèi)：當(dāng)不在范圍內(nèi)時，發(fā)出報警 信息；否則，通過可靠通信模塊向?qū)?cè)發(fā)送出己側(cè)的實際接收功率的最大值。
【文檔編號】H01Q3/00GK104143693SQ201410361053
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】李焱, 黃鋒, 王巍巍, 周曉 申請人:李焱