一种微波接收机及其多天线切换分集接收方法与流程

本发明涉及无人机通信领域，尤其是一种微波接收机及其多天线切换分集接收方法。

背景技术：

微波通信中，通信质量和可靠性受到多种因素的影响，扩频技术(主要包括直接序列扩频、跳频以及其他衍生的扩频技术)的发展大大提高了通信系统的抗干扰能力，但多径传输导致的多径衰落现象，是微波通信系统中一种无法消除的不利影响，为了改善多径衰落下信道传输的稳定性和可靠性，分集技术是一种常用的抗衰落技术。

目前常用的分集技术是选择式分集，选择式分集需要多个接收机支路，通过不断地在每个接收机支路的输出信号之间基于门限判决做逻辑选择，择优输出一个最好的输出信号作为最终输出，但这种分集技术的应用在提高通信质量和可靠性的同时，也会增大硬件电路设计的规模、成本和功耗，当该分集技术应用于无人机领域时，会严重影响无人机的集成度和机载设备重量，从而影响无人机的续航能力和推重比。

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种微波接收机及其多天线切换分集接收方法。使用本方法可以在降低多径传输过程中的多径衰落和失真的同时，降低系统功耗和硬件规模。

本发明的技术方案如下：

一种微波接收机，该微波接收机包括：n个接收天线、天线开关电路、射频电路和微控制单元mcu；天线开关电路的一端连接n个接收天线的其中一个接收天线，天线开关电路的另一端连接射频电路的输入端，射频电路的输出端连接mcu的输入端，mcu的控制端连接天线开关电路，n为正整数且n≥2。

一种微波接收机的多天线切换分集接收方法，该方法应用于上述微波接收机中，该方法包括：控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线，n为正整数且n的起始值为1；通过第n个接收天线接收数据包，并计算通过第n个接收天线接收数据包时的连续丢包数；检测连续丢包数是否达到丢包数阈值；若连续丢包数达到丢包数阈值，则令n＝n+1，并重新执行控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线的步骤。

其进一步的技术方案为，通过第n个接收天线接收数据包，并计算通过第n个接收天线接收数据包时的连续丢包数，包括：对连续丢包数k进行重置，使k＝0；通过第n个接收天线接收第i个数据包，检测第i个数据包是否是异常数据包，i为正整数且i的起始值为1；若第i个数据包是异常数据包，则丢弃第i个数据包并令k＝k+1；若第i个数据包是正常数据包，则对连续丢包数k进行重置，使k＝0。

其进一步的技术方案为，每个数据包包括至少三个字段，检测第i个数据包是否是异常数据包，包括：通过第n个接收天线依次接收第i个数据包中的各个字段，检测当前接收到的字段的格式是否是正确格式；若当前接收到的字段的格式是错误格式，则确定第i个数据包为异常数据包；若当前接收到的字段的格式是正确格式且当前接收到的字段不是最后一个字段，则继续接收下一个字段并重新执行检测当前接收到的字段的格式是否是正确格式的步骤；若当前接收到的字段的格式是正确格式且当前接收到的字段是最后一个字段，则确定第i个数据包是正常数据包。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：若连续丢包数未达到丢包数阈值，则令i＝i+1，并重新执行通过第n个接收天线接收第i个数据包的步骤。

其进一步的技术方案为，若连续丢包数达到丢包数阈值，则令n＝n+1，并重新执行控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线的步骤，包括：若连续丢包数达到丢包数阈值，则检测是否满足n＜n；若n＜n，则令n＝n+1，并重新执行控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线的步骤；若n＝n，则令n＝1，并重新执行控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线的步骤。

本发明的有益技术效果是：

本发明提出的微波接收机及其多天线切换分集接收方法，通过将连续丢包数与预设的丢包数阈值进行比较作为切换条件，逻辑简单，通过软件即可实现，不需要增加额外的硬件模块，降低了硬件规模和成本，与目前常用的选择式分集相比，更易实现，在降低多径传输过程中的多径衰落和失真的同时，降低了系统功耗和硬件规模。当该微波接收机及其多天线切换分集接收方法应用于无人机领域，尤其是应用于轻小型消费级无人机领域时，对于无人机减重目标的实现有很大的提升，从而可以提高无人机的续航能力和推重比。

附图说明

图1是微波接收机的结构示意图。

图2是微波接收机的多天线切换分集接收方法的流程图。

图3是微波接收机的多天线切换分集接收方法的流程图。

图4是数据包的格式示意图。

图5是微波接收机的多天线切换分集接收方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，其示出了本发明公开的一种微波接收机的结构示意图，该微波接收机通常用于无人机中，该微波接收机包括：n个接收天线、天线开关电路、射频电路和mcu(microcontrollerunit，微控制单元)，其中射频电路通常为一射频芯片，用于对接收到的射频信号进行解扩、解调、数据包还原等处理，mcu用于对经射频电路处理过的射频信号进行解码输出。天线开关电路的一端连接n个接收天线的其中一个接收天线，天线开关电路的另一端连接射频电路的输入端，射频电路的输出端连接mcu的输入端，mcu的控制端连接天线开关电路，n为正整数且n≥2。

如图2所示，其示出了本发明公开的一种微波接收机的多天线切换分集接收方法的流程图，该方法用于图1所示的微波接收机中，该方法包括如下步骤：

步骤201，控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线，从而使第n个接收天线与射频电路导通，第n个接收天线作为工作天线开始按照一定周期等待接收数据包。其中，n为正整数且n的起始值为1，也即，微波接收机上电后，天线开关电路默认将第1个接收天线作为工作天线。

步骤202，通过第n个接收天线接收数据包，并计算通过第n个接收天线接收数据包时的连续丢包数。该步骤的具体实现方法包括如下步骤301-304，请参考图3所示的流程图：

步骤301，对连续丢包数k进行重置，使k＝0。

步骤302，通过第n个接收天线接收第i个数据包，检测第i个数据包是否是异常数据包，i为正整数且i的起始值为1。

每个数据包包括至少三个字段，具体的，每个数据包至少包括同步字(syncword)、有效数据字段(datafield)和校验码，校验码可以是crc(cyclicredundancycheck,循环冗余校验)码。可选的，每个数据包中还包括前导码(preamblebits)、长度码(lengthfield)和地址码(addressfield)中的至少零种。以数据包包括上述6个字段为例，数据包的格式可以如图4所示，按照字段的传输顺序依次为前导码、同步字、长度码、地址码、有效数据字段和校验码。其中，前导码部分是一段由1和0组成的自定义序列，其占据的字节长度支持自由编程；同步字用于数据包字节同步和数据对齐；长度码用于定义射频部分每次接收数据时的字节长度，其占据的字节长度支持自由编程，字节长度是固定长度或可变长度；地址码用于匹配数据包地址；有效数据字段用于承载数据包中的有效信息；校验码用于验证接收到的数据是否正确并返回校验状态信息。

在通过第n个接收天线接收第i个数据包时，实际是通过第n个接收天线依次接收第i个数据包中的各个字段，在接收上述任意一个字段时出现问题都可能导致数据包接收失败，也即出现丢包的现象。则在接收数据包的过程中，在接收到一字段时，系统检测当前接收到的字段的格式是否是正确格式，每一个字段的正确格式是预先设定的。若当前接收到的字段的格式是错误格式，则系统确定第i个数据包为异常数据包，即在对任意一个字段接收错误时，即表示接收失败，系统判断出现丢包，数据包为异常数据包，数据无效；若当前接收到的字段的格式是正确格式且当前接收到的字段不是最后一个字段，则继续接收下一个字段并重新执行检测当前接收到的字段的格式是否是正确格式的步骤，也即，只有当前一个字段匹配到正确格式时，才能继续接收并对下一个字段进行检测；若当前接收到的字段的格式是正确格式且当前接收到的字段是最后一个字段，则确定第i个数据包是正常数据包，也即，只有当检测到数据包中的每个字段都是正确格式时，才确定接收成功，也即是正常数据包。

步骤303，若第i个数据包是异常数据包，则丢弃第i个数据包并令k＝k+1，也即，系统在判断接收失败时，丢弃接收到的数据包并增加统计的连续丢包数。

步骤304，若第i个数据包是正常数据包，则对连续丢包数k进行重置，使k＝0。比如，在通过第1个接收天线接收数据包的过程中，若连续接收到3个异常数据包，此时连续丢包数k＝3，若接收到的第4个数据包为正常数据包，则对k进行重置，当接收到的第5个数据包为异常数据包，系统确定的k＝1而不是4。

步骤203，检测连续丢包数是否达到丢包数阈值(threshold)，其中，丢包数阈值是一个预设的取值。

步骤204，若连续丢包数达到丢包数阈值，则令n＝n+1，并重新执行控制天线开关电路的一端连接n个接收天线中的第n个接收天线的步骤，也即，在当前的工作天线的连续丢包数达到丢包数阈值时，切换至下一个接收天线作为工作天线，具体的，天线开关电路的切换是通过其连接的mcu上的控制端的高低电平来控制的，在系统判断连续丢包数达到丢包数阈值时，控制mcu的控制端所输出的电平高低，从而达到控制天线开关电路的切换的目的。

可选的，在具体实现时，该步骤在检测到连续丢包数达到丢包数阈值时，还会检测是否满足n＜n，若n＜n，则令n＝n+1；若n＝n，则令n＝1；也即，若当前的工作天线是第n个接收天线，则重新切换至第1个接收天线作为工作天线，实现循环切换效果。

步骤205，若连续丢包数未达到丢包数阈值，则重新执行通过第n个接收天线接收数据包的步骤，具体的，令i＝i+1，并重新执行通过第n个接收天线接收第i个数据包的步骤，也即，在当前工作的接收天线的连续丢包数未达到丢包数阈值时，继续使用当前工作的接收天线接收下一个数据包并重新开始开一个数据包的检测流程。

本发明公开的微波接收机的多天线切换分集接收方法的工作原理可以通过以下一示例性的例子来说明：微波接收机上电后，默认以第一个接收天线作为工作天线，按照一定周期等待接收数据，当通过第一个接收天线接收到符合格式的正常数据包时，根据前导码序列相关算法在时域、频域上和发射机建立同步关系后，初始化天线切换程序，连续丢包数统计变量k重置为0。在保持同步接收过程中，若接收到的数据包是正常数据包，则将连续丢包数k再次重置为0，并进行后续处理；若接收到的数据包是异常数据包，则连续丢包数k加1，并将k与预设的丢包数阈值进行比较。若达到连续丢包数阈值则切换到下一个接收天线，重置连续丢包数k并按照同步周期继续进行数据包接收并重复上述判断过程；若未达到丢包数阈值，则继续按照同步周期进行数据包接收并重复上述判断过程，其流程示意图请参考图5。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。