一种基于人工智能的天线健康管理系统的制作方法

1.本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于人工智能的天线健康管理系统。


背景技术：

2.天线作为信号收发的关键设备，广泛应用于各类通信系统之中。随着设备自动化运行和无人值守模式的普及，通信系统基本处于24小时不间断工作状态，这就对天线的可靠性和可用度提出了更高的要求。目前对于天线系统故障诊断效率较为低下，故障原始数据少且故障信息反馈准确性不高，对于疑难问题定位准确率低且解决效率不高。因此改进故障诊断及维护模式，开展健康评估，进行天线的健康管理系统设计变成了目前天线设计中必须要开展的一项工作。
3.运用现代测试理论等先进技术手段，在天线设计、研制过程中同步开展测试性设计、故障预测与健康管理技术研究，建立天线状态监测与健康管理系统软硬件平台，可保障通信系统运行安全，对促进通信系统视情维修工作的顺利开展，减少盲目检修、维修次数，避免传统维修体制所造成的资源浪费，提高保障资源利用率等都有十分重要的意义。
4.目前的天线健康管理系统都是通过自检模块对天线的工作状态实时检测，但增加自检模块后会产生以下缺点：自检模块是通过内部自检源发出信号到天线输入，经过天线接收后，检测天线的输出信号来判断出天线是否工作状态正常。但是自检模块在通信系统运行时会带来矛盾：如果自检源发出信号，会干扰天线接收到的正常信号并对后端解调设备产生影响；如果自检源不发出信号，天线健康管理系统就会检测不到天线的工作状态是否正常。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于人工智能的天线健康管理系统，采用的技术方案如下：
6.一种基于人工智能的天线健康管理系统，包括输入通道自检和功率检测单元、人工智能处理单元和输出通道功率检测单元；
7.所述输入通道自检和功率检测单元包括输入端耦合器、输入端检波器和自检源，输入端耦合器用于将外部输入信号或自检源发出的自检信号耦合，一路输出到输入端检波器，另一路直通输出到天线输入端口；输入端检波器用于检测输入通道的信号功率值，并将该功率值发送到人工智能处理单元；
8.所述输出通道功率检测单元包括输出端耦合器和输出端检波器，输出端耦合器用于将天线输出端口的信号耦合，一路输出到输出端检波器，另一路直通输出到解调设备；输出端检波器用于检测输出通道的信号功率值，并将该功率值发送到人工智能处理单元；
9.所述人工智能处理单元用于定时向输入通道自检和功率检测单元以及输出通道功率检测单元发送功率查询指令，若无外部输入信号则以一定周期开启天线自检功能，控制自检源发出自检信号，并根据接收到的输入通道和输出通道的信号功率值判断天线工作
状态，若天线工作异常则向与所述天线健康管理系统连接的上位机发送告警信息。
10.进一步地，所述人工智能处理单元包括处理器和存储器，处理器用于根据外部输入信号有无的持续时间调整天线自检功能的开启周期及持续时间，存储器用于记录接收到的输入通道和输出通道的信号功率值及对应时间。
11.一种基于所述天线健康管理系统的天线异常监测方法，包括以下步骤：
12.s1：人工智能处理单元向输入通道自检和功率检测单元发送功率查询指令；
13.s2：输入通道自检和功率检测单元收到指令后，由输入端检波器向人工智能处理单元反馈输入通道的信号功率值；若输入通道的信号功率值大于设定阈值，表明存在外部输入信号，否则表明外部输入信号消失；
14.s3：将与当前时间最接近的相邻两次外部输入信号出现的时间间隔作为自检周期；
15.s4：若无外部输入信号且处于自检周期，则开启天线自检功能，进行天线自检；
16.s5：将上次外部输入信号出现到消失的时间长度输入线性回归模型，预测得到上次外部输入信号消失到下次外部输入信号出现的时间长度，并将该时间长度作为本次自检功能开启的时间长度；
17.s6：利用上次外部输入信号出现到消失的时间长度和上次外部输入信号消失到下次外部输入信号出现的真实时间长度，对线性回归模型做进一步拟合。
18.进一步地，步骤s4中所述天线自检的具体流程为：由自检源发出自检信号，由人工智能处理单元向输入通道自检和功率检测单元以及输出通道功率检测单元发送功率查询指令，由输入端检波器和输出端检波器分别向人工智能处理单元反馈输入通道和输出通道的信号功率值，若输入通道的信号功率值与输出通道的信号功率值之间的差值大于一定阈值，则表明天线工作异常，上报告警信息。
19.进一步地，所述线性回归模型表示为：
20.ax+b＝y，
21.其中，x表示第n次外部输入信号出现到消失的时间长度，y表示第n次外部输入信号消失到第n+1次外部输入信号出现的时间长度，a、b为模型参数，由若干组样本数据拟合得到。
22.进一步地，输入端检波器检测输入通道的信号电压值，将输入通道的信号电压值转换为输入信号功率值，若输入信号功率值大于-70dbm，则表明存在外部输入信号。
23.相对于现有技术，本发明具有以下优势：
24.(1)本发明系统通过内部自检源在外界没有输入信号的时间周期内发出自检信号，既能够检测到天线的工作状态，同时也不会对后端解调设备产生影响；
25.(2)本发明系统能够根据外界输入信号情况，通过线性回归算法调整天线的自检周期和自检时间长度；
26.(3)自检功能由人工智能处理单元自动控制开启和关闭，无需技术人员手动操作。
附图说明
27.图1为本发明系统的外部连接示意图；
28.图2为本发明系统的内部组成示意图；
29.图3为本发明系统的天线自检流程示意图。
具体实施方式
30.如图1所示，本发明系统跨接于天线的输入端口与输出端口之间，原本直接输入到天线输入端口的外部输入信号需要经过本发明系统后再输入天线，原本直接输出到其他相关设备(如解调设备)的天线输出端口信号需要经过本发明系统后再输出。本发明系统的内部组成如图2所示，主要包括输入通道自检和功率检测单元、人工智能处理单元和输出通道功率检测单元。
31.其中，输入通道自检和功率检测单元包括输入端耦合器、输入端检波器和自检源，输入端耦合器用于将外部输入信号或自检源发出的自检信号耦合，一路输出到输入端检波器，另一路直通输出到天线输入端口；输入端检波器用于检测输入通道的信号功率值，并将该功率值发送到人工智能处理单元。
32.输出通道功率检测单元包括输出端耦合器和输出端检波器，输出端耦合器用于将天线输出端口的信号耦合为两路信号，一路输出到输出端检波器，另一路输出到其他相关设备(解调设备)；输出端检波器用于检测输出通道的信号功率值，并将该功率值发送到人工智能处理单元。
33.人工智能处理单元用于定时向输入通道自检和功率检测单元以及输出通道功率检测单元发送功率查询指令，若无外部输入信号则以一定周期开启天线自检功能，控制自检源发出自检信号，并根据接收到的输入通道和输出通道的信号功率值判断天线工作状态，若天线工作异常则向与所述天线健康管理系统连接的上位机发送告警信息。具体地，人工智能处理单元包括处理器和存储器，处理器用于根据外部输入信号有无的持续时间调整天线自检功能的开启周期及持续时间，存储器用于记录接收到的输入通道和输出通道的信号功率值及对应时间。
34.通过本发明系统，能够在没有外界没有输入信号的情况下发出自检信号，既能够检测到天线的工作状态，同时也不会对后端解调设备产生影响。具体的检测流程如图3所示，主要包括：
35.s1：人工智能处理单元向输入通道自检和功率检测单元发送功率查询指令；
36.s2：输入通道自检和功率检测单元收到指令后，由输入端检波器检测输入通道的信号电压值，将信号电压值转换为输入信号功率值后发送到人工智能处理单元；若输入通道的信号功率值大于-70dbm，表明存在外部输入信号，否则表明外部输入信号消失；
37.s3：将与当前时间最接近的相邻两次外部输入信号出现的时间间隔作为自检周期；
38.s4：若无外部输入信号且处于自检周期，则开启天线自检功能：由自检源发出自检信号，由人工智能处理单元向输入通道自检和功率检测单元以及输出通道功率检测单元发送功率查询指令，由输入端检波器和输出端检波器分别向人工智能处理单元反馈输入通道和输出通道的信号功率值，若输入通道的信号功率值与输出通道的信号功率值之间的差值大于一定阈值，则表明天线工作异常，上报告警信息；
39.s5：将上次外部输入信号出现到消失的时间长度输入线性回归模型，预测得到上次外部输入信号消失到下次外部输入信号出现的时间长度，并将该时间长度作为本次自检
功能开启的时间长度；
40.s6：利用上次外部输入信号出现到消失的时间长度和上次外部输入信号消失到下次外部输入信号出现的真实时间长度，对线性回归模型做进一步拟合。
41.本实施例采用的线性回归模型可表示为：
42.ax+b＝y，
43.其中，x表示第n次外部输入信号出现到消失的时间长度，y表示第n次外部输入信号消失到第n+1次外部输入信号出现的时间长度，a、b为模型参数，由若干组样本数据经最小二乘拟合得到，随着自检功能的运行，可利用实际采集到样本数据对线性回归模型进行不断地拟合调整，以增强模型的适应能力，提高预测精度。
44.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。