一种定向天线全自动对准装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种定向天线全自动对准装置及方法，根据己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，查询地形数据库，获得己侧定向天线和对侧定向天线之间的通信链路地形剖面信息，根据通信链路地形剖面信息计算通信链路衰减；然后，计算己侧定向天线和对侧定向天线初始的调整角度和俯仰角，初步调整己侧定向天线和对侧定向天线；接着，结合通信链路衰减，设定己侧定向天线和对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，计算接收功率范围；接着，在定向天线微调范围内分别对对己侧定向天线和对侧定向天线进行微调，直至找到各自实际接收功率最大的位置，完成天线对准。本发明无需人为干涉，能够全自动完成整个对准过程，对准精度高。
【专利说明】一种定向天线全自动对准装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种定向天线全自动对准装置及方法，属于无线通信技术。
【背景技术】
[0002] 现有的定向天线对准有如下几种方法：计算方位角和俯仰角然后根据罗盘指向进 行对准、根据接收功率调整天线角度和俯仰角进行对准、利用全向天线协助进行对准。现有 的几种方法可单独使用或者结合使用，以实现手动或者半自动进行定向天线对准，但目前 尚无实现根据需对准的定向天线位置进行全自动对准的方法。
【发明内容】
[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种定向天线全自动对 准装置及方法，以节省定向天线对准耗费的人力，并且提高对准精度。
[0004] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种定向天线全自动对准装置，包括感应模块、可靠通信模块、自动对准装置、定 向天线和自动控制模块；
[0006] 所述感应模块，用于获取己侧定向天线的方位信息和高度信息；
[0007] 所述可靠通信模块，用于交互己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息、高度信 息、发射功率、接收增益、微调后的实际最大接收功率和对准状态信息；
[0008] 所述自动对准装置，用于对己侧定向天线进行角度和俯仰角的调整和微调；
[0009] 所述定向天线，己侧定向天线和对侧定向天线交互无线通信信息；
[0010] 所述自动控制模块，作为己侧的中心控制和处理模块，接收己侧感应模块的获取 信息和己侧可靠通信模块的交互信息、计算己侧定向天线的调整角度和俯仰角，控制己侧 自动对准装置对定向天线进行调整，预估调整后的定向天线接收功率范围，控制自动对准 装置对定向天线进行微调，实现天线精准对准。
[0011] 优选的，所述感应模块包括GPS单元和高度计，所述可靠通信模块为GSM网络、3G 网络或卫星通信网络，所述自动对准装置包括电子罗盘、指北针和云台。
[0012] 优选的，所述感应模块获取的己侧定向天线的方位信息和高度信息，包括经纬度、 海拔、天线高度。
[0013] -种定向天线全自动对准方法，首先，根据己侧定向天线和对侧定向天线的方位 信息和高度信息，查询地形数据库，获得己侧定向天线和对侧定向天线之间的通信链路地 形剖面信息，根据通信链路地形剖面信息计算通信链路衰减；然后，根据己侧定向天线和对 侧定向天线的方位信息和高度信息，计算己侧定向天线和对侧定向天线初始的调整角度和 俯仰角，初步调整己侧定向天线和对侧定向天线；接着，结合通信链路衰减，设定己侧定向 天线和对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，计算接收功率范围；接着，在定向天线微 调范围内分别对对己侧定向天线和对侧定向天线进行微调，直至找到各自实际接收功率最 大的位置；最后分别判断己侧定向天线和对侧定向天线的实际接收功率最大值是否在各自 的接收功率范围内，若不在则发出报警信息，若在则完成天线对准。
[0014] 上述方法中，在进行微调时，首先对己侧定向天线和对侧定向天线的接收功率范 围上限进行比较，对接收功率范围上限大的一方定向天线先进行天线微调，微调完成后再 对另一方定向天线进行微调。
[0015] 上述方法，具体包括如下步骤：
[0016] (1)根据感应模块中的GPS单元获得定向天线的方位信息，包括经纬度和海拔；根 据感应模块中的高度计获得定向天线的高度信息，包括天线高度；
[0017] (2)自动控制模块结合己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，从 地形数据库中读取己侧定向天线和对侧定向天线之间的通信链路地形剖面信息，根据通信 链路地形剖面信息计算无线通信链路衰减；
[0018] (3)自动控制模块结合己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，计 算定向天线初始的调整角度和俯仰角，控制自动对准装置对定向天线进行初步调整；
[0019] (4)根据无线通信链路衰减信息，设定己侧定向天线的初始发射功率和接收增益； 结合对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，自动控制模块估算出己侧定向天线的接收 功率范围；
[0020] (5)对己侧定向天线和对侧定向天线的接收功率范围上限进行比较，对接收功率 范围上限大的一方定向天线先进行天线微调，微调完成后再对另一方定向天线进行微调； 在后微调的定向天线接收到在先微调的定向天线的实际接收功率的最大值后，开始微调； 在先微调的定向天线接收到在后微调的定向天线的实际接收功率的最大值后，确认定向天 线的对准完成；微调具体包括如下步骤：
[0021] (51)定向天线接收无线信号，得到RSSI值；
[0022] (52)根据RSSI值计算定向天线的实际接收功率；
[0023] (53)在定向天线的角度和俯仰角微调范围内控制自动对准装置对定向天线进行 角度和俯仰角的微调，重复步骤（51)和（52)，当实际接收功率达到最大值时，结束定向天 线的微调；
[0024] (54)判断实际接收功率的最大值是否在接收功率范围内：当不在范围内时，发出 报警信息；否则，通过可靠通信模块向对侧发送出己侧的实际接收功率的最大值。
[0025] 有益效果：本发明提供的定向天线全自动对准装置及方法，无需人为干涉，能够全 自动完成整个对准过程，对准精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为本发明装置结构示意图；
[0027] 图2为本发明方法流程图，其中（a)为流程的前半部分，（b)为流程的后半部分。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0029] 如图1所示为一种定向天线全自动对准装置，包括感应模块、可靠通信模块、自动 对准装置、定向天线和自动控制模块；下面就各个部分加以具体说明。
[0030] 所述感应模块，用于获取己侧定向天线的方位信息和高度信息；具体包括GPS单 元和高度计，获得的信息包括经纬度、海拔、天线高度等。
[0031] 所述可靠通信模块，用于交互己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息、高度信 息、发射功率、接收增益、微调后的实际最大接收功率和对准状态信息；具体为GSM网络、3G 网络或卫星通信网络。
[0032] 所述自动对准装置，用于对己侧定向天线进行角度和俯仰角的调整和微调；具体 包括电子罗盘、指北针和云台。
[0033] 所述定向天线，己侧定向天线和对侧定向天线交互无线通信信息。
[0034] 所述自动控制模块，作为己侧的中心控制和处理模块，接收己侧感应模块的获取 信息和己侧可靠通信模块的交互信息、计算己侧定向天线的调整角度和俯仰角，控制己侧 自动对准装置对定向天线进行调整，预估调整后的定向天线接收功率范围，控制自动对准 装置对定向天线进行微调，实现天线精准对准。
[0035] 基于上述装置的一种定向天线全自动对准方法，首先，根据己侧定向天线和对侧 定向天线的方位信息和高度信息，查询地形数据库，获得己侧定向天线和对侧定向天线之 间的通信链路地形剖面信息，根据通信链路地形剖面信息计算通信链路衰减；然后，根据己 侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，计算己侧定向天线和对侧定向天线初 始的调整角度和俯仰角，初步调整己侧定向天线和对侧定向天线；接着，结合通信链路衰 减，设定己侧定向天线和对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，计算接收功率范围；接 着，在定向天线微调范围内分别对对己侧定向天线和对侧定向天线进行微调，直至找到各 自实际接收功率最大的位置；最后分别判断己侧定向天线和对侧定向天线的实际接收功率 最大值是否在各自的接收功率范围内，若不在则发出报警信息，若在则完成天线对准。在 进行微调时，首先对己侧定向天线和对侧定向天线的接收功率范围上限进行比较，对接收 功率范围上限大的一方定向天线先进行天线微调，微调完成后再对另一方定向天线进行微 调。
[0036] 如图2所示，该方法具体包括如下步骤：
[0037] (1)根据感应模块中的GPS单元获得定向天线的方位信息，包括经纬度和海拔；根 据感应模块中的高度计获得定向天线的高度信息，包括天线高度；
[0038] (2)自动控制模块结合己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，从 地形数据库中读取己侧定向天线和对侧定向天线之间的通信链路地形剖面信息，根据通信 链路地形剖面信息计算无线通信链路衰减；
[0039] (3)自动控制模块结合己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，计 算定向天线初始的调整角度和俯仰角，控制自动对准装置对定向天线进行初步调整；
[0040] (4)根据无线通信链路衰减信息，设定己侧定向天线的初始发射功率和接收增益； 结合对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，自动控制模块估算出己侧定向天线的接收 功率范围；
[0041] (5)对己侧定向天线和对侧定向天线的接收功率范围上限进行比较，对接收功率 范围上限大的一方定向天线先进行天线微调，微调完成后再对另一方定向天线进行微调； 在后微调的定向天线接收到在先微调的定向天线的实际接收功率的最大值后，开始微调； 在先微调的定向天线接收到在后微调的定向天线的实际接收功率的最大值后，确认定向天 线的对准完成；微调具体包括如下步骤：
[0042] (51)定向天线接收无线信号，得到RSSI值；
[0043] (52)根据RSSI值计算定向天线的实际接收功率；
[0044] (53)在定向天线的角度和俯仰角微调范围内控制自动对准装置对定向天线进行 角度和俯仰角的微调，重复步骤（51)和（52)，当实际接收功率达到最大值时，结束定向天 线的微调；
[0045] (54)判断实际接收功率的最大值是否在接收功率范围内：当不在范围内时，发出 报警信息；否则，通过可靠通信模块向对侧发送出己侧的实际接收功率的最大值。
[0046] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种定向天线全自动对准装置，其特征在于：包括感应模块、可靠通信模块、自动对 准装置、定向天线和自动控制模块； 所述感应模块，用于获取己侧定向天线的方位信息和高度信息； 所述可靠通信模块，用于交互己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息、高度信息、发 射功率、接收增益、微调后的实际最大接收功率和对准状态信息； 所述自动对准装置，用于对己侧定向天线进行角度和俯仰角的调整和微调； 所述定向天线，己侧定向天线和对侧定向天线交互无线通信信息； 所述自动控制模块，作为己侧的中心控制和处理模块，接收己侧感应模块的获取信息 和己侧可靠通信模块的交互信息、计算己侧定向天线的调整角度和俯仰角，控制己侧自动 对准装置对定向天线进行调整，预估调整后的定向天线接收功率范围，控制自动对准装置 对定向天线进行微调，实现天线精准对准。
2. 根据权利要求1所述的定向天线全自动对准装置，其特征在于：所述感应模块包括 GPS单元和高度计，所述可靠通信模块为GSM网络、3G网络或卫星通信网络，所述自动对准 装置包括电子罗盘、指北针和云台。
3. 根据权利要求1所述的定向天线全自动对准装置，其特征在于：所述感应模块获取 的己侧定向天线的方位信息和高度信息，包括经纬度、海拔、天线高度。
4. 一种定向天线全自动对准方法，其特征在于：首先，根据己侧定向天线和对侧定向 天线的方位信息和高度信息，查询地形数据库，获得己侧定向天线和对侧定向天线之间的 通信链路地形剖面信息，根据通信链路地形剖面信息计算通信链路衰减；然后，根据己侧定 向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，计算己侧定向天线和对侧定向天线初始的 调整角度和俯仰角，初步调整己侧定向天线和对侧定向天线；接着，结合通信链路衰减，设 定己侧定向天线和对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，计算接收功率范围；接着，在 定向天线微调范围内分别对对己侧定向天线和对侧定向天线进行微调，直至找到各自实际 接收功率最大的位置；最后分别判断己侧定向天线和对侧定向天线的实际接收功率最大值 是否在各自的接收功率范围内，若不在则发出报警信息，若在则完成天线对准。
5. 根据权利要求4所述的定向天线全自动对准方法，其特征在于：在进行微调时，首先 对己侧定向天线和对侧定向天线的接收功率范围上限进行比较，对接收功率范围上限大的 一方定向天线先进行天线微调，微调完成后再对另一方定向天线进行微调。
6. 根据权利要求4所述的定向天线全自动对准方法，其特征在于：具体包括如下步 骤： (1) 根据感应模块中的GPS单元获得定向天线的方位信息，包括经纬度和海拔；根据感 应模块中的高度计获得定向天线的高度信息，包括天线高度； (2) 自动控制模块结合己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，从地形 数据库中读取己侧定向天线和对侧定向天线之间的通信链路地形剖面信息，根据通信链路 地形剖面信息计算无线通信链路衰减； (3) 自动控制模块结合己侧定向天线和对侧定向天线的方位信息和高度信息，计算定 向天线初始的调整角度和俯仰角，控制自动对准装置对定向天线进行初步调整； (4) 根据无线通信链路衰减信息，设定己侧定向天线的初始发射功率和接收增益；结 合对侧定向天线的初始发射功率和接收增益，自动控制模块估算出己侧定向天线的接收功 率范围； (5)对己侧定向天线和对侧定向天线的接收功率范围上限进行比较，对接收功率范围 上限大的一方定向天线先进行天线微调，微调完成后再对另一方定向天线进行微调；在后 微调的定向天线接收到在先微调的定向天线的实际接收功率的最大值后，开始微调；在先 微调的定向天线接收到在后微调的定向天线的实际接收功率的最大值后，确认定向天线的 对准完成；微调具体包括如下步骤： (51) 定向天线接收无线信号，得到RSSI值； (52) 根据RSSI值计算定向天线的实际接收功率； (53) 在定向天线的角度和俯仰角微调范围内控制自动对准装置对定向天线进行角度 和俯仰角的微调，重复步骤（51)和（52)，当实际接收功率达到最大值时，结束定向天线的 微调； (54) 判断实际接收功率的最大值是否在接收功率范围内：当不在范围内时，发出报警 信息；否则，通过可靠通信模块向对侧发送出己侧的实际接收功率的最大值。
【文档编号】H01Q3/00GK104143693SQ201410361053
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】李焱, 黄锋, 王巍巍, 周晓 申请人:李焱