本发明涉及通信技术领域，具体是一种静中通窄波束天线的快速自动对准方法。
背景技术：
散射通信系统及其他窄波束天线系统的快速开通主要由天线的对准时间决定，由于天线的波束较窄且通信距离较远，要保证通信质量，必须使天线指向最佳散射区域。
目前散射通信系统中天线对准有两种方法，即借助于仪器的人工对准和基于软件的自动对准，但是不管哪种方法都是基于方位、俯仰的二维扫描，二维扫描完成后信号最大点所对应的天线姿态角即为天线的精对准角度。
尽管上述的方法已经被广泛应用于散射通信及其他系统中，但是这些方法有如下几个问题：
1、由于散射信道是衰落信道，其短时接收信号的强度不能完全反应天线的对准程度，所以天线扫描过程中在一点的采集时间比恒参信道长，而基于方位、俯仰的二维扫描方式的缺点是扫描点数过多，这使系统的开通时间过长，导致天线对准时间较长；
2、由于扫描完成后选取信号最大点所对应的天线指向为最佳通信方向，这种基于方位、俯仰的二维扫描方法要求天线的扫描步进足够小，否则可能会偏离最佳散射点所在区域；
3、在天线扫描过程中，如果非最佳散射路径有大干扰信号出现，或者非最佳散射路径上由于飞机或其他物体经过形成短时较强的反射信号，则会严重影响天线精对准的结果，导致天线偏离最佳散射区域。
因此，需要设计一种够快速完成天线对准且不受衰落信道、干扰体或者干扰信号影响而导致天线偏离最佳散射区域的静中通窄波束天线的快速对准方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种静中通窄波束天线的快速自动对准方法，通过利用实际信道的特征并结合天线方向图来利用数据分析及相关算法进行天线自动对准，以解决上述背景技术中提出的散射通信系统开通过程中天线对准时间长、天线指向偏离最佳散射区域的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种静中通窄波束天线的快速自动对准方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)通信双方通过链路规划完成天线的粗对准：根据北斗上报的通信双方经纬度，利用大地反算计算收发天线的初始方位角和通信距离，同时利用地图信息计算收发天线的初始俯仰角；其中，所述利用地图信息计算收发天线的初始俯仰角参照国际电信联盟的标准进行，即频率范围为30mhz至50ghz的通用的宽范围地面传播模型；
2)收端天线方位角精对准：保持发端天线不动，将收端天线在方位角的粗对准位置左右各扫描3个点，然后进行异常值检测直至得到最佳方位角；
3)发端天线方位角精对准：具体步骤参照步骤2)，保持收端天线不动，将发端天线在方位角的粗对准位置左右各扫描3个点，然后进行异常值检测直到得到最佳方位角；
4)收端天线俯仰角精对准：保持发端天线不动，将收端天线在俯仰角的粗对准位置上下各扫描3个点，步进为0.5度，每个点信号采集时间不小于1秒钟，然后进行异常值检测直至得到最佳俯仰角；
5)发端天线俯仰角精对准：具体步骤参照步骤4)，保持收端天线不动，将发端天线在俯仰角的粗对准位置上下各扫描3个点，步进为0.5度，每个点信号采集时间不小于1秒钟，然后进行异常值检测直至得到最佳俯仰角，即可。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，所述扫描的步进为0.5度。
作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，所述扫描的每个点信号采集时间不小于1秒钟。
作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，所述异常值检测为检查扫描得到的7个点中是否有异常值，若有异常值则删除异常值并采用正常数据进行拟合计算最佳方位角，若拟合的曲线包含极大值则停止扫描，若拟合的曲线不包含极大值，则将天线在信号强度上升方向继续扫描1个点，然后继续进行异常值检测，直至得到最佳方位角。
作为本发明再进一步的方案：所述拟合采用最小二乘法；所述异常值检测可以采用聚类检测或者其他检测算法；通过多次散射通信试验证明在精对准扫描范围内信号功率pwr与天线方位角azi近似满足关系式pwr＝a*azi2+b*azi+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳方位角，数据拟合采用最小二乘方法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳方位角。
作为本发明再进一步的方案：步骤4)中，所述异常值检测为检查扫描得到的7个点中是否有异常值，若有异常值则删除异常值，同时判断信号功率是否出现拐点，若没有出现拐点，则在信号强度上升方向继续扫描3个点并继续进行异常值检测直至出现信号功率的拐点，然后采用数据拟合计算最佳俯仰角；
作为本发明再进一步的方案：所述数据拟合采用最小二乘法；通过多次散射通信试验证明天线俯仰角在最佳通信区域范围内信号功率pwr与天线俯仰角elev近似满足关系式pwr＝a*elev2+b*elev+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳俯仰角；数据拟合采用最小二乘法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳俯仰角。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
所述的静中通窄波束天线的快速自动对准方法在天线对准中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过利用实际信道的特征并结合天线方向图来利用数据分析及相关算法进行天线自动对准，解决了散射通信系统开通过程中天线对准时间长、数据存储量大、天线指向偏离最佳散射区域的问题；通过方位角、俯仰角的一维扫描方式，减少了扫描点数，大大缩短了系统的开通时间；通过利用数据分析及相关算法，通过软件方案解决问题，而且系统开通过程中能够快速完成天线对准，且不受衰落信道、干扰体或者干扰信号的影响，可应用于散射通信系统及其他系统中的天线对准；本发明可用于恒参信道及衰落信道，不受信道特性的影响，在天线对准过程中即使某条散射路径有大干扰信号或者强反射信号出现，该方法也能找到真正的最佳散射区域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明；以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明；应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护苑围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
实施例1
一种静中通窄波束天线的快速自动对准方法，它包括以下步骤：
1)通信双方通过链路规划完成天线的粗对准：根据北斗上报的通信双方经纬度，利用大地反算计算收发天线的初始方位角和通信距离，同时利用地图信息计算收发天线的初始俯仰角，所述利用地图信息计算收发天线的初始俯仰角参照国际电信联盟的标准进行，即频率范围为30mhz至50ghz的通用的宽范围地面传播模型；
2)收端天线方位角精对准：保持发端天线不动，将收端天线在方位角的粗对准位置左右各扫描3个点，然后进行异常值检测直到得到最佳方位角；
其中，所述扫描的步进为0.5度；所述扫描的每个点信号采集时间不小于1秒钟；所述异常值检测为检查扫描得到的7个点中是否有异常值，若有异常值则删除异常值并采用正常数据进行拟合计算最佳方位角，若拟合的曲线包含极大值则停止扫描，若拟合的曲线不包含极大值，则将天线在信号强度上升方向继续扫描1个点，然后继续进行异常值检测，直到得到最佳方位角；所述拟合采用最小二乘法；所述异常值检测可以采用聚类检测或者其他检测算法；通过多次散射通信试验证明在精对准扫描范围内信号功率pwr与天线方位角azi近似满足关系式pwr＝a*azi2+b*azi+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳方位角，数据拟合采用最小二乘方法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳方位角；
3)发端天线方位角精对准：具体步骤参照步骤2)，保持收端天线不动，将发端天线在方位角的粗对准位置左右各扫描3个点，然后进行异常值检测直到得到最佳方位角；
其中，所述扫描的步进为0.5度；所述扫描的每个点信号采集时间不小于1秒钟；所述异常值检测为检查扫描得到的7个点中是否有异常值，若有异常值则删除异常值并采用正常数据进行拟合计算最佳方位角，若拟合的曲线包含极大值则停止扫描，若拟合的曲线不包含极大值，则将天线在信号强度上升方向继续扫描1个点，然后继续进行异常值检测，直到得到最佳方位角；所述拟合采用最小二乘法；通过多次散射通信试验证明在精对准扫描范围内信号功率pwr与天线方位角azi近似满足关系式pwr＝a*azi2+b*azi+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳方位角，数据拟合采用最小二乘方法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳方位角；
4)收端天线俯仰角精对准：保持发端天线不动，将收端天线在俯仰角的粗对准位置上下各扫描3个点，步进为0.5度，每个点信号采集时间不小于1秒钟，然后进行异常值检测直至得到最佳俯仰角；
其中，所述异常值检测为检查扫描得到的7个点中是否有异常值，若有异常值则删除异常值，同时判断信号功率是否出现拐点，若没有出现拐点，则在信号强度上升方向继续扫描3个点并继续进行异常值检测直至出现信号功率的拐点，然后采用数据拟合计算最佳俯仰角；所述数据拟合采用最小二乘法；通过多次散射通信试验证明天线俯仰角在最佳通信区域范围内信号功率pwr与天线俯仰角elev近似满足关系式pwr＝α*elev2+b*elev+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳俯仰角；数据拟合采用最小二乘法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳俯仰角；
5)发端天线俯仰角精对准：具体步骤参照步骤4)，保持收端天线不动，将发端天线在俯仰角的粗对准位置上下各扫描3个点，步进为0.5度，每个点信号采集时间不小于1秒钟，然后进行异常值检测直至得到最佳俯仰角，即可；
其中，所述异常值检测为检查扫描得到的7个点中是否有异常值，若有异常值则删除异常值，同时判断信号功率是否出现拐点，若没有出现拐点，则在信号强度上升方向继续扫描3个点并继续进行异常值检测直至出现信号功率的拐点，然后采用数据拟合计算最佳俯仰角；所述数据拟合采用最小二乘法；通过多次散射通信试验证明天线俯仰角在最佳通信区域范围内信号功率pwr与天线俯仰角elev近似满足关系式pwr＝a*elev2+b*elev+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳俯仰角；数据拟合采用最小二乘法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳俯仰角。
本实施例中，所述俯仰角是指天线的纵轴y轴与水平面间的夹角，以上倾为正，下倾为负，定义域为-90°至90°；所述方位角是指天线的纵轴y轴在水平面上的投影与地理北向之间的夹角，定义顺时针方向为正，逆时针方向为负，定义域为0°至360°。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本实施例中，所述的静中通窄波束天线的快速自动对准方法在天线对准中的应用。
实施例2
一种静中通窄波束天线的快速自动对准方法，其中，俯仰角是指天线的纵轴y轴与水平面间的夹角，以上倾为正，下倾为负，定义域为-90°至90°，方位角是指天线的纵轴y轴在水平面上的投影与地理北向之间的夹角，定义顺时针方向为正，逆时针方向为负，定义域为0°至360°，所述静中通窄波束天线的快速自动对准方法包括以下步骤：
1)通信双方通过链路规划完成天线的粗对准：根据北斗上报的通信双方经纬度，利用大地反算计算收发天线的初始方位角、通信距离，利用地图信息计算收发天线的初始俯仰角，所述利用地图信息计算收发天线的初始俯仰角参照国际电信联盟的标准号为itu-rp.2001-2012的标准进行，即频率范围为30mhz至50ghz的通用的宽范围地面传播模型；
2)收端天线方位角精对准：发端天线不动，收端天线在方位角的粗对准位置左右各扫描3个点，步进为0.5度，每个点信号采集时间不小于1秒钟，然后检查7个点中是否有异常值，如果有异常值则删除异常值，用正常数据去做拟合；如果拟合的曲线包含极大值则停止扫描；如果拟合的曲线不包含极大值，则天线在信号强度上升方向继续扫描1个点，检查新的数据是否为异常值，重复前述步骤，直到得到最佳方位角；上述过程中异常值检测可以采用聚类检测或者其他检测算法；
其中，多次散射通信试验证明在精对准扫描范围内信号功率pwr与天线方位角azi近似满足关系式pwr＝a*azi2+b*azi+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳方位角；数据拟合采用最小二乘方法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化；拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳方位角；
3)发端天线方位角精对准：具体步骤请参照步骤2)；
4)收端天线俯仰角精对准：发端天线不动，收端天线在俯仰角的粗对准位置上下各扫描3个点，步进为0.5度，每个点信号采集时间不小于1秒钟；然后检查7个点中是否有异常值，如果有异常值则删除异常值，同时判断信号功率是否出现拐点，如果没有出现拐点，则在信号强度上升方向继续扫描3个点，检查新的数据是否有异常值，重复前述步骤，直到信号功率的拐点出现，计算最佳俯仰角；
其中，多次散射通信试验证明天线俯仰角在最佳通信区域范围内信号功率pwr与天线俯仰角elev近似满足关系式pwr＝a*elev2+b*elev+c，所以可以用数据拟合的方法计算最佳俯仰角；数据拟合采用最小二乘方法，将观测值与基于模型函数计算出的数值之间的残差平方和最小化，拟合后如果a＜0则包含功率极大值，可以用一元二次方程的极值公式得到最佳俯仰角；
5)发端天线俯仰角精对准：具体步骤请参照步骤4)；以上皆由软件控制，使天线完成自动对准。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本实施例中，所述的静中通窄波束天线的快速自动对准方法在天线对准中的应用。
对比例1
散射通信系统中天线对准中借助于仪器并基于方位、俯仰二维扫描的人工对准方法。
通过采用实施例1-2中的方法与对比例1的方法分别进行天线对准，可以发现本发明通过方位角、俯仰角的一维扫描方式，减少了扫描点数，大大缩短了系统的开通时间，提供了一种静中通窄波束天线的快速自动对准方法，本发明可用于恒参信道及衰落信道，不受信道特性的影响，在天线对准过程中即使某条散射路径有大干扰信号或者强反射信号出现，该方法也能找到真正的最佳散射区域。
本发明有益效果是，本发明通过利用实际信道的特征并结合天线方向图来利用数据分析及相关算法进行天线自动对准，解决了散射通信系统开通过程中天线对准时间长、数据存储量大、天线指向偏离最佳散射区域的问题；通过方位角、俯仰角的一维扫描方式，减少了扫描点数，大大缩短了系统的开通时间；通过利用数据分析及相关算法，通过软件方案解决问题，而且系统开通过程中能够快速完成天线对准，且不受衰落信道、干扰体或者干扰信号的影响，可应用于散射通信系统及其他系统中的天线对准；本发明可用于恒参信道及衰落信道，不受信道特性的影响，在天线对准过程中即使某条散射路径有大干扰信号或者强反射信号出现，该方法也能找到真正的最佳散射区域。
需要进一步说明的是，天线方位角扫描完成后计算最佳方位角时，可根据实际系统及信道特点采用数据内插的方法、数据拟合的方法或者其他方法；天线俯仰角扫描完成后计算最佳俯仰角时，可根据实际系统及信道特点采用数据内插的方法、数据拟合的方法或者其他方法；天线方位角精对准时，可根据实际系统及信道的特点调整天线在每个点的信号采集时间、天线的步进及扫描范围；天线俯仰角精对准时，可根据实际系统、通信距离及信道的特点调整天线在每个点的信号采集时间、天线的步进及扫描范围。
需要再进一步说明的是，收发天线的精对准先后顺序可以调整。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。