一种相控阵天线的控制方法、装置和系统与流程

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种相控阵天线的控制方法和装置。

背景技术：

相控阵技术，早在20世纪30年代后期就已经出现。相控阵雷达是20世纪60年代发展起来的一种电扫描式雷达，改进了之前的机械扫描式雷达。

相控阵天线的发展以相控阵雷达为基础，相控阵天线最大的优点是能够智能的实现大空域内的波束扫描，增益也较大，能够对观察范围内的目标进行准确跟踪、识别，并且能同时跟踪多个目标的动态，反馈信息，进行计算机的分析。并且，相控阵天线可以在设定的空域内获取目标信息，根据目标，快速灵活地改变天线波束和指向形状，能够对整个空间内的各频段电磁波进行发送和接收，这是相控阵天线的空域滤波功能，即可对多个目标实现搜索、跟踪、捕获、识别等任务的精确完成。

技术实现要素：

经研究发现，相控阵天线会受到环境因素的影响，而发生一定变化，如信号发射源的运动或相控阵天线本身运动导致，从而导致通信质量下降，不能满足线代通信的需要。因此，需要一种能解决上述问题的相控阵天线的控制方法。

因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种相控阵天线的控制方法，以提高相控阵天线控制的智能化，提高通信质量。

为了实现上述目的，提供为了实现上述目的，提供一种相控阵天线的控制方法，所述方法包括：

获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，其中，所述天线数据表包括多组相位参数；

针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度；

根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；

对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。

可选的，所述针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度，包括：

针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数，确定所述相控阵天线对应的旋转角度；

根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的波束；

根据该组相位参数对应的波束，确定该组相位参数对应的信号强度。

可选的，所述旋转角包括z轴的旋转角度、x轴的旋转角度和y轴的旋转角度，所述信号发射源的位置信息包括所述信号发射源的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

可选的，所述根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的波束，包括：

根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定波束指向角θ和波束相位角φ；

根据所述波束指向角θ和所述波束相位角φ，确定该组相位参数对应的波束。

可选的，所述根据该组相位参数对应的波束，确定该组相位参数对应的信号强度，包括：

将所述相控阵天线的波束调整为该组相位参数对应的波束；

检测所述相控阵天线对应的信号强度，并将所述信号强度作为该组相位参数对应的信号强度。

可选的，对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件，包括：

检测所述目标波束在第一时刻的信号强度；

若所述目标波束在第一时刻的信号强度与目标相位参数对应的信号强度的差值不满足预设条件，则确定所述目标波束对应的相邻波束；

确定所述相邻波束对应的信号强度；

若所述相邻波束对应的信号强度大于所述目标波束在第一时刻的信号强度，则将所述相邻波束作为目标波束，并继续执行所述确定所述目标波束对应的相邻波束的步骤，直至所述相邻波束的信号强度等于或小于所述目标波束的信号强度。

可选的，所述相邻波束所指向的区域与所述目标波束所指向的区域相邻。

可选的，相位参数包括：偏航角、仰俯角和翻滚角。

本发明还提供一种相控阵天线的控制装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，其中，所述天线数据表包括多组相位参数；

确定单元，用于针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度；

调整单元，用于根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；

跟踪单元，用于对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。

可选的，所述确定单元，具体用于：

针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数，确定所述相控阵天线对应的旋转角度；

根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的波束；

根据该组相位参数对应的波束，确定该组相位参数对应的信号强度。

可选的，所述旋转角包括z轴的旋转角度、x轴的旋转角度和y轴的旋转角度，所述信号发射源的位置信息包括所述信号发射源的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

可选的，所述确定单元，还具体用于：

根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定波束指向角θ和波束相位角φ；

根据所述波束指向角θ和所述波束相位角φ，确定该组相位参数对应的波束。

可选的，所述确定单元，还具体用于：

将所述相控阵天线的波束调整为该组相位参数对应的波束；

检测所述相控阵天线对应的信号强度，并将所述信号强度作为该组相位参数对应的信号强度。

可选的，所述跟踪单元，具体用于：

检测所述目标波束在第一时刻的信号强度；

若所述目标波束在第一时刻的信号强度与目标相位参数对应的信号强度的差值不满足预设条件，则确定所述目标波束对应的相邻波束；

确定所述相邻波束对应的信号强度；

若所述相邻波束对应的信号强度大于所述目标波束在第一时刻的信号强度，则将所述相邻波束作为目标波束，并继续执行所述确定所述目标波束对应的相邻波束的步骤，直至所述相邻波束的信号强度等于或小于所述目标波束的信号强度。

可选的，所述相邻波束所指向的区域与所述目标波束所指向的区域相邻。

可选的，相位参数包括：偏航角、仰俯角和翻滚角。

本发明还提供一种相控阵天线的控制系统，所述系统包括：处理器、存储模块、惯性导航模块、数据传输模块、现场可编程逻辑门阵列(fpga)、信号强度检测模块、相控阵天线；

所述处理器与所述存储模块连接，所述处理器用于获取所述存储模块存储的所述相控阵天线对应的天线数据表；

所述处理器与所述惯性导航模块连接，所述处理器用于获取所述惯性导航模块采集的所述相控阵天线的当前相位参数；

所述处理器与所述数据传输模块连接，所述处理器用于获取所述数据传输模块采集的所述信号发射源的位置信息；

所述信号强度检测模块与所述处理器连接，所述信号强度检测模块用于针对每一组相位参数，采集该组相位参数对应的信号强度；

所述处理器，用于根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数；

所述fpga与所述处理器连接，所述fpga用于获取所述目标相位参数，并调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；

所述处理器，还用于对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。

与现有技术相比，本发明的一种相控阵天线的控制方法，本发明主要通过获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，其中，所述天线数据表包括多组相位参数；并确定每组相位参数对应的信号强度，以及根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。这样，本发明可以通过惯性导航模块采集到的相控阵天线的当前相位参数对相控阵天线的波束进行调整，以保证波束能够恒定指向信号发射源，以及，无论是相控阵天线的姿态发生变化，还是信号发射源发生移动，均可以根据信号强度对目标波束进行跟踪处理，保证相控阵天线的波束跟踪信号发射源，从而使得相控阵天线的波束能够恒定指向发射源，并且保持信号强度最大。

附图说明

图1为本发明的相控阵天线的控制系统的一种系统结构示意图；

图2为本发明的相控阵天线的控制方法的一种方法流程示意图；

图3为本发明的相控阵天线的控制装置的一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

由于相控阵天线会受到环境因素的影响，而发生一定变化，从而导致通信质量下降，不能满足线代通信的需要。因此，需要一种能解决上述问题的相控阵天线的控制方法。

为了解决上述问题。本发明提供了一种相控阵天线的控制方法，本发明主要通过获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，其中，所述天线数据表包括多组相位参数；并确定每组相位参数对应的信号强度，以及根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。这样，本发明可以通过惯性导航模块采集到的相控阵天线的当前相位参数对相控阵天线的波束进行调整，以保证波束能够恒定指向某一区域，以及，无论是相控阵天线的姿态发生变化，还是信号发射源发生移动，均可以根据信号强度对目标波束进行跟踪处理，保证相控阵天线的波束跟踪信号发射源，从而使得相控阵天线的波束能够恒定指向发射源，并且保持信号强度最大。

针对本发明提供的方法，提供了一种相控阵天线的控制系统。即本方法可以应用到该控制系统中，如图1所示，所述系统包括：处理器(即mcu)、存储模块(即flash)、惯性导航模块(即惯导模块)、数据传输模块、现场可编程逻辑门阵列(即fpga)、信号强度检测模块(即rssi)、相控阵天线。

所述处理器与所述存储模块连接，例如所述处理器与所述存储模块可通过串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)连接，所述处理器用于获取所述存储模块存储的所述相控阵天线对应的天线数据表；所述处理器与所述惯性导航系统连接，例如所述处理器与所述惯性导航系统通过通用异步收发传输器(uart，universalasynchronousreceiver/transmitter)连接，所述处理器用于获取所述惯性导航系统采集的所述相控阵天线的当前相位参数；所述处理器与所述数据传输模块连接，所述处理器用于获取所述数据传输模块采集的所述信号发射源的位置信息，其中，所述数据传输模块可以设置在信号发射源上；所述信号强度检测模块与所述处理器连接，例如所述信号强度检测模块与所述处理器通过adc连接，所述信号强度检测模块用于针对每一组相位参数，采集该组相位参数对应的信号强度；所述处理器，还用于根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数；所述fpga与所述处理器连接，例如所述fpga与所述处理器通过spi连接，所述fpga用于获取所述目标相位参数，并调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；所述处理器，还用于对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。需要强调的是，处理器还可以与上位机通信，上报当前天线的状态。

需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本申请而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。

下面结合附图，详细说明本发明的各种非限制性实施方式。

参见图2，示出了本发明实施例中的一种相控阵天线的控制方法。在本实施例中，所述方法例如可以包括以下步骤：

s201：获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息。

在本实施例中，天线数据表可以包括多组相位参数，其中，每组相位参数可以包括：偏航角、仰俯角和翻滚角。需要说明的是，相控阵天线对应的天线数据表可以是预先设置的，天线数据表指的是天线的相位表，其用于调整相控阵天线波束的方向，例如，天线数据表中的每组相位参数与相控阵天线指向信号发射源时的波束对应，即每组相位参数为相控阵天线指向信号发射源时信号强度最大的波束的相位参数，可以理解为相控阵天线指向信号发射源时的波束的初始姿态对应的相位参数。

相控阵天线的当前相位参数可以理解为相控阵天线指向信号发射源一段时间后某一时刻下的相位参数。其中，由于相控阵天线的位置可能会发生变化，故相控阵天线的当前相位参数可能会与天线数据表中对应的一组相位参数有所不同，相应地，当前相位参数的信号强度与该组相位参数的信号强度相比，可能会有所降低。

信号发射源的位置信息可以理解为在相控阵天线对应的直角坐标系下的位置，例如可以包括x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

作为一种示例，假设处理器为微控制单元(mcu)时，可以先将mcu上电，接着进行初始化，比如可以包括设置时钟和配置片上资源；然后，可以等待串口指令。如果接收到指令要求进行flash烧写，则进入flash烧写状态直到所有天线数据表烧录完成。接着，回到等待指令状态。以便后续，如果收到搜索指令，则进入搜索态，如果搜索成功则进入跟踪态，如果搜索失败则退回等待状态并报错。在跟踪态时，如果跟丢目标，则重新搜索，进入搜索态，这部分将在后面进行具体介绍。需要强调的是，如果收到搜索指令，则可以获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息。

s202：针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度；

在进入到搜索态时，可以先针对天线数据表中每一组相位参数，分别根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度。例如，假设天线数据表中包括a组相位参数和b组相位参数，则可以根据a组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定a组相位参数对应的信号强度，以及，根据b组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定b组相位参数对应的信号强度。

接下来，具体介绍根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度的方式。作为一种示例，可以包括以下步骤：

步骤a：针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数，确定所述相控阵天线对应的旋转角度。

其中，所述旋转角包括z轴的旋转角度、x轴的旋转角度和y轴的旋转角度，所述信号发射源的位置信息包括所述信号发射源的x轴坐标、y轴坐标和z轴。例如相控阵天线对应的z轴的旋转角度α为该组相位参数中z轴坐标到相控阵天线的当前相位参数中z轴坐标所需要旋转的旋转角度；相控阵天线对应的x轴的旋转角度β为该组相位参数中x轴坐标到相控阵天线的当前相位参数中x轴坐标所需要旋转的旋转角度；相控阵天线对应的y轴的旋转角度γ为该组相位参数中y轴坐标到相控阵天线的当前相位参数中y轴坐标所需要旋转的旋转角度。其中，相控阵天线所在坐标系每个轴的旋转顺序可以通过惯性导航系统得到，比如参考enu东北天坐标系，旋转顺序为z轴、x轴和y轴)。旋转角度通过相控阵天线当前时刻位置和预存的基准位置计算得到。

步骤b：根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的波束；

具体地，可以先根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定波束指向角θ和波束相位角φ。例如，假设信号发射源的位置信息为(x，y，z)，相控阵天线对应的z轴的旋转角度为α，相控阵天线对应的x轴的旋转角度为β，相控阵天线对应的y轴的旋转角度为γ；

可以先进行z轴旋转，即x1＝x*cosα-y*sinaα，y1＝x*sinα+y*cosaα，z1＝z；然后进行x轴转换，y2＝y1*cosβ-z1*sinaβ，z2＝y1*sinβ+z1*cosaβ，x2＝x1；接着y轴转换，x3＝x2*cosγ+z3*sinaγ，z3＝-x2*sinγ+z2*cosγ，y3＝y2；其中，波束指向角θ＝arccos(z3/r)，波束相位角φ＝arctan(y3/x3)，其中，r²＝x3²+y3²+z3²。

接着，可以根据所述波束指向角和所述波束相位角，确定该组相位参数对应的波束。即，可以将所述波束指向角和所述波束相位角作为该组相位参数对应的波束。

步骤c：根据该组相位参数对应的波束，确定该组相位参数对应的信号强度。

具体地，可以先通过fpga将所述相控阵天线的波束调整为该组相位参数对应的波束；接着，检测所述相控阵天线的波束为该组相位参数对应的波束时所对应的信号强度，并将所述信号强度作为该组相位参数对应的信号强度。

s203：根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束。

在获取到天线数据表中各组相位参数各自分别对应的信号强度后，可以确定信号强度最大的一组相位参数，并将该组相位参数称之为目标相位参数。接着，可以通过fpga根据目标相位参数对应的目标波束调整相控阵天线对应的波束，即将相控阵天线对应的波束调整为目标相位参数对应的目标波束。

s204：对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。

在本实施例中，可以先检测所述目标波束在第一时刻的信号强度，即先检测相控阵天线的波束为目标波束时在第一时刻下的信号强度。若所述目标波束在第一时刻的信号强度与目标相位参数对应的信号强度的差值不满足预设条件，则确定所述目标波束对应的相邻波束；作为一种示例，若所述目标波束在第一时刻的信号强度与目标相位参数对应的信号强度的差值不在预设范围内，比如所述目标波束在第一时刻的信号强度与目标相位参数对应的信号强度的差值不小于3dbm，说明信号发射源的位置发生了变化，需要跟踪所述信号发射源，则可以确定所述目标波束对应的相邻波束。

其中，所述相邻波束所指向的区域与所述目标波束所指向的区域相邻。例如，目标波束所指向的区域为a区域，b区域、c区域均与a区域相邻，则可以将b区域对应的波束和c区域对应的波束均确定为目标波束对应的相邻波束。

说要说明的是，在一种实现方式中，可以确定目标波束对应的八个相邻波束，其中，这八个相邻波束各自分别所指向的区域以及所述目标波束所指向的区域为相邻关系。

确定目标波束对应的相邻波束之后，可以分别确定各个相邻波束各自分别对应的信号强度。然后，分别判断各个相邻波束与所述目标波束在第一时刻的信号强度之间的大小关系，若所述相邻波束对应的信号强度大于所述目标波束在第一时刻的信号强度，说明相邻波束所指向的区域为信号发射源所在处的可能性比目标波束的可能性更大，则可以将所述相邻波束作为目标波束，并继续执行所述确定所述目标波束对应的相邻波束的步骤，直至所述相邻波束的信号强度等于或小于所述目标波束的信号强度，需要说明的是，假设有至少两个相邻波束对应的信号强度大于所述目标波束在第一时刻的信号强度，则可以将所述至少两个相邻波束中信号强度最大的相邻波束作为目标波束，并继续判断各个相邻波束与所述目标波束在第一时刻的信号强度之间的大小关系，直至目标波束的信号强度大于或等于其对应的相邻波束的信号强度。若所述相邻波束对应的信号强度均小于或等于所述目标波束的信号强度，说明目标波束所指向的区域为信号发射源所在之处，即完成对信号发射源的跟踪。

与现有技术相比，本发明的一种相控阵天线的控制方法，本发明主要通过获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，其中，所述天线数据表包括多组相位参数；并确定每组相位参数对应的信号强度，以及根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。这样，本发明可以通过惯导模块采集到的相控阵天线的当前相位参数对相控阵天线的波束进行调整，以保证波束能够恒定指向某一区域，以及，无论是相控阵天线的姿态发生变化，还是信号发射源发生移动，均可以根据信号强度对目标波束进行跟踪处理，保证相控阵天线的波束跟踪信号发射源，从而使得相控阵天线的波束能够恒定指向发射源，并且保持信号强度最大。

如图3所示，为本发明所述相控阵天线的控制的一个具体实施例。本实施例所述装置，即用于执行上述实施例所述方法的实体装置。其技术方案本质上与上述实施例一致，上述实施例中的相应描述同样适用于本实施例中。本实施例中所述装置包括：

获取单元301，用于获取相控阵天线对应的天线数据表、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，其中，所述天线数据表包括多组相位参数；

确定单元302，用于针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数以及信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的信号强度；

调整单元303，用于根据所述多组相位参数中信号强度最大的目标相位参数，调整所述相控阵天线的波束为所述目标相位参数对应的目标波束；

跟踪单元304，用于对所述目标波束进行跟踪处理，直至所述目标波束满足预设条件。

可选的，所述确定单元302，具体用于：

针对每一组相位参数，根据该组相位参数、所述相控阵天线的当前相位参数，确定所述相控阵天线对应的旋转角度；

根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定该组相位参数对应的波束；

根据该组相位参数对应的波束，确定该组相位参数对应的信号强度。

可选的，所述旋转角包括z轴的旋转角度、x轴的旋转角度和y轴的旋转角度，所述信号发射源的位置信息包括所述信号发射源的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

可选的，所述确定单元302，还具体用于：

根据所述旋转角度和所述信号发射源的位置信息，确定波束指向角θ和波束相位角φ；

根据所述波束指向角θ和所述波束相位角φ，确定该组相位参数对应的波束。

可选的，所述确定单元302，还具体用于：

将所述相控阵天线的波束调整为该组相位参数对应的波束；

检测所述相控阵天线对应的信号强度，并将所述信号强度作为该组相位参数对应的信号强度。

可选的，所述跟踪单元304，具体用于：

检测所述目标波束在第一时刻的信号强度；

若所述目标波束在第一时刻的信号强度与目标相位参数对应的信号强度的差值不满足预设条件，则确定所述目标波束对应的相邻波束；

确定所述相邻波束对应的信号强度；

若所述相邻波束对应的信号强度大于所述目标波束在第一时刻的信号强度，则将所述相邻波束作为目标波束，并继续执行所述确定所述目标波束对应的相邻波束的步骤，直至所述相邻波束的信号强度等于或小于所述目标波束的信号强度。

可选的，所述相邻波束所指向的区域与所述目标波束所指向的区域相邻。

可选的，相位参数包括：偏航角、仰俯角和翻滚角。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或软件和硬件相结合的形式。

本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。