波束在天线座倾斜状态下精确指向目标的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天线座在倾斜状态下波束指向目标的控制方法，属于通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 在天线通信系统中，天线波束是否可以快速精确的指向目标是一个非常重要的问 题。天线波束指向的控制原理是通过信标接收机捕获目标的信标信号，然后读取与信标信 号强度成正比的直流电压，根据此直流电压值驱动天线伺服控制系统，完成天线波束指向 的控制。
[0003] 采用天线通信大多是在平地上进行的，现有的天线波束指向控制技术也是基于平 地上的天线控制，而结合实际应用，我们很容易会发现这里会存在一个问题：在需要紧急通 信的情况下，若地势不平坦，还是按照平地上的波束指向控制方法进行自动跟踪，很难快速 跟踪到目标信号，甚至跟踪不到目标信号或者出现误跟踪等情况。为了解决以上问题，需要 在天线平地波束指向的控制方法中引入判断天线姿态的思想。通过判断天线的姿态，引入 天线在向左倾斜状态下波束指向的控制方法和向右倾斜状态下波束指向的控制方法，从而 达到快速有效控制的效果。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明针对上述现有的天线座波束指向控制方法的不足，提出了一种 可以判断天线姿态，从而分别调用不同倾斜状态下的波束指向控制方法，对场地要求大大 降低、方便天线系统的搭建和移动，提高了搜索效率，可以实现稳定的目标跟踪。
[0005] 技术方案：现有的波束指向控制方法是基于平地状态下的控制方法，而这种方法 在实际应用中会遇到问题，在地势不平坦情况下很难快速跟踪到目标甚至跟踪不到或出现 误跟踪的情况。为了解决这一问题，本发明在平地波束指向的控制机制基础上引入判断天 线姿态的思想，通过判断天线姿态，分情况进行波束指向的控制。若天线座在水平状态下， 采用现有的螺旋式跟踪方法；若天线座在向左倾斜状态下，采用向左倾斜状态下的螺旋式 跟踪方法，假如向右倾斜，采用向右倾斜状态下的螺旋式跟踪方法。这是本发明的第一个发 明点。倾斜状态不会改变天线的方位和极化角，只会改变天线的俯仰角，本发明计算出了在 倾斜状态下的俯仰角度，对天线的俯仰角度进行了修正，简化了天线波束指向的控制，这是 本发明的第二个发明点。
[0006] 本发明的波束在天线座倾斜状态下精确指向目标的控制方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、系统进行初始化，检测倾斜仪、信标接收机、GPS、限位器和极化电位器的 状态；
[0008] 步骤二、天线座控制天线走到设定好的限位位置，并以此位置作为方位、俯仰运行 角度的参考点；
[0009] 步骤三、读取GPS数据获得天线座所在位置的经炜度信息，从数据库中获取波束 指向目标的经炜度，读取倾斜仪数据获得天线座与水平面间的夹角，设置极化方式和信标 频率；
[0010] 步骤四、根据天线的经炜度和波束所指向目标的经炜度，计算天线对准目标的理 论方位、俯仰和极化角度，转动天线至理论方位、俯仰和极化角度，根据读取的倾斜仪数据 判断天线姿态，若天线座在水平状态下，直接进入步骤五；否则根据以下公式确定天线当前 位置的实际俯仰角，并根据所述实际俯仰角与理论俯仰角的差值，转动天线至天线当前位 置与水平面的夹角等于理论俯仰角后进入步骤五：
[0011]
【主权项】
1. 一种波束在天线座倾斜状态下精确指向目标的控制方法，其特征在于，该方法包括 以下步骤： 步骤一、系统进行初始化，检测倾斜仪、信标接收机、GPS、限位器和极化电位器的状 态； 步骤二、天线座控制天线走到设定好的限位位置，并以此位置作为方位、俯仰运行角度 的参考点； 步骤三、读取GPS数据获得天线座所在位置的经炜度信息，从数据库中获取波束指 向目标的经炜度，读取倾斜仪数据获得天线座与水平面间的夹角，设置极化方式和信标频 率； 步骤四、根据天线的经炜度和波束所指向目标的经炜度，计算天线对准目标的理论方 位、俯仰和极化角度，转动天线至理论方位、俯仰和极化角度，根据读取的倾斜仪数据判断 天线姿态，若天线座在水平状态下，直接进入步骤五；否则根据以下公式确定天线当前位置 的实际俯仰角，并根据所述实际俯仰角与理论俯仰角的差值，转动天线至天线当前位置与 水平面的夹角等于理论俯仰角后讲入步骤石：
其中，Φ:为天线的实际俯仰角，α为倾斜仪感应轴与天线轴的夹角，γ为倾斜仪读出的 横滚角，β为倾斜仪读出的俯仰角； 步骤五、进行目标信号的搜索：天线在理论位置的左右α角度、上下β角度范围内匀 速转动，信标接收机不断采集目标信号电平，直至接收机采集到的信号电平大于设定的门 限值时，说明已经搜索到目标，进入步骤六； 步骤六、通过倾斜仪获得天线姿态，若在水平姿态下，则直接进行现有的螺旋式跟踪， 否则，采用以下改进的螺旋式跟踪方法进行跟踪：判断天线姿态，若天线座处于左倾斜状 态，则采用左倾斜状态下的螺旋式跟踪方法，即按照左上右下的顺时针顺序进行跟踪，若处 于右倾斜状态，则采用右倾斜状态下的螺旋式跟踪方法，即按照左下右上的逆时针顺序进 行跟踪。
2. 根据权利要求1所述的波束在天线座倾斜状态下精确指向目标的控制方法，其特征 在于，所述步骤五中α的取值范围为：〇< α <30°，β的取值范围为：0< β <5°。
3. 根据权利要求1或2所述的波束在天线座倾斜状态下精确指向目标的控制方法，其 特征在于，所述步骤五中的门限值根据以下公式确定： Threshold = AGCNoise+Thred*0. 9， 其中，AGCNoise为采集的背景噪声最大值，所述背景噪声是天线偏离目标时采集某个 频段的能量值，Thred为参数设置的门限。
【专利摘要】本发明提出了一种波束在天线座倾斜状态下精确指向目标的控制方法，包括在倾斜状态下实现初始化、搜索和跟踪过程。初始化过程包括系统自检、参数设置。搜索过程包括天线走理论位置、修正天线俯仰角度以及天线在此位置附近搜索目标信号。跟踪过程采用改进的螺旋式跟踪方法，即在地势不平坦或天线座被移动的情况下也可以控制天线波束精确指向目标的方法。现有技术仅能实现水平状态下的快速瞄准和跟踪目标，在实际应用过程中存在一定的局限性。本发明提出了一种可以在倾斜状态下进行波束精确指向的控制方法，这种方法对场地的要求大大降低且对目标的搜索更加精确。
【IPC分类】H01Q3-02, H01Q21-00
【公开号】CN104538745
【申请号】CN201410753862
【发明人】樊娜, 余亚飞, 万冰, 谢继东
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月10日