本发明涉及相控阵天线技术领域,具体而言,涉及一种相控阵天线极化跟踪方法、装置和电子设备。
背景技术:
相控阵天线对卫星的波束跟踪包括波束指向跟踪与极化跟踪。其中,极化跟踪用以保证相控阵天线的极化与卫星的极化实时匹配。
目前,理论与实践均证明如果天线的极化与卫星的极化不匹配会对通信质量产生严重的影响,甚至造成通信的暂时中断,因此,亟需一种相控阵天线极化跟踪方法,以实现天线的极化与卫星的极化实时匹配。
技术实现要素:
基于上述研究,本发明提供了一种相控阵天线极化跟踪方法、装置、和电子设备,以改善上述问题。
本发明的实施例可以这样实现:
第一方面,本发明实施例提供一种相控阵天线极化跟踪方法,所述方法包括:
获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据;
根据所述性能测试参数以及所述信号能量变化数据,得到所述待测天线的极化角度;
根据所述极化角度,将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配。
在可选的实施方式中,所述信号能量变化数据表征所述相控阵天线左右旋在不同相位差接收到的待测天线的信号的主极化能量;所述性能测试参数包括所述相控阵天线的左旋增益的幅度、右旋增益的幅度、交叉极化增益、极化椭圆的倾角值以及所述相控阵天线的初始相位;
所述根据所述测试参数以及所述信号能量变化数据,得到所述待测天线的极化角度的步骤包括:
根据所述测试参数以及所述信号能量变化数据,通过以下公式计算得到所述待测天线的极化角度:
其中,
在可选的实施方式中,所述根据所述极化角度,将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
根据所述极化角度,按照设定条件,调整所述相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配。
在可选的实施方式中,所述设定条件包括主极化最大的极化跟踪,所述根据所述极化角度,按照设定条件,调整所述相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
根据所述极化角度,通过以下公式计算得到所述相控阵天线的目标相位差:
得到:
其中,
根据所述目标相位差调整所述相控阵天线的左旋和右旋的相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配。
在可选的实施方式中,所述设定条件包括交叉极化最小的极化跟踪,所述根据所述极化角度,按照设定条件,调整所述相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
计算所述相控阵天线接收到的所述待测天线的信号的交叉极化能量;
根据所述极化角度以及所述交叉极化能量计算得到所述相控阵天线的左旋和右旋的目标幅度调节系数以及目标相位差;
根据所述目标幅度调节系数和所述目标相位差,调整所述相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配。
在可选的实施方式中,所述根据所述极化角度以及所述交叉极化能量计算得到所述相控阵天线的左旋和右旋的目标幅度调节系数以及目标相位差的步骤包括:
根据所述极化角度以及所述交叉极化能量,通过以下公式计算得到所述相控阵天线的左旋和右旋的目标幅度调节系数以及目标相位差:
得到:
其中,
在可选的实施方式中,所述设定条件包括均衡极化跟踪,所述根据所述极化角度,按照设定条件,调整所述相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
计算所述相控阵天线接收到的所述待测天线的信号的交叉极化能量;
根据设定的加权系数、所述信号的主极化能量以及所述信号的交叉极化能量,得到权衡能量;
根据权衡能量以及所述极化角度,通过以下公式计算得到所述相控阵天线的左旋和右旋的目标幅度调节系数以及目标相位差:
其中,
根据所述目标幅度调节系数和所述目标相位差,调整所述相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配。
第二方面,本发明实施例提供一种相控阵天线极化跟踪装置,所述装置包括数据获取模块、角度计算模块以及极化跟踪模块;
所述数据获取模块用于获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据;
所述角度计算模块用于根据所述性能测试参数以及所述信号能量变化数据,得到待测天线的极化角度;
所述极化跟踪模块用于根据所述极化角度,将所述相控阵天线的极化与所述待测天线的极化进行匹配。
第三方面,本发明实施例提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现前述实施方式任意一项所述的相控阵天线极化跟踪方法。
第四方面,本发明实施例提供一种可读存储介质,所述可读存储介质中存储有计算机程序,所述计算机程序被执行时实现前述实施方式任意一项所述的相控阵天线极化跟踪方法。
本发明实施例提供的相控阵天线极化跟踪方法、装置和电子设备,通过获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据,根据性能测试参数以及信号能量变化数据,得到待测天线的极化角度,在得到待测天线的极化角度后,根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配,如此,实现了相控阵天线的极化跟踪,跟踪精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例所提供的电子设备的一种方框示意图。
图2为本发明实施例所提供的相控阵天线极化跟踪方法的一种流程示意图。
图3为本发明实施例所提供的测试系统的一种结构示意图。
图4为本发明实施例所提供的随相位差变化测量得到的一种矢量图。
图5为本发明实施例所提供的随相位差变化测量得到的另一种矢量图。
图6为本发明实施例所提供的相控阵天线极化跟踪的一种曲线示意图。
图7为本发明实施例所提供的相控阵天线极化跟踪装置的一种方框示意图。
图标:1-测试系统;100-电子设备;10-相控阵天线极化跟踪装置;11-数据获取模块;12-角度计算模块;13-极化跟踪模块;20-存储器;30-处理器;40-通信单元;200-转动机构;300-测试设备。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。
相控阵天线对卫星的波束跟踪包括波束指向跟踪与极化跟踪。其中,极化跟踪用以保证相控阵天线的极化与卫星的极化实时匹配。目前,理论与实践均证明如果天线的极化与卫星的极化不匹配会对通信质量产生严重的影响,甚至造成通信的暂时中断,因此有必要对极化的匹配及跟踪进行研究,即研究如何调整天线的极化使之与卫星的极化相匹配。
极化跟踪包含开环与闭环两方面,开环状态需要获取天线初始极化状态,而闭环状态则需要在载体(如汽车、船体)运动过程中实时跟踪天线极化状态。本实施例所提供的相控阵天线极化跟踪方法、装置和电子设备,通过相控阵天线的测试参数、相控阵天线的多个相位差以及各相位差对应的信号能量,计算得到待测天线的极化角度,根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配,实现了相控阵天线的实时跟踪。
请参考图1,图1为本实施例所提供的电子设备100的一种方框示意图,在本实施例中,所述电子设备100可以是但不限于,单个物理服务器、一个由多个用于执行不同数据处理功能的物理服务器构成的服务器组。服务器组可以是集中式的,也可以是分布式的。
如图1所示,本实施例所提供的电子设备100包括相控阵天线极化跟踪装置10、存储器20、处理器30和通信单元40。
所述存储器20、处理器30及通信单元40各元件相互之间直接或间接地电性连接,以实现数据的传输或交互。例如,这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述相控阵天线极化跟踪装置10包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器20中或固化在所述电子设备100的操作系统(operatingsystem,os)中的软件功能模块。所述处理器30用于执行所述存储器20中存储的可执行模块,例如,所述可执行模块可以为所述相控阵天线极化跟踪装置10所包括的软件功能模块及计算机程序等。
所述存储器20可以是,但不限于,随机存取存储器(randomaccessmemory,ram),只读存储器(readonlymemory,rom),可编程只读存储器(programmableread-onlymemory,prom),可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory,eprom),电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory,eeprom)等。其中,存储器20用于存储程序或者数据。
所述处理器30可以是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。上述的处理器30可以是通用处理器,包括中央处理器(centralprocessingunit,cpu)、网络处理器(networkprocessor,np)等;还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述通信单元40用于通过网络建立所述电子设备100与其他电子设备100之间的通信连接,并用于通过所述网络收发数据。
可以理解,图1所示的结构仅为示意,所述电子设备100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件,或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
基于图1所示的实现架构,请结合参阅图2,图2为相控阵天线极化跟踪方法的流程示意图,由图1所示的电子设备100执行。下面对图2所示的流程示意图进行详细阐述。
步骤s10:获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据。
步骤s20:根据性能测试参数以及信号能量变化数据,得到待测天线的极化角度。
步骤s30:根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配。
本实施例提供的相控阵天线极化跟踪方法,通过获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据,根据性能测试参数以及信号能量变化数据,得到待测天线的极化角度,并根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配,如此,实现了相控阵天线的极化跟踪,跟踪精度高,灵敏度高。
可选的,在本实施例中,相控阵天线的性能测试参数可以通过对相控阵天线的信号进行性能测试得到。如图3所示,图3为本实施例所提供的相控阵天线的测试系统1的一种示意图,该测试系统1包括测试设备300、转动机构200以及图1中的电子设备100,其中,相控阵天线设置于转动机构200,用于通过信号传输实现与待测天线之间的通信;转动机构200用于带动相控阵天线进行运动;测试设备300用于对相控阵天线的信号进行性能测试,并将测试数据传输至电子设备100,从而使得电子设备100获取得到相控阵天线的性能测试参数。
其中,测试设备300可在某个频率
在本实施例中,信号能量变化数据表征相控阵天线在左右旋不同相位差接收到的待测天线的信号的主极化能量,也即信号能量变化数据包括相控阵天线的多个左右旋相位差以及各相位差对应的信号主极化能量。
信号能量变化数据可以通过电子设备改变相控阵天线的左旋和右旋的相位差获取得到,即通过改变相控阵天线的左旋和右旋的相位差,在不同的相位差下,获取得到相控阵天线接收到的待测天线的信号的主极化能量,进而得到相控阵天线的能量变化数据。可以理解地,相位差不同,信号的主极化能量不同。
可选的,相控阵天线的相位差可表示为
在本实施例中,信号的能量表征信号的幅度和相位,相控阵天线的左旋和右旋的相位差不同,接收到的待测天线的信号的幅度和相位亦不同。因此,信号能量变化数据也可以表征相控阵天线在不同相位差下接收到的待测天线的信号(主极化)的幅度以及相位。如图4和图5所示,图4中为随相位差变化测量得到的矢量变化图,图5为随相位差变化测量得到的矢量圆图,从图4和图5可知,随着相位差的变化,接收到的信号的幅度和相位也随之变化。
在获取得到相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据后,即可根据相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据计算出待测天线的极化角度。
可选的,根据测试参数以及信号能量变化数据,可以通过以下公式计算得到待测天线的极化角度:
其中,
在本实施例中,相控阵天线可以双圆极化天线,也可以是双线极化天线。待测天线,即待测卫星天线可以是线极化天线,也可以是圆极化天线。可选的,为了清楚描述本实施例所提供的相控阵天线极化跟踪方法,在本实施例中,相控阵天线为双圆极化,待测天线为线极化。
其中,待测天线的主极化表示为:
待测天线的交叉极化表示为:
其中,
相控阵天线表示为:
根据待测天线和相控阵天线的表示,则可以得到相控阵天线接收到待测天线的信号的信号能量表示为:
其中,
由于交叉极化主要考虑的是待测天线周围的天线的干扰影响,因此,本实施例根据信号的主极化能量计算待测天线的极化角度,即根据相位差以及相位差对应的信号主极化能量计算得到待测天线的极化角度。
可选的,可从信号能量变化数据中任意选取两个相位差
在得到
其中,
为了提高精确度,可以从信号能量变化数据中选取多个不同的相位差以及各相位差对应的信号主极化能量,然后通过最小二乘法拟合得到
在得到待测天线的极化角度
为了满足不同需求下相控阵天线的极化跟踪,实现相控阵天线最优极化跟踪,在本实施例中,根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
根据极化角度,按照设定条件,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配。
可选的,在本实施例中,设定条件可以是主极化最大的极化跟踪,当设定条件为主极化最大的极化跟踪时,根据极化角度,按照设定条件,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
根据极化角度,通过以下公式计算得到相控阵天线的目标相位差
得到:
其中,
根据目标相位差调整相控阵天线的左旋和右旋的相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配。
在计算得到
作为另一可选的实施方式中,在本实施例中,设定条件还可以是交叉极化最小的极化跟踪,当设定条件是交叉极化最小时,根据极化角度,按照设定条件,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
计算相控阵天线接收到的待测天线的信号的交叉极化能量。
根据极化角度以及交叉极化能量计算得到相控阵天线的左旋和右旋的目标幅度调节系数以及目标相位差。
根据目标幅度调节系数和目标相位差,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配。
其中,根据待测天线和相控阵天线的表达式,可以得到相控阵天线接收到待测天线的信号的交叉极化能量的表达式为:
根据交叉极化能量的表达式,即得到计算得到信号的交叉极化能量
在得到信号的交叉极化能量
得到:
其中,
而在得到目标幅度调节系数
在本实施例中,根据信号的交叉极化能量
在得到
而在计算出目标相位差
通过目标相位差
作为又一种可选的实施方式,在本实施例中,设定条件还可以均衡极化跟踪,当设定条件为均衡极化跟踪时,根据极化角度,按照设定条件,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配的步骤包括:
计算相控阵天线接收到的待测天线的信号的交叉极化能量。
根据设定的加权系数、信号的主极化能量以及信号的交叉极化能量,得到权衡能量。
根据权衡能量以及极化角度,通过以下公式计算得到相控阵天线的左旋和右旋的目标幅度调节系数以及目标相位差:
其中,
根据目标幅度调节系数和目标相位差,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,以将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配。
在本实施例中,均衡极化跟踪即表示相控阵天线在主极化和交叉极化加权的情况下,极化跟踪达到最优。均衡极化跟踪可通过对信号能量进行权衡实现,即
根据上述
其中,
在得到目标幅度调节系数以及目标相位差后,即可根据目标幅度调节系数和所述目标相位差,调整相控阵天线的左旋和右旋的幅度以及相位差,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配,实现相控阵天线的极化跟踪。如图6所示,图6为本实施例所提供的相控阵天线极化跟踪的一种曲线示意图,图6展示了随左右旋相位差变化测量得到的幅度。图6中,待测天线极化为20°,旁边干扰天线极化为110°,左旋交叉极化为-10db,右旋交叉极化为-20db,左右旋极化椭圆倾角都为0°,左右旋幅度比为0.8391。
可以理解地,本实施例所提供的设定条件不仅限于上述所述,其还可以根据具体的主极化和交叉极化要求而设定,例如,使交叉极化不小于0,则可通过函数
本实施例所提供的相控阵天线极化跟踪方法,只需要根据少数几个测试点(相位差)的信息即可计算得到极化角度,无需通过搜索进行极化跟踪,也无需遍历大量的测试点,跟踪响应快。
并且,本实施例所提供的相控阵天线极化跟踪方法,在计算极化角度的过程中考虑了相控阵天线的轴比或者交叉极化、极化间幅度不一致性等因素,相比传统方法,极化测量误差得到了修正,且避免了能量平坦最大点寻找不敏感的缺点,跟踪精度高,灵敏度高。
除此之外,本实施例所提供的相控阵天线极化跟踪方法,根据具体跟踪需求,通过调整相控阵天线的左右旋的幅度和相位即可实现相控阵天线的多种极化跟踪,最大化利用了相控阵天线的性能,有效提升了相控阵天线的跟踪性能。
在上述基础上,在一个实施例中,请结合参阅图7,提供了一种相控阵天线极化跟踪装置10,应用于电子设备100,相控阵天线极化跟踪装置10包括数据获取模块11、角度计算模块12以及极化跟踪模块13。
数据获取模块11用于获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据。
角度计算模块12用于根据所述性能测试参数以及所述信号能量变化数据,得到待测天线的极化角度。
极化跟踪模块13用于根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述装置的具体工作过程,可以参考前述方法中的对应过程,在此不再过多赘述。
在上述基础上,在一个实施例中,还提供了一种可读存储介质,可读存储介质中存储有计算机程序,计算机程序被执行时实现前述实施方式中所述的种相控阵天线极化跟踪方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述可读存储介质的具体工作过程,可以参考前述方法中的对应过程,在此不再过多赘述。
综上所述,本发明实施例提供的相控阵天线极化跟踪方法、装置和电子设备,通过获取相控阵天线的性能测试参数以及信号能量变化数据,根据性能测试参数以及信号能量变化数据,得到待测天线的极化角度,在得到待测天线的极化角度后,根据极化角度,将相控阵天线的极化与待测天线的极化进行匹配,如此,实现了相控阵天线的极化跟踪,跟踪精度高。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。