一种弱信号下的5G摄像头自适应调整结构的制作方法

一种弱信号下的5g摄像头自适应调整结构
技术领域
1.本实用新型属于终端通信领域，特别是涉及到一种弱信号下的5g摄像头自适应调整结构。


背景技术：

2.与前几代移动网络相比，5g网络的能力有飞跃发展。5g除了带来更极致的体验和更大的容量，还将开启物联网时代，并渗透进至各个行业。5g将结合大数据，云计算，人工智能等诸多创新技术，洞察未来，而终端就是5g技术与用户连接的载体，是5g产业链的重要一环。
3.5g终端产品种类丰富，涉猎行业广泛，越来越多的5g终端产品相继亮相，不止是智能手机，还包括应用5g技术的5g摄像头等等，但各种终端都离不开5g信号，5g信号的强弱对终端的功能影响非常大。
4.尤其是对于5g摄像头，如果安装在某些偏远区域或特殊地段，例如林场，5g信号非常弱，严重影响了5g摄像头的视频信号传输，使摄像头无法完成远程监控的功能。虽然现有技术中有使用定向天线提升5g摄像头和基站之间的通信距离的应用方案，但是定向天线需要正对着5g基站，安装好之后由于风吹或者其他原因，往往造成天线方向的转动，导致无法接受5g基站信号。


技术实现要素：

5.本实用新型提出一种弱信号下的5g摄像头自适应调整结构，为弱信号下的5g摄像头自适应调整提供必要的硬件架构支撑。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种弱信号下的5g摄像头自适应调整结构，包括5g摄像头和定向天线，所述5g摄像头与所述定向天线电性连接，通过定向天线提升5g摄像头和5g基站之间的通信距离；定向天线设有驱动装置，用于驱动定向天线转向；所述5g摄像头的摄像头cpu电性连接定向天线的驱动装置，控制驱动装置对定向天线的驱动动作；所述定向天线上固定设置水平传感器和地磁传感器，水平传感器和地磁传感器电性连接摄像头cpu。
8.进一步的，所述驱动装置包括控制定向天线水平旋转的水平步进电机和控制定向天线垂直旋转的垂直步进电机，所述水平步进电机和垂直步进电机电性连接所述摄像头cpu。
9.进一步的，所述5g摄像头设有太阳能电池板，所述太阳能电池板电性连接所述摄像头cpu，用于供电。
10.进一步的，所述5g摄像头设有天线位置记录按钮，所述天线位置记录按钮电性连接所述摄像头cpu，控制摄像头cpu记录定向天线上的水平传感器检测得到的数据和地磁传感器检测得到的数据。
11.进一步的，所述5g摄像头设有大flash本地内存，采用h.265视频流编码；所述大
flash本地内存电性连接所述摄像头cpu。
12.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
13.本实用新型为弱信号下的5g摄像头自适应调整提供必要的硬件架构支撑，为了实现“拓展5g摄像头在偏远地区的应用、减少人工成本，大幅降低无人区的视频监控运营成本、降低5g基站网优的工作量，提升5g基站的利用率”的功能提供必要的硬件架构支撑。
附图说明
14.图1是本实用新型实施例所述的定向天线的结构示意图；
15.图2是本实用新型实施例所述的5g摄像头示意图；
16.图3是本使用新型实施例所述的电路原理示意图；
17.其中：
18.1、5g摄像头；2、八木天线；3、水平传感器；4、地磁传感器；5、底座；
19.6、水平步进电机；7、垂直步进电机；8、减速箱；9、天线位置记录按钮。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.为使本实用新型专利的目的、特征更明显易懂，下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型专利实施例的目的。
22.本实施例以某林场需要安装5g摄像头进行远程监控作为实施例，林场的5g信号非常弱，普通的5g摄像头无法连接5g基站，不能实现远程摄像头监控的功能。
23.因此，本实施例中，首先使用设有太阳能电池板的5g摄像头1，5g摄像头1外观如图2所示，5g摄像头1的电路原理结构如图3所示，采用太阳能电池板供电，可以避免拉长距离电线、光纤和网线连接，极大降低的监控成本。另外，由于5g无线网络资源的有限性和5g流量的费用较高，如果摄像头数量过多，会导致5g基站网络阻塞，充分考虑实际应用场景，使用大flash本地内存电性连接摄像头cpu，同时仅使用移动侦测技术，即有物体移动，才开始存储录像，另外采用h.265视频流编码，帧率降低到15帧。等待每天5g基站使用量较小时(例如每天凌晨时开始上传flash中存储的数据到云端服务器)，避免对普通用户使用5g网络造成影响。
24.5g摄像头供电，采用太阳能电池板供电，太阳能电池板电性连接摄像头cpu，使整个5g摄像头不再拉线，极大降低了对基础设施的依赖，降低摄像头监控项目的成本。
25.定向天线可以大大提升5g终端和基站之间的通信距离，因此本实施例中还使用了定向天线，定向天线电性连接摄像头cpu。定向天线采用低成本八木天线2，八木天线2的3db波瓣夹角水平7
°
，垂直7
°
，(还可以采用价格较高的抛物面天线和角反射天线)；八木天线2安装时，安装人员会根据实际情况，垂直安装或者水平安装，所以天线极化方向是0/90度角度设计；采用步进电机作为摄像头端的八木天线2的驱动装置，本实施例中，八木天线2安装在带2个步进电机的底座5上，如图1所示，底座5的水平步进电机6通过减速箱8控制八木天线2水平角度的转向，垂直步进电机7控制八木天线2垂直角度的转向。
26.在八木天线2上还固定设置水平传感器3负责检测定向天线2的垂直角度；并增加地磁传感器4负责检测定向天线2的左右角度。水平传感器3和地磁传感器4电性连接摄像头cpu，将八木天线2与地球经线的夹角α和与水平线的夹角θ的数据传给摄像头的cpu芯片，并保存。安装5g摄像头时，人为手工调整天线朝向5g基站位置，对准5g基站后，手工按5g摄像头1的天线位置记录按钮9，天线位置记录按钮9电性连接摄像头cpu记录该状态时天线的水平传感器3和地磁传感器4的一组数据。有多少基站，就调整多少次并按5g摄像头1上的天线位置记录按钮9记录每个5g基站的大概方向。
27.由水平步进电机6和垂直步进电机7带动八木天线2水平旋转和垂直旋转，调整八木天线的信号发射方向，使天线自动调整并对准5g基站。根据实际测试，一般5g摄像头天线安装人员手工调整天线对准5g基站时，方向误差一般在
±5°
以内。因此，5g摄像头天线在摄像头cpu记录的天线方位上上下左右各5
°
范围内再详细搜索，考虑到无线传输路径上由于多径，湿度等等环境和天气的影响，系统自适应的调整，寻找到最强信号方向。
28.上述结构即是本实用新型所提出的5g摄像头自适应调整结构，为5g摄像头在弱信号下的自适应调整提供了必要的硬件支撑。
29.下面简单介绍一下基于本实用新型的硬件结构能够实现的寻找5g信号强度最大方向的方法，该方法如下：
30.该方法使用了半随机梯度算法，普通的随机梯度算法虽然能够缓慢寻找方向，但在实验中发现了一种更优的随机梯度算法。由于定向天线调整只能左右，上下各走一个步长，相当于xy坐标系上走0，90,180和270度四种方向，相对于传统的随机梯度算法，方向选择是有限制的，因此相当于半随机梯度算法。
31.半随机梯度算法最小步长的选取与天线的发射角度相关，本实施例中垂直方向和水平方向上3db波瓣夹角均为7
°
的八木天线2，实际测试中步进电机带动八木天线2的旋转时，发现最小步长小于0.5
°
以后，对天线性能无明显提升，因此选取天线旋转的最小步长为0.5
°
。如果使用其他的定向天线，3db波瓣方向更小，需要进一步选取更小的天线旋转步长值，有的定向天线，步进电机带动天线旋转时每次为0.1
°
步长。
32.因此，5g摄像头1首次初始化上电后，所述摄像头cpu读取安装时记录的其中一组数据，即其中一个5g基站方向的α和θ值；设置天线转向的步长，使用半随机梯度算法计算并控制定向天线转向到信号最强的位置；
33.所述半随机梯度算法的过程包括：
34.控制天线按照该方位角转向，然后向左走一个步长并返回，向上走一个步长并返回，计算这两个梯度方向上信号强度的差值，寻找信号强度上升的最快方向的位置，计算公式为
35.当该位置的实际α和θ在正负两个方向上，信号强度差值均为负值时；
36.如果angle≤45
°
，并且α方向信号强度差值≤0，则以66.7％的概率天线向α移动的反方向移动一个步长，以33.3％的概率向α移动方向移动一个步长；
37.如果angle≤45
°
，并且α方向信号强度差值》0，则以33.3％的概率天线向α移动的反方向移动一个步长，以66.7％的概率向α移动方向移动一个步长；
38.如果angle》45
°
，并且θ方向信号强度差值≤0，则以66.7％的概率天线向θ移动的
反方向移动一个步长，以33.3％的概率向θ移动方向移动一个步长；
39.如果angle》45
°
，并且θ方向信号强度差值》0，则以33.3％的概率天线向θ移动的反方向移动一个步长，以66.7％的概率向θ移动方向移动一个步长；
40.记录得到的实际α和θ值为α1和θ1；
41.读取另一组记录基站的α和θ值，重复执行s101-s104，分别得到α2和θ2
……
αn和θn；直至所有记录的n个基站数据都执行完毕；
42.选取信号强度最大值的α和θ，作为最佳天线方向。
43.摄像头cpu控制驱动装置将定向天线转向到最佳方向。
44.上述方法仅为介绍本实用新型提出的5g摄像头自适应调整结构去支撑实现的自适应调整方法，该方法不属于本实用新型保护范围，本实用新型仅是提出了支撑该方法的硬件结构。
45.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。