具有动态跟踪功能的北斗天线、调整方法及存储介质与流程

1.本技术涉及北斗天线技术领域，具体而言，涉及一种具有动态跟踪功能的北斗天线、调整方法及存储介质。


背景技术：

2.北斗天线，是用于接收北斗卫星信号的天线本体，传统北斗天线采用水平方式固定在设备内部；常规方案中北斗通信天线本体通过下方反射面四周螺孔固定在内部结构体上，安装简单；水平安装北斗通信天线本体存在性能上的不足，由于低成本北斗通信天线本体低仰角区域增益性能较差，在配合小功率北斗通信模组使用时，在有些应用场合下使用时容易造成通信失败，因此，急需一种用于动态跟踪北斗卫星方位的北斗天线，通过调整天线本体与水平面之间的固定夹角，以解决现有的技术问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本技术的目的是一种具有动态跟踪功能的北斗天线、调整方法及存储介质，包括：
4.获取天线面在水平面中的朝向与地理南极间的夹角为方位夹角，并获取天线转轴的已转动夹角；
5.当所述方位夹角和所述已转动夹角符合预设条件时，控制所述天线转轴转动，以使所述方位夹角为零，控制所述天线面朝向赤道面。
6.可选地，所述获取天线面在水平面中的朝向与地理南极间的夹角为方位夹角的步骤包括：
7.响应于获取磁场数据，计算磁方位角；
8.获取当前经纬度对应的磁偏角，根据所述磁方位角和所述磁偏角，计算所述方位夹角。
9.可选地，所述响应于获取磁场数据，计算磁方位角的步骤包括：
10.获取重力加速度数据；
11.根据所述重力加速度数据对所述方位角进行倾斜补偿。
12.可选地，所述获取天线转轴的已转动夹角的步骤包括：
13.对所述天线转轴设置复位点为基准，记录所述天线转轴每次转动的转动角度；
14.对多个所述转动角度累积计算，以获取所述天线转轴相对于所述复位点的已转动夹角。
15.可选地，所述预设条件包括第一预设条件和第二预设条件，所述当所述方位夹角和所述已转动夹角符合预设条件时，控制所述天线转轴转动的步骤包括：
16.当所述方位夹角和所述已转动夹角符合第一预设条件时，控制所述天线转轴向第一时针方向转动；
17.和/或，当所述方位夹角和所述已转动夹角符合第二预设条件时，控制所述天线转
轴向第二时针方向转动。
18.可选地，以天线本体在水平面的投影指向转动轴复位点时为0度位置，以俯视北斗天线的顺时针方向为正向，以逆时针方向为负向；设α为所述方位夹角，β为所述已转动夹角；所述当所述方位夹角和所述已转动夹角符合第一预设条件时，控制所述天线转轴向第一时针方向转动的步骤包括：
19.当α＞0，β＞0，且α＜β，则控制所述北斗天线逆时针方向转动；
20.和/或，当α＞0，β＞0，且α＞β，则控制所述北斗天线逆时针方向转动；
21.和/或，当α＞0，β＜0，且α |β|＜180，则控制所述北斗天线逆时针方向转动；
22.和/或，当α＜0，β＞0，且α |β|＞180，则控制所述北斗天线逆时针方向转动。
23.可选地，以天线本体在水平面的投影指向转动轴复位点时为0度位置，以俯视北斗天线的顺时针方向为正向，以逆时针方向为负向；设α为所述方位夹角，β为所述已转动夹角；所述当所述方位夹角和所述已转动夹角符合第二预设条件时，控制所述天线转轴向第二时针方向转动的步骤包括：
24.当α＞0，β＜0，且α |β|＞180，则控制所述北斗天线顺时针方向转动；
25.和/或，当α＜0，β＞0，且α |β|＜180，则控制所述北斗天线顺时针方向转动；
26.和/或，当α＜0，β＜0，且|α|＜|β|，则控制北斗天线顺时针方向转动；
27.和/或，当α＜0，β＜0，且|α|＞|β|，则控制北斗天线顺时针方向转动。
28.另一方面，本技术还提供一种具有动态跟踪功能的北斗天线，具体地，所述北斗天线包括天线本体、转动机构和固定结构体，其中：
29.用于接收北斗卫星信号的天线本体，通过转轴设置于所述固定结构体上，所述固定结构体与所述天线本体具有可变夹角；
30.所述转动机构，与所述转轴连接，用于实现如上述的调整方法。
31.可选地，所述北斗天线包括被配置为测量磁场数据的电子罗盘，所述电子罗盘设置于所述天线本体上。
32.另一方面，本技术还提供一种存储介质，具体地，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的调整方法的步骤。
33.本技术公开了以下技术效果：
34.本技术剔除了天线本体低仰角增益较差的区域，提升了天线本体整体增益性能，同时能智能检测北斗通信卫星方位并控制天线本体转动朝向北斗通信卫星，从而获得较好的天线本体增益性能。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本技术所述的调整方法示意图；
37.图2是本技术所述的天线本体与水平面夹角示意图；
38.图3是本技术所述的天线本体结构示意图。
具体实施方式
39.下为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术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技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.第一实施例
41.图1是本技术所述的调整方法示意图。
42.如图1所示，本技术公开的一种具有动态跟踪功能的北斗天线的调整方法，包括：
43.s10：获取天线面在水平面中的朝向与地理南极间的夹角为方位夹角，并获取天线转轴的已转动夹角。
44.示例性地，通过电子罗盘等地磁及加速度测量设备可以获取方位夹角。通过对天线转轴的转动测量可以获取天线转轴的已转动夹角。
45.s20：当方位夹角和已转动夹角符合预设条件时，控制天线转轴转动，以使方位夹角为零，控制天线面朝向赤道面。
46.可以理解地，当方位夹角为零时，天线面朝向赤道面，此时能够提升天线本体整体增益性能，从而获得较好的天线本体增益性能。
47.可选地，获取天线面在水平面中的朝向与地理南极间的夹角为方位夹角的步骤包括：
48.响应于获取磁场数据，计算磁方位角；获取当前经纬度对应的磁偏角，根据磁方位角和磁偏角，计算方位夹角。
49.可选地，响应于获取磁场数据，计算磁方位角的步骤包括：
50.获取重力加速度数据；根据重力加速度数据对方位角进行倾斜补偿。
51.通过重力加速度数据获得倾斜角度，可获得磁传感器在水平方向上的分量，计算出水平面磁方位角。示例性地，天线本体设置的电子罗盘内置一个三轴的磁力计以测量磁场数据，内置一个三轴加速计以测量罗盘倾角。罗盘倾角不仅可以用于倾斜补偿，也可以用于获得水平方向的磁场方向。通过数字接口读取三维空间中的重力加速度数据和磁场数据，再通过磁场数据计算出方位角，通过重力加速度数据可进行倾斜补偿。这样处理后输出的方位角不受电子罗盘空间姿态的影响。
52.可选地，获取天线转轴的已转动夹角的步骤包括：
53.对天线转轴设置复位点为基准，记录天线转轴每次转动的转动角度；对多个转动角度累积计算，以获取天线转轴相对于复位点的已转动夹角。
54.示例性地，通过控制步进电机转动，带动天线本体同步转动，转动过程中实时读取电子罗盘数据，并计算方位夹角α，当该夹角值为0时，控制步进电机停止转动，累计记录当前天线本体转动角度和复位点间的方位角度，获得当前已转动夹角β值，最终使天线本体正面朝向赤道面。
55.可选地，预设条件包括第一预设条件和第二预设条件，当方位夹角和已转动夹角
符合预设条件时，控制天线转轴转动的步骤包括：
56.当方位夹角和已转动夹角符合第一预设条件时，控制天线转轴向第一时针方向转动；和/或，当方位夹角和已转动夹角符合第二预设条件时，控制天线转轴向第二时针方向转动。
57.可选地，以天线本体在水平面的投影指向转动轴复位点时为0度位置，以俯视北斗天线的顺时针方向为正向，以逆时针方向为负向；设α为方位夹角，β为已转动夹角；当方位夹角和已转动夹角符合第一预设条件时，控制天线转轴向第一时针方向转动的步骤包括：
58.当α＞0，β＞0，且α＜β，则控制北斗天线逆时针方向转动。
59.和/或，当α＞0，β＞0，且α＞β，则控制北斗天线逆时针方向转动。
60.和/或，当α＞0，β＜0，且α |β|＜180，则控制北斗天线逆时针方向转动。
61.和/或，当α＜0，β＞0，且α |β|＞180，则控制北斗天线逆时针方向转动。
62.可选地，以天线本体在水平面的投影指向转动轴复位点时为0度位置，以俯视北斗天线的顺时针方向为正向，以逆时针方向为负向；设α为方位夹角，β为已转动夹角；当方位夹角和已转动夹角符合第二预设条件时，控制天线转轴向第二时针方向转动的步骤包括：
63.当α＞0，β＜0，且α |β|＞180，则控制北斗天线顺时针方向转动。
64.和/或，当α＜0，β＞0，且α |β|＜180，则控制北斗天线顺时针方向转动。
65.和/或，当α＜0，β＜0，且|α|＜|β|，则控制北斗天线顺时针方向转动。
66.和/或，当α＜0，β＜0，且|α|＞|β|，则控制北斗天线顺时针方向转动。
67.可以理解地，当转动至α为0时，电机停止转动。此时天线面朝向赤道面，能够提升天线本体整体增益性能，从而获得较好的天线本体增益性能。
68.第二实施例
69.另一方面，本技术还提供一种具有动态跟踪功能的北斗天线。图2是本技术所述的天线本体与水平面夹角示意图；图3是本技术所述的天线本体结构示意图。
70.请参考图3，所述北斗天线包括天线本体1、转动机构和固定结构体3。
71.可选地，用于接收北斗卫星信号的天线本体1，通过转轴设置于所述固定结构体3上，所述固定结构体3与所述天线本体1具有可变夹角。所述转动机构，与所述转轴连接，用于实现如上述的调整方法。
72.具体地：
73.天线本体1，用于接收北斗卫星信号；转动机构，通过转轴2与天线本体连接；转动机构设置于固定结构体3上；固定结构体3与天线本体1具有夹角，夹角为可变夹角。
74.进一步优选地，转动机构为步进电机6，固定结构体3通过固定螺丝与步进电机6固定连接。
75.进一步优选地，固定螺丝至少包括三个；
76.和/或，固定结构体3通过轴承4嵌套在转轴上，固定螺丝5设置在轴承4的一端。
77.进一步优选地，固定结构体3靠近固定螺丝5的附近设置有腔体结构，用于设置轴承4。
78.可选地，北斗天线包括被配置为测量磁场数据的电子罗盘，电子罗盘设置于天线本体1上。
79.示例性地，天线本体1的背面设置有电子罗盘，电子罗盘用于获取方位角。
80.进一步优选地，北斗天线还包括mcu；
81.电子罗盘与mcu电性连接；
82.mcu用于读取电子罗盘数据；
83.mcu与步进电机电性连接；
84.mcu还用于控制步进电机6。
85.进一步优选地，转轴2与步进电机6的电机转轴同轴连接。
86.进一步优选地，固定结构体3与步进电机6的输出端平行设置；
87.固定结构体3与天线本体1具有夹角的一端的间距为5-10mm；
88.北斗天线还包括电源模块，用于为步进电机6供电，其中，电源模块包括蓄电池单元和太阳能。
89.可以理解的是，在接收到的卫星波束信号不佳时，不转动天线本体1，而是控制天线本体1向赤道面方向翻转，以获得较好的卫星波束信号。
90.可以理解的是，在接收到的卫星波束信号不佳时，直接控制调整整机姿态，以获得较好的卫星波束信号。
91.可以理解的是，本技术中使用了步进电机6，天线本体后面转轴和电机转轴末端相连，目的是让天线本体1转动，实际也可用机械或是其他方式代替。
92.可以理解的是，本技术中使用轴承4是为了转动时阻力小，同时使天线本体和转轴2获得支撑，实际可省略或是用其他方式代替。
93.可以理解的是，方案中在天线本体1背面使用电子罗盘的目的是获得天线本体1和赤道面的朝向关系，实际也可用其他方式实现。
94.可以理解的是，本技术中天线本体1与固定结构体2之间以固定夹角角度方式安装固定，在其他实施方式中，也可以考虑夹角角度可调。
95.本技术将北斗通信天线本体从水平安装调整为和水平面有一定夹角的方式安装，从而在使用时直接屏蔽天线本体低仰角性能不好的区域，从而保证实际使用时天线本体整体有较好的增益性能。
96.本技术采用动态跟踪技术，通过控制天线本体转动寻找高增益信号角度，在任何北斗通信卫星波束覆盖范围内使用时，均能获得较好的天线本体增益性能。
97.第三实施例
98.请参考图2和图3，首先需要将北斗通信天线本体由水平安装调整为和水平面有一定的夹角后安装，如图2所示。天线本体背面安装有电子罗盘，本项目使用电子罗盘型号为lsm303dlh，内置一个三轴的磁力计以测量磁场数据，和一个三轴加速计以测量罗盘倾角。天线本体中心点a在水平面投影为b，天线本体和水平面交点为o，图2中箭头b-》o表示天线本体在水平面中的指向。
99.mcu通过数字接口读取三维空间中的重力加速度数据和磁场数据，再通过磁场数据计算出方位角，通过重力加速度数据可进行倾斜补偿。这样处理后输出的方位角不受电子罗盘空间姿态的影响，即为图2中天线本体在水平面投影上b-》o在地磁场中的方位角。地理北极和地磁北极(也称为磁南极)不是完全重合，两者间存在一定的夹角，该夹角称为磁偏角。不同纬度地区的磁偏角稍有不同，实际使用时根据经纬度获取当地磁偏角，并和计算的磁方位角组合计算后，可获得和地理南极间的方位夹角α，范围：-180度～180度。天线本
体和固定结构件间的最低点为天线本体转动轴复位点，天线本体转动范围为该复位点两侧正负180度内，顺时针转动为正值，反之为负值。天线本体在水平面投影上b-》o相对于转动轴复位点之间的夹角称为转动夹角β，天线本体在水平面的投影指向转动轴复位点时为0度位置。为便于描述，使用环境以北半球为例，假设方位夹角α为0度时，天线本体正面朝向地理南极，即赤道面方向。根据已知方位夹角α后控制天线本体转动的步骤如下：
100.天线本体每次上电时，会自动将天线本体转动至复位点，之后每次控制天线本体转动，都会累计计算并记录当前位置与复位点之间已转动的方位角度，获得当前已转动夹角β值；
101.以下为方位夹角α和已转动夹角β在不同情况下的处理，实际操作时通过mcu控制步进电机转动，带动天线本体同步转动，转动过程中实时读取电子罗盘数据，并计算方位夹角α，当该夹角值为0时，mcu控制步进电机停止转动，累计记录当前天线本体转动角度和复位点间的方位角度，获得当前已转动夹角β值，最终使天线本体正面朝向赤道面。
102.当方位夹角α为正值，已转动夹角β也为正值，且α＜β，则mcu控制步进电机逆时针转动，当α为0时，电机停止转动；
103.当方位夹角α为正值，已转动夹角β也为正值，且α＞β，则mcu控制步进电机逆时针转动，当α为0时，电机停止转动；
104.当方位夹角α为正值，已转动夹角β为负值，当α |β|＜180，则mcu控制步进电机逆时针转动，当α为0时，电机停止转动；
105.当方位夹角α为正值，已转动夹角β为负值，当α |β|＞180，则mcu控制步进电机顺时针转动，当α为0时，电机停止转动；
106.当方位夹角α为负值，已转动夹角β为正值，当α |β|＜180，则mcu控制步进电机顺时针转动，当α为0时，电机停止转动；
107.当方位夹角α为负值，已转动夹角β为正值，当α |β|＞180，则mcu控制步进电机逆时针转动，当α为0时，电机停止转动；
108.当方位夹角α为负值，已转动夹角β也为负值，且|α|＜|β|，则mcu控制步进电机顺时针转动，当α为0时，电机停止转动；
109.当方位夹角α为负值，已转动夹角β也为负值，且|α|＞|β|，则mcu控制步进电机顺时针转动，当α为0时，电机停止转动。
110.可以理解地，当转动至α为0时，此时天线面朝向赤道面，能够提升天线本体整体增益性能，从而获得较好的天线本体增益性能。
111.第四实施例
112.另一方面，本技术还提供一种存储介质，具体地，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的调整方法的步骤。
113.计算机程序在实现调整方法的过程中，所涉及的技术细节与上述各实施例相同，此处不再赘述。
114.本技术将北斗通信天线本体从水平安装调整为和水平面有一定夹角的方式安装，从而在使用时直接屏蔽天线本体低仰角性能不好的区域，从而保证实际使用时天线本体整体有较好的增益性能。
115.本技术采用动态跟踪技术，通过控制天线本体转动寻找高增益信号角度，在任何
北斗通信卫星波束覆盖范围内使用时，均能获得较好的天线本体增益性能。
116.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，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
117.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。