一種利用多付天線實現快速定向的方法
2023-05-27 09:30:06
專利名稱：一種利用多付天線實現快速定向的方法
技術領域：
本發明屬於通信技術領域，涉及一種定向方法，特別涉及一種利用多付天線實現 快速定向的方法。
背景技術：
目前常用的定向方法有兩種首先是星座測量方法。該方法精度很高，但是定向 設備價格昂貴，所需要的定向時間較長，不利於快速定向的特殊要求。另一種方法是慣導定 向，慣導定向的定位精度也較高，但同時也存在耗時較長、以及設備價格、設備校準和日常 維護等費用問題。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種利用多付天線實現快速定向的方法。該方法可以利 用多付天線接收的衛星信號的相互關係，實現較為準確的快速定向。本發明通過以技術方案來完成將兩付完全一樣的天線安裝在同一基線上，並且其最大輻射方向垂直於基線。定 向時，旋轉基線，帶動兩付天線同時旋轉，並接收衛星信號。基線旋轉一周，取兩個天線所接 收得衛星信號的和(以下簡稱「和信號」)，以及兩個天線所接收得衛星信號的差(以下簡 稱「差信號」)構成「和差方向圖」。當「和信號」取最大值，而「差信號」趨近於0時，則天線 在方位上就對準了衛星。測量出基線的方位角，利用已知的衛星定位系統的實時位置為參 照，就可以計算出天線所在地的真北方向，從而實現快速定向。在噪聲環境下，利用信號處理的方法(如自適應濾波、卡爾曼濾波等)可以有效抑 制「和信號」和「差信號」中的噪聲，擬合得到光滑「和差方向圖」，從而實現較為精確的定向。上述措施可以擴展到利用兩付以上天線接收的衛星信號之間的相互關係完成快 速定向。可以利用多付天線接收到的衛星信號的相互關係，包括(但不局限於)多付天線 接收信號的和、差，進行定位。在噪聲環境下，利用信號處理的方法抑制天線接收信號中的 噪聲。本發明提供的快速定向方法，定向設備的價格及維護費用較低，且定向速度非常 快，在基線旋轉一周的時間(幾百秒量級)內即可找到真北方向。所以該方法在精度要求 略低的具體應用中能發揮良好的作用。
圖1是快速測向幾何關係圖；圖2是「差信號」示意圖；圖3是自適應噪聲抑制效果圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實例，對本發明做進一步詳述。依照本發明的技術方案，給出一種利用兩付天線接收的衛星信號的和差關係實現 快速定向的方法。5. 1利用兩付天線接收的衛星信號的和差關係實現快速定向的具體方法將兩付完全一樣的天線安裝在同一基線上，並且其最大輻射方向垂直於基線。定 向時，旋轉基線，帶動兩付天線同時旋轉，並接收衛星信號。基線旋轉一周，當兩個天線所接 收得衛星信號的和(以下簡稱「和信號」)為最大值，此時兩個天線所接收得衛星信號的差 (以下簡稱「差信號」)為最小值(趨近於0)時，則天線在方位上就對準了衛星。考慮到便攜或者便於車載，天線的尺寸往往比較小，所以增益較小，「和信號」方向 圖波束寬度較寬，定位誤差較大，所以還需要得到「差信號」的最小值。利用「和信號」和「差 信號」構成「和差方向圖」;當「和信號」最大輻射方向垂直於基線，而「差信號」的最小值，即 「零深」，也垂直於基線時，基線垂直於衛星信號。已有的衛星定位系統，如GPS衛星定位系統、格雷納斯衛星定位系統以及北鬥衛 星定位系統等，其定位衛星的實時位置都是可知的。當天線所在的地理位置可知時，測量出 基線的方位角，就可以利用幾何關係定出天線所在位置處的真北方向。如圖1所示。箭頭 1為真北方向，箭頭2為衛星信號方向，3為天線及基線。在出現「零深」附近一定的角度內，由於「差信號」太小，低於接收機門限電平，所 以很難測定該方向，如圖2所示，曲線為差信號，水平線為門限電平。在「零深」以外較遠的角度內，可以測得「差信號」電平。在該方向兩個波瓣圖完 全對稱的情況下，通過採樣、擬合，可以計算出最小點方向。5. 2天線接收信號中噪聲的抑制方法如5. 1中所述，需要得到「和信號」和「差信號」構成「和差方向圖」;實際測量到的 「和信號」和「差信號」中均有較大的噪聲。以「差信號」為例，測量得到的「差信號」是圖2 所示的光滑曲線疊加上高斯白噪聲。為了擬合出精確的曲線，擬合前需要對噪聲進行抑制。 使用現代信號處理方法，如自適應濾波等可以有效地解決這一問題。一般情況下，期望得到的天線「差信號」 d(n)符合窄帶過程假設；噪聲V1(Ii)為寬 帶過程。將x(n)延時後1 ，作為ρ階自適應濾波器的輸入，則自適應濾波器的輸出為3(n) = ^w (l)x(n-k0-l) ⑴自適應濾波器的迭代公式為
權利要求
1.一種利用多付天線實現快速定向的方法，其特徵在於，將兩付以上完全相同的天線 安裝在同一基線上，並且其最大輻射方向垂直於基線；旋轉基線，帶動兩付天線同時旋轉， 並接收衛星信號；基線旋轉一周，取兩個天線所接收的衛星信號的和信號，以及兩個天線所 接收得衛星信號的差信號構成和差方向圖；當和信號取最大值，而差信號趨近於0時，則天 線在方位上就對準了衛星；測量出基線的方位角，利用已知的衛星定位系統的實時位置為 參照，就可以計算出天線所在地的真北方向，從而實現快速定向。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在噪聲環境下，利用信號處理的方法抑制 所述和信號和所述差信號中的噪聲，擬合得到光滑和差方向圖，從而實現較為精確的定向。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述信號處理方法為自適應濾波、或卡爾 曼濾波。
全文摘要
本發明公開了一種利用多付天線實現快速定向的方法，將兩付以上完全相同的天線安裝在同一基線上，並且其最大輻射方向垂直於基線；旋轉基線，帶動兩付天線同時旋轉，並接收衛星信號；基線旋轉一周，取兩個天線所接收的衛星信號的和信號，以及兩個天線所接收得衛星信號的差信號構成和差方向圖；當和信號取最大值，而差信號趨近於0時，則天線在方位上就對準了衛星；測量出基線的方位角，利用已知的衛星定位系統的實時位置為參照，就可以計算出天線所在地的真北方向，從而實現快速定向。
文檔編號G01S3/32GK102062852SQ20101054327
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者商鋒, 廖延娜 申請人:西安郵電學院