CN103078186A - 角反射装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了角反射装置及控制方法。角反射装置包括：角反射板、全向天线和信号接收器及电机驱动装置，还包括电机控制器及电机。全向天线通过角反射板接收待跟踪无线信号，信号接收器根据接收到的待跟踪无线信号，向电机控制器反馈待跟踪无线信号的强度与方位信息，所述电机控制器根据相关信息驱动所述电机，使所述输出轴带动所述角反射板围绕所述全向天线转动到相应角度。通过在角反射器的信号接收与控制其转动的驱动装置间形成闭环控制方式，使角反射器处于不同位置或角度时的信号能及时得到反馈，满足最优信号接收位置的适时调整，从而实现***成本较低、跟踪性能提高的效果，使***整体性能提升。

Description

角反射装置及控制方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种角反射装置及角反射装置的控制方法。

背景技术

无论在无线通信还是在雷达领域，接收机的灵敏度都是十分重要的指标。因此，如何提高有效提升接收机的灵敏度是***设计时的重要目标。通常，在不考虑信号处理增益的情况下，要提高无线通信的传输距离或雷达的探测距离，往往通过在发射端添加PA（功率放大器），或在接收端添加LNA(低噪声放大器)等方式给予实现的，但上述方法是常规但不是普遍适合的，原因在于，发射端添加PA后，会导致信号质量下降（非线性导致误差向量幅度[EVM]升高），同时加大了***耗能从而使***成本提高。接收端在额外添加LNA后，会使总NF（噪声系数）升高，同时需要良好前后级匹配，由于对***要求的提高从而加大了成本投入。同时，上述方法在应用过程中，对于相互通信的两个节点，PA需要在相互通信的节点间成对添加，从而保证收发链路预算平衡。若只在一侧通信节点上增加PA，则可能由于一侧节点的灵敏度低于另一侧，即便在信道编解码的条件下，也将使得通信节点间出现多次重传，从而使链路预算的双向通信出现不平衡。此外，在现有技术中，也通常使用固定角反射器方向的方式，实现对通信节点信号的有效接收，但对于移动节点，由于节点处于运动中，角反射器无法事先设定其最佳的信号接收方位或角度，因此，对于移动节点，现有技术中的角反射天线无法实现节点信号的有效接收。

发明内容

鉴于现有技术中存在的情况，根据本发明的一个方面，提供的角反射装置，包括：角反射板、全向天线、信号接收器、电机驱动装置，电机控制器及减速电机，其中，所述全向天线通过所述角反射板接收待跟踪无线信号，所述信号接收器根据接收到的所述待跟踪无线信号，向所述电机控制器反馈待跟踪无线信号的相关信息，所述电机控制器根据所述相关信息驱动所述电机，带动所述角反射板围绕所述全向天线转动到相应方位角度。

根据本发明的另一方面，还提供了角反射控制方法，包括：

通过角反射板接收待跟踪无线信号的相关信息，将所述相关信息输入至电机控制器，所述电机控制器根据所述相关信息，驱动电机带动所述角反射板围绕所述全向天线转动到相应角度。

与现有技术相比，根据本发明的装置具有以下优点：本发明中，将跟踪无线来波方向的信息，并有效反馈到角反射器的驱动装置，使角反射器得到有效的调整，实现对最佳信号的实时追踪。通过在角反射器的信号接收与控制其转动的驱动装置间形成闭环控制方式，使角反射器处于不同位置或角度时的信号能及时得到反馈，满足最优信号接收位置的适时调整，从而实现***成本较低、跟踪性能提高的效果，使无线***整体链路性能得到提升。

附图说明

图1为本发明高灵敏度角反射装置一实施例的组成示意图；

图2为本发明高灵敏度角反射装置的另一实施例的组成示意图；

图3为本发明高灵敏度角反射装置一实施例中天线与角反射板的局部结构示意图；

图4为本发明一实施例中全向天线距顶点半个波长时的天线方向图；

图5为本发明一实施例中全向天线距顶点一个波长时的天线方向图；

图6为本发明一实施例中全向天线距顶点一个半波长时的天线方向图；

图7为本发明一实施例中信号不同入射角的示意图；

图8为本发明高灵敏度角反射控制方法一实施例中搜索态及跟踪态的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明中的角反射装置包括：角反射板1、全向天线2及与全向天线2连接的信号接收器3、电机控制器4及电机5。角反射板1与电机5的输出轴51通过连接部件52实现连接，从而可使电机5的输出轴51在转动时可带动角反射板1转动，并可通过对连接部件52长度的调整，调整角反射板1的回转圆周尺寸，即改变角反射板1与全向天线2之间的距离。全向天线2可通过天线支架21，固定于角反射板1的回转中心处，从而实现通过角反射板1实现待跟踪无线信号的接收。信号接收器3接收待跟踪无线信号，从所接收到的待跟踪无线信号中进行信号信息的信号强度和/或链路质量等信息的提取，将提取后的信号强度和/或链路质量等信号信息，反馈到电机控制器4，在角反射板1处于不同的角度或位置过程中，电机控制器4根据接收到的多个信号信息及对应的多个电机输出轴51的转动角度，从中根据预先的设置条件（如：最大信号强度RSSI和/或最优链路质量LQI）进行数据的筛选，最终确定最大信号强度和/或最优链路质量所对应的电机输出轴51的角度。最后，通过驱动电机5，带动角反射板1转动到相应角度，即，上述最大信号强度和/或最优链路质量所对应的角度。其中，电机5可采用步进电机或伺服电机，同时为与之配套，电机控制器4可同时采用步进电机控制器或伺服电机控制器。上述由电机控制器4所完成的计算及驱动过程可通过步进电机控制器或伺服电机控制器实现，但若选用的步进电机控制器或伺服电机控制器只具有基本控制功能，也可通过外加控制模块的方式给予实现，其中，控制模块可选用单片机或嵌入式控制模块。从上述本发明的角反射装置的***构成可以看出，本发明以电机控制器4作为控制单元、以电机5及角反射板1作为执行单元、以全向天线2为感应对象、以信号接收器3为反馈装置、依次作用够成了闭环控制***，通过跟踪信号信息的实时反馈，实现了驱动角反射板1对待跟踪无线信号的跟随，从而实现了对动态待跟踪无线信号的有效接收。

应当指出的是，在无线传感器网络中，在电机控制器4在根据跟踪信号信息确定输出轴转动角度过程中，除可通过信号性能参数（信号强度和/或链路质量）来进行确定外，还可通过待跟踪无线信号所在小区（可以为无线网络中的小区）内的信标节点（信标节点为在小区中具有位置标志属性的节点）信息，通过AOA（Angle of Arrival：到达角度）算法获取的方位角，从而确定跟踪信号的位置信息，之后通过方位角确定电机5输出轴51的转动角度。此类通过方位角确定转动角度的方法，其优势在于，与通过信号性能参数，筛选获取输出轴转动角度的方法相比，其在实现过程中，不需要驱动角反射板1在圆周范围内进行整周或部分的转动，即不需要对多位置数据进行采集，就可确定最佳接收位置。但同时，此方法需要对小区内的信标节点信息进行采集，并同时进行AOA算法演算，因此在实现过程中，要求信号接收器3具有一定的数据处理能力。具体实现时可采用外加嵌入式计算单元等多种方式，使上述实现方位角获取的过程给予满足。

如图1中所示，为使角反射板1在围绕全向天线2旋转过程中，更为平衡，可在与连接部件52对称的位置上，增加平衡配重装置53，从而实现角反射板1的平稳旋转。

由于角反射板1距全向天线2之间的距离不同，会产生不同的角反射方向图（如图4至图6所示，角反射板1距全向天线2之间的距离分别为半波长、全波长和1.5倍波长时，角反射方向图）。参照图4，当为完整的半波长时，直角反射器理论增益约为12dBi，此时几乎没有旁瓣。此时，天线的半功率波束宽度约为30度。参照图5，当为完整的一倍波长时，角反射天线1方向图分叉，成为两个独立方向图波束，理论增益约为14dBi，角平分线方向上几乎没有辐射。参照图6，当为完整的一倍半波长时，角反射天线1方向图不仅有主瓣，还有较低的旁瓣，角平分线理论最大增益约为15dBi。因此，为使在反射器使用过程中，其增益的调节更为灵活，角反射板1与全向天线2之间的连接部件52可采用多种可调节机构。可采用基本的连接拉杆结构，也可采用拉线结构。为使其增益的调节能在角反射调节中能实现同步，如图3所示，可通过连接部件52采用，齿轮齿条传动机构54及驱动电机55实现。电机5的输出端51与角反射板1通过齿轮齿条传动机构54连接，即齿轮端541与驱动电机55的输出轴连接，齿条端542与角反射板1连接。齿轮齿条驱动装置55与电机控制器4连接，当所述角反射板1在旋转过程中无法从天线信号接收器3接收到待跟踪无线信号的最大信号强度和/或最优链路质量时，控制齿轮齿条传动装置54的齿条沿直线移动，使角反射板1与全向天线2之间的距离从第一距离变化到第二距离，即在半波长、全波长和1.5倍波长之间转换，直到角反射板1在旋转过程中可以从信号接收器3接收到待跟踪无线信号的最大信号强度和/或最优链路质量为止。这样，在以上过程中避免了增益调节过于繁琐，并无法与角反射板1位置调节相结合的问题。

实施例2

如图2所示，在本实施例中，除了在实施例1中电机5的输出轴51与角反射板1为直接连接，还可通过传动装置6进行输出轴51与角反射板1之间的连接，输出轴51与传动装置6的主动端61连接，传动装置6的从动端62与角反射板1连接，从而使输出轴51通过传动装置6带动角反射板1围绕全向天线2转动。传动装置6可采用多种传动形式，如，皮带传动装置及齿轮齿条传动装置。其中，为使得从动端62带动角反射板1旋转时更为平稳，因此可通过支承架7的支承面对传动装置6的从动端62给予支承，为保证其从动端转动的灵活性，可通过轴承63将从动端62与支撑架7进行连接。在本实施例中，全向天线2设置于从动端62轮轴的中心，底部与信号接收器3连接，并与电机5同时设置于支撑架7的内部，从而使***结构更为紧凑。

实施例3

根据本发明的另一方面，还提供了一种角反射控制方法，包括：

步骤S101：参照图1中的角反射装置，当角反射装置为启动状态时，则先由电机控制器4驱动电机5，带动角反射板1围绕全向天线2旋转一周，并在此旋转一周的过程中，由信号接收器3接收，在角反射板1为不同角度时，待跟踪无线信号的多个信号，并将待跟踪无线信号的信号强度和/或链路质量反馈给电机控制器4。电机控制器4根据接收到的多个信号信息及对应的多个电机输出轴51的转动角度，从中根据预先的设置条件（如：最大信号强度RSSI和/或最优链路质量LQI）进行数据的筛选，最终确定最大信号强度和/或最优链路质量所对应的电机输出轴51的角度。最后，驱动电机5带动角反射板1转动到相应角度，即，上述最大信号强度和/或最优链路质量所对应的角度，从而实现天线的初步定位。

当角反射装置为运行状态时，如图8所示，当角反射板1的当前位置的信号强度低于最大信号强度和/或最优链路质量时，可根据最大信号强度获取平均强度进行后续处理，驱动电机5使角反射板1围绕全向天线2顺时针方向转动，并采集转动后的信号平均强度。判断该信号平均强度衰减，若是（即“平均强度衰减”），则驱动电机5使角反射板1向逆时针方向转动，直到信号平均强度提高，增长至最大功率为止；若否（即“平均强度提高”），则驱动电机5使角反射板1继续向顺时针方向转动，直到平均信号功率增长至最大信号强度为止。其中，使用信号平均强度作为控制参数的优势在于：由于信号的中值（瞬时信号强度通过滑动平均后的值）是和信号传播距离平方成反比，同时和天线的方向图指向呈正相关的。可有效避免信号衰落对于信号取值的影响。

由于天线方向图基于反射器横截面的直角平分线对称，如图7所示，因此会存在一个旋转方位模糊的问题。当同一信号在A方向或B方向时，接收信号强度RSSI是相同的。这就出现了控制旋转方向的不确定。这一问题可通过下述方法解决。已知天线方向图的半功率波束宽度约为30度，假设由于功率差，需要调节大概10度。先向一个猜测的方向旋转，如果平均功率的确提高了，说明跟踪方向正确。如果功率降低，有可能跟踪方向错误，此时调节跟踪方向。但是，如果两个方向跟踪都不能找到更大的功率方向，那么将按照本步骤中“角反射装置为启动状态”时的情况处理，或改变角反射板1与全向天线2之间距离，通过对增益的调节，待跟踪无线信号的最大信号强度和/或最优链路质量。

在电机控制器4在根据跟踪信号信息确定输出轴转动角度过程中，除可通过信号性能参数（信号强度和/或链路质量）来进行确定外，还可通过待跟踪无线信号所在小区（可以为无线网络中的小区）内的信标节点（信标节点为在小区中具有位置标志属性的节点）信息，通过AOA（Angle ofArrival）算法获取的方位角，从而确定跟踪信号的位置信息，之后通过方位角确定电机5输出轴51的转动角度。

通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.角反射装置，包括：角反射板、全向天线、信号接收器、电机驱动装置，电机控制器及电机，其中，

所述全向天线通过所述角反射板接收待跟踪无线信号，所述信号接收器根据接收到的所述待跟踪无线信号，向所述电机控制器反馈待跟踪无线信号的相关信息，所述电机控制器根据所述相关信息驱动所述电机，带动所述角反射板围绕所述全向天线转动到相应角度。

2.如权利要求1所述的角反射装置，其中，所述相关信息包括：信号强度和/或链路质量，或方位角，所述方位角是由待跟踪无线信号通过本地无线网络的其他无线信号的位置信息获取的。

3.如权利要求1或2所述的角反射装置，还包括：传动装置，所述输出轴与所述传动装置的主动端连接，所述传动装置的从动端与所述角反射板连接，使所述输出轴通过所述传动装置带动所述角反射板围绕所述全向天线转动。

4.如权利要求3所述的角反射装置，其中，所述传动装置包括：皮带传动装置及齿轮齿条传动装置。

5.如权利要求3或4所述的角反射装置，其中，还包括：支承架，所述支承架的支承面与所述传动装置的从动端活动连接。

6.如权利要求2所述的角反射装置，其中，还包括：齿轮齿条传动机构及驱动装置，所述电机输出端与所述角反射板通过所述齿轮齿条传动机构连接，所述齿轮齿条驱动装置与所述电机控制器连接，

当所述角反射板在旋转过程中，无法从所述天线信号接收器接收到待跟踪无线信号的最大信号强度和/或最优链路质量时，所述电机控制器控制所述齿轮齿条传动装置的齿条沿直线移动，使所述角反射板与所述全向天线之间从第一距离变化到第二距离，直到所述角反射板从所述天线信号接收器接收到的待跟踪无线信号的最大信号强度和/或最优链路质量为止。

7.角反射控制方法，其中，包括：

通过角反射板接收待跟踪无线信号的相关信息，将所述相关信息输入至电机控制器，所述电机控制器根据所述相关信息，驱动电机带动所述角反射板围绕所述全向天线转动到相应角度。

8.如权利要求7所述的控制方法，其中，所述相关信息包括：最大信号强度和/或最优链路质量，或方位角，所述方位角是由待跟踪无线信号通过本地无线网络的其他无线信号的位置信息产生的。

9.如权利要求7或8所述的控制方法，还包括：

根据所述角反射板在围绕所述全向天线旋转一周过程中，所述信号接收器接收到的待跟踪无线信号的最大信号强度和/或最优链路质量，确定所述最大信号强度和/或最优链路质量对应的角度信息，驱动所述电机；

和/或，当所述角反射板当前位置的信号强度低于最大信号强度和/或最优链路质量时，重新确定所述最大信号强度和/或最优链路质量对应的角度信息，驱动所述电机。

10.如权利要求9所述的控制方法，其中，还包括：

当所述角反射板当前位置的信号强度低于最大信号强度和/或最优链路质量时，驱动所述电机使所述角反射板向一方转动，采集信号强度，判断该信号功率是否衰减，若是，则驱动所述电机使所述角反射板向另一方向转动，直到所述信号强度增长至信号强度；若否，则驱动所述电机使所述角反射板继续向一方转动，直到所述信号强度增长至最大信号强度。

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