CN108886392B - 天线选择方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线选择方法。天线选择方法用于选择与第二电子设备(40)通信的第一电子设备(30)的收发天线。第一电子设备(30)包括多个有向天线。天线选择方法包括以下步骤：(S10)计算第二电子设备(40)相对于第一电子设备(30)的相对位置和相对姿态；(S20)根据相对位置和相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的有向天线作为第一电子设备(30)的工作天线；和(S30)关闭除工作天线外的有向天线。此外，本发明还公开了一种电子设备(10)。

Description

天线选择方法和电子设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线选择方法和电子设备。

背景技术

在无人机通信中，信号辐射功率和信道质量决定了无人机与地面设备之间无线链路的通信速率、通信可靠性。信号辐射功率越高，信道质量越好，则通信速率越高，可靠性越好。在同样的辐射功率下，由于有向天线在特定角度的信号辐射功率大于全向天线，因此应用于无人机通信领域可以提高通信质量。在通信过程中，由于无人机和地面设备均会有位置和姿态上的变化，往往导致有向发射、接收天线的最大辐射方向与信号传输方向不一致，导致通信质量下降，辐射功率较差，用户感受到的图传质量、遥控灵敏度下降。

发明内容

本发明实施方式提供一种天线选择方法和电子设备。

本发明的实施方式的天线选择方法，用于选择与第二电子设备通信的第一电子设备的收发天线，所述第一电子设备包括多个有向天线，所述天线选择方法包括以下步骤：

计算所述第二电子设备相对于所述第一电子设备的相对位置和相对姿态；

根据所述相对位置和所述相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的所述有向天线作为所述第一电子设备的工作天线；和

关闭除所述工作天线外的所述有向天线。

本发明实施方式的电子设备，用于与远端电子设备通信，所述电子设备包括多个有向天线和处理器，所述处理器用于：

计算所述远端电子设备相对于所述电子设备的相对位置和相对姿态；

根据所述相对位置和所述相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的所述有向天线作为所述电子设备的工作天线；和

关闭除所述工作天线外的所述有向天线。

本发明实施方式的天线选择方法和电子设备，在增加有向天线在各个方向上的辐射覆盖率的同时，降低了射频电路的设计复杂度，节省了有限的发射功率和提高了图传质量和遥控灵敏度等，同时，可以实现自主选择合理的有向天线作为工作天线，消除了人为的干预。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图2是本发明实施方式的电子设备的模块示意图；

图3是本发明实施方式的天线选择方法的应用场景示意图；

图4是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图5是本发明实施方式的电子设备的模块示意图；

图6是本发明实施方式的姿态信息的示意图；

图7是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图8是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图9是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图10是本发明实施方式的电子设备的模块示意图；

图11是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图12是本发明实施方式的电子设备的模块示意图；

图13是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

图14是本发明实施方式的天线选择方法的流程示意图；

主要元件及符号说明：

电子设备10、有向天线11、处理器12、卫星定位模块13、姿态测量模块14、存储器15、天线切换射频电路16、远端电子设备20、第一电子设备30、第二电子设备40。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的实施方式的限制。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，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实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1-图3，本发明实施方式的天线选择方法用于选择与第二电子设备40通信的第一电子设备30的收发天线。第一电子设备30包括多个有向天线11。天线选择方法包括以下步骤：

S10：计算第二电子设备40相对于第一电子设备30的相对位置和相对姿态；

S20：根据相对位置和相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为第一电子设备30的工作天线；和

S30：关闭除工作天线外的有向天线11。

请参阅图2和图3，本发明实施方式的电子设备10用于与远端电子设备20通信。电子设备10包括多个有向天线11和处理器12。具体地，电子设备10可以为第一电子设备30，远端电子设备20可以为第二电子设备40。本发明实施方式的天线选择方法可应用于本发明实施方式的电子设备10。例如，处理器12可用于执行步骤S10、步骤S20、步骤S30中的方法。

也即是说，处理器12可以用于：计算第二电子设备40相对于第一电子设备30的相对位置和相对姿态；根据相对位置和相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为第一电子设备30的工作天线；和关闭除工作天线外的有向天线11。

本发明实施方式的天线选择方法和电子设备10，在增加有向天线11在各个方向上的辐射覆盖率的同时，降低了射频电路的设计复杂度，节省了有限的发射功率和提高了图传质量和遥控灵敏度等，同时，可以实现自主选择合理的有向天线11作为工作天线，消除了人为的干预。

可以理解，在无人机通信过程中，信号辐射功率和信道质量决定了无人机与地面设备之间无线链路的通信速率、通信可靠性。信号辐射功率越高，信道质量越好，则通信速率越高，可靠性越好。在同样的辐射功率下，由于有向天线在特定角度的信号辐射功率大于全向天线，因此有向天线应用于无人机通信领域可以提高通信质量。在通信过程中，由于无人机和地面设备均会有位置和姿态上的变化，往往导致有向发射、接收天线的最大辐射方向与信号传输方向不一致，导致通信质量下降，辐射功率较差，用户感受到的图传质量、遥控灵敏度下降。为了解决有向天线的最大辐射方向与信号传输方向不一致的问题，一种方式是，同时在多个有向天线上发射和接收信号，多个有向天线相互之间覆盖不同的辐射区域，以增加所有有向天线综合的辐射范围，支持更多的无人机和地面设备的姿态、方位。这种方式虽然可以解决由于有向天线的最大辐射方向与信号传输方向不一致而导致通信质量下降的问题，但是降低了实际的有效辐射功率。多个有向天线中存在着信号质量较好的链路和信号质量较差的链路。多个链路平分有限的辐射功率，造成辐射功率的浪费，且同时支持多个有向天线的信号发射和接收，意味着需要更复杂的电路设计和更高的功耗。另一种方式是，在用户使用地面设备(如沉浸式眼镜或遥控器)的过程中，用户调整地面设备的姿态和位置，以使得地面设备的有向天线的最大辐射方向与信号传输方向一致，从而提高通信质量。然而，这种方式会降低用户体验，且用户调整地面设备的姿态和位置的过程一般较为缓慢。在某些特定的场景下，用户佩戴沉浸式眼镜时，将失去周围环境的视野，无法做出有效的姿态和位置的调整，且没有用户可以协助调整无人机的姿态和位置，从而无法使得无人机和地面设备和有向发射、接收天线的最大辐射方向与信号传输方向一致。

本发明实施方式的天线选择方法综合考虑第一电子设备30和第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息，从第一电子设备30的多个有向天线11中选择在当前辐射径方向上辐射收发增益较强的有向天线11作为第一电子设备30的工作天线，并关闭除工作天线外的有向天线11。因此，不需要同时支持多个有向天线11的信号发射和接收，并且天线的选择过程可由第一电子设备30本身来实现，无需用户参与到第一电子设备30的姿态和位置的调整，因此，降低了射频电路的设计复杂度，节省了有限的发射功率和提高了通信质量，从而提高了图传质量、遥控灵敏度、通信距离等，同时，可以实现自主选择合理的有向天线11作为工作天线，消除了人为的干预。另外，由于本发明实施方式的天线选择方法在各个方向上都能找到合适的有向天线11作为工作天线，因此，间接地增加了有向天线11的辐射覆盖率。

在某些实施方式中，第一电子设备30包括无人机、沉浸式眼镜和遥控器中的至少一种。与之相应地，第二电子设备40也可包括无人机、沉浸式眼镜和遥控器中的至少一种。

也即是说，电子设备10包括无人机、沉浸式眼镜和遥控器中的至少一种。与之相应地，远端电子设备20也可包括无人机、沉浸式眼镜和遥控器中的至少一种。

例如，请参阅图3，第一电子设备30(即电子设备10)可以为沉浸式眼镜，第二电子设备40(即远端电子设备20)可以为无人机；或者第一电子设备30(即电子设备10)可以为无人机，第二电子设备40(即远端电子设备20)可以为遥控器；或者第一电子设备30(即电子设备10)可以为沉浸式眼镜和无人机，第二电子设备40(即远端电子设备20)可以为遥控器；或者第一电子设备30(即电子设备10)可以为遥控器，第二电子设备40(即远端电子设备20)可以为沉浸式眼镜和无人机等。

在一个实施例中，当第一电子设备30为沉浸式眼镜，第二电子设备40为无人机时(也即是说，本发明实施方式的天线选择方法应用于沉浸式眼镜)，沉浸式眼镜包括多个有向天线11，沉浸式眼镜根据无人机相对于沉浸式眼镜的相对位置和相对姿态，选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为沉浸式眼镜的工作天线，并关闭沉浸式眼镜除工作天线外的有向天线11。

在一个实施例中，当第一电子设备30为无人机，第二电子设备40为沉浸式眼镜时(也即是说，本发明实施方式的天线选择方法应用于无人机)，无人机包括多个有向天线11，无人机根据沉浸式眼镜相对于无人机的相对位置和相对姿态，选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为无人机的工作天线，并关闭无人机除工作天线外的有向天线11。

需要指出的是，在本发明实施方式中，辐射径方向为第一电子设备30与第二电子设备40之间的信号传输方向。有向天线11(即定向天线，指在特定方向上发射及接收电磁波的能力特别强，而在其他方向上发射及接收电磁波的能力为零或极小的天线)的个数不作限制，例如，可以为4个、6个、9个等。较佳地，多个有向天线11均匀分布，以使得各有向天线11的辐射方向不同，并能覆盖各个辐射区域。

请参阅图4，在某些实施方式中，S10包括：

S11：接收第二电子设备40发送的第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息；

S12：获取第一电子设备30实时的位置信息和姿态信息；和

S13：根据第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息、第一电子设备30实时的位置信息和姿态信息、第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息的误差信息、第一电子设备30实时的位置信息和姿态信息的误差信息计算第二电子设备40相对于第一电子设备30的相对位置和相对姿态。

请参阅图5，在某些实施方式中，电子设备10还包括卫星定位模块13和姿态测量模块14。处理器12可用于执行步骤S11、步骤S13中的方法，卫星定位模块13和姿态测量模块14可用于执行步骤S12中的方法。

也即是说，处理器12进一步可以用于接收第二电子设备40发送的第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息。卫星定位模块13可以用于获取第一电子设备30实时的位置信息，姿态测量模块14可以用于获取第一电子设备30实时的姿态信息。处理器12还进一步可以用于根据第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息、第一电子设备30实时的位置信息和姿态信息、第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息的误差信息、第一电子设备30实时的位置信息和姿态信息的误差信息计算第二电子设备40相对于第一电子设备30的相对位置和相对姿态。

具体地，卫星定位模块13可以为全球定位***(Global Positioning System，GPS)。GPS是一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航***，能为用户提供低成本、高精度的三维位置信息。姿态测量模块14可以包括第一电子设备30自带的传感器(例如重力计、加速度计等)、指南针等。重力计和加速度计用于获取第一电子设备30实时的俯仰角和横滚角，指南针用于获取第一电子设备30实时的偏航角(第一电子设备30正前方向向量和正北方向之间的水平夹角可以作为第一电子设备30的偏航角)。

可以理解，在一个例子中，第二电子设备40也可以包括卫星定位模块和姿态测量模块，以获取第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息，并将第二电子设备40实时的位置信息和姿态信息发送至第一电子设备30。

在某些实施方式中，沉浸式眼镜向无人机发送的无线信号可以定义为上行信号，无人机向沉浸式眼镜发送的无线信号可以定义为下行信号。

在一个实施例中，第一电子设备30为沉浸式眼镜，第二电子设备40为无人机。沉浸式眼镜接收无人机发送的无人机实时的位置信息和姿态信息(即下行信号)，然后获取自身实时的位置信息和姿态信息，再根据无人机实时的位置信息和姿态信息、沉浸式眼镜实时的位置信息和姿态信息、无人机实时的位置信息和姿态信息的误差信息、沉浸式眼镜实时的位置信息和姿态信息的误差信息来计算无人机相对于沉浸式眼镜的相对位置和相对姿态。

在一个实施例中，第一电子设备30为无人机，第二电子设备40为沉浸式眼镜。无人机接收沉浸式眼镜发送的沉浸式眼镜实时的位置信息和姿态信息(即上行信号)，然后获取自身实时的位置信息和姿态信息，再根据沉浸式眼镜实时的位置信息和姿态信息、无人机实时的位置信息和姿态信息、沉浸式眼镜实时的位置信息和姿态信息的误差信息、无人机实时的位置信息和姿态信息的误差信息来计算沉浸式眼镜相对于无人机的相对位置和相对姿态。

在某些实施方式中，误差信息为三维定位预估误差。三维定位预估误差也可由卫星定位模块13获取。

在某些实施方式中，位置信息包括卫星定位信息。卫星定位信息包括在大地坐标系下的位置信息、地心地固直角坐标系下的位置信息和三维定位预估误差。

具体地，大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。例如，第二电子设备40在大地坐标系下的位置信息可以为

其中，大地经度

大地纬度λ_u、大地高度h_u为大地坐标系下的3个坐标分量。第一电子设备30在大地坐标系下的位置信息可以为

其中，大地经度

大地纬度λ_g、大地高度h_g为大地坐标系下的3个坐标分量。

地心地固直角坐标系为坐标原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。例如，第二电子设备40在地心地固直角坐标系下的位置信息可以为(x_u，y_u，z_u)，其中，x_u、y_u、z_u分别为X轴、Y轴、Z轴的坐标分量。第一电子设备30在地心地固直角坐标系下的位置信息可以为(x_g，y_g，z_g)，其中，x_g、y_g、z_g分别为X轴、Y轴、Z轴的坐标分量。

第二电子设备40的三维定位预估误差可以为ε_u，第一电子设备30的三维定位预估误差可以为ε_g。

请参阅图6，在某些实施方式中，姿态信息包括俯仰角(PITCH)、横滚角(ROLL)和偏航角(YAW)中的至少一种。

也即是说，姿态信息可以包括俯仰角，或包括横滚角，或包括偏航角，或包括俯仰角和横滚角，或包括俯仰角和偏航角，或包括横滚角和偏航角，或包括俯仰角、横滚角和偏航角。

例如，第二电子设备40的姿态信息可以为(θ_u，φ_u，ψ_u)，其中，θ_u为俯仰角、φ_u为横滚角，ψ_u为偏航角。第一电子设备30的姿态信息可以为(θ_g，φ_g，ψ_g)，其中，θ_g为俯仰角、φ_g为横滚角，ψ_g为偏航角。

请参阅图7，在某些实施方式中，步骤S20具体包括以下步骤：

S21：计算第一电子设备30的辐射径方向。

在某些实施方式中，处理器12可用于执行步骤S21中的方法。

也即是说，处理器12可以用于计算第一电子设备30的辐射径方向。

具体地，第一电子设备30的辐射径方向即第一电子设备30向第二电子设备40传输信号的方向。

请参阅图8，在某些实施方式中，步骤S21具体包括：

S211：计算由第一电子设备30到第二电子设备40之间的观测向量；

S212：将观测向量转换为以第一电子设备30所在位置的站心坐标系中的向量；

S213：根据以第一电子设备30所在位置的站心坐标系中的向量计算第一电子设备30的机体坐标系下观测第二电子设备40的俯仰角；

S214：根据以第一电子设备30所在位置的站心坐标系中的向量计算由第一电子设备30观测第二电子设备40的方向与设定方向之间的夹角；和

S215：根据俯仰角和夹角确定第一电子设备30的辐射径方向。

在某些实施方式中，处理器12进一步可用于执行步骤S211、步骤S212、步骤S213、步骤S214、步骤S215中的方法。

也即是说，处理器12进一步可以用于：计算由第一电子设备30到第二电子设备40之间的观测向量；将观测向量转换为以第一电子设备30所在位置的站心坐标系中的向量；根据以第一电子设备30所在位置的站心坐标系中的向量计算第一电子设备30的机体坐标系下观测第二电子设备40的俯仰角；根据以第一电子设备30所在位置的站心坐标系中的向量计算由第一电子设备30观测第二电子设备40的方向与设定方向之间的夹角；和根据俯仰角和夹角确定第一电子设备30的辐射径方向。

请再次参阅图3，下面以第一电子设备30为沉浸式眼镜、第二电子设备40为无人机为例，具体说明计算第一电子设备30的辐射径方向的过程。

首先，将无人机相对于沉浸式眼镜的相对位置转换为以沉浸式眼镜为机体的机体坐标系下相对位置。

从沉浸式眼镜到无人机之间的观测向量为：

将其转换为以沉浸式眼镜所在位置的站心坐标系中的向量

变化关系是：

式中，

考虑佩戴沉浸式眼镜的用户的姿态信息的影响，在沉浸式眼镜的机体坐标系下，

式中，

其次，计算对应于沉浸式眼镜的机体坐标系下观测无人机的俯仰角：

然后，计算由沉浸式眼镜观测无人机的方向与设定方向(例如正北方向)之间的夹角，即方位角：

最后，根据上述俯仰角和方位角确定沉浸式眼镜的辐射径方向。

可以理解，当第一电子设备30为无人机、第二电子设备40为沉浸式眼镜时，转换沉浸式眼镜和无人机的逻辑关系，即可确定无人机的辐射径方向，在此不再展开说明。

请参阅图9和图10，在某些实施方式中，第一电子设备30包括存储器15。存储器15存储有各个有向天线11的辐射方向图信息与第一电子设备30的姿态信息之间的关系。步骤S20具体包括以下步骤：

S22：根据相对位置、相对姿态、各个有向天线11的辐射方向图信息与第一电子设备30的姿态信息之间的关系计算各个有向天线11在当前辐射径方向上的辐射收发增益；和

S23：遍历辐射收发增益并选择辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为工作天线。

请参阅图10，在某些实施方式中，电子设备10包括存储器15。存储器15存储有各个有向天线11的辐射方向图信息与电子设备10的姿态信息之间的关系。处理器12可用于执行步骤S22、步骤S23中的方法。

也即是说，处理器12进一步可以用于：根据相对位置、相对姿态、各个有向天线11的辐射方向图信息与电子设备10的姿态信息之间的关系计算各个有向天线11在当前辐射径方向上的辐射收发增益；和遍历辐射收发增益并选择辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为工作天线。

在一个例子中，存储器15存储的第i号有向天线11的辐射方向图信息与第一电子设备30的姿态信息之间的关系可以如下表所示：

第i号有向天线11的辐射增益表Gain(i_g，θ_{g_u}，α_{g_u})

其中，辐射增益Gain的单位为dBi，角度的单位为度。

可以理解，本发明实施方式中，θ_{g_u}和α_{g_u}的值可以通过步骤S211～步骤S214计算得到，当然，也可以通过其他方式计算得到，这里不作限制。

根据θ_{g_u}和α_{g_u}，可以查表得到有向天线11在当前辐射径方向上的辐射增益(即辐射收发增益)：

G_i＝Gain(i_g，θ_{g_u}，α_{g_u})

假设沉浸式眼镜包括4个有向天线11，各有向天线11的编号分别为0～3。无人机也包括4个有向天线11，各有向天线11的编号分别为4～7。遍历沉浸式眼镜的有向天线11的编号i_g，就可以获得沉浸式眼镜的4个有向天线11在该角度下的辐射增益G₀，G₁，G₂，G₃。从而，天线选择方法可以选择在当前辐射径方向上辐射增益超过设定阈值的有向天线11作为沉浸式眼镜的工作天线。

类似地，同样可以获得无人机的4个辐射增益G₄，G₅，G₆，G₇，从而选择在当前辐射径方向上辐射增益超过设定阈值的有向天线11作为无人机的工作天线。

另外，由于θ_{g_u}和α_{g_u}是一个浮点的变量，而Gain是一个离散特定角度下的天线增益数值表，如果θ_{g_u}和α_{g_u}无法在Gain表中查询到，则可以通过合理的差值方式获得在θ_{g_u}和α_{g_u}角度下的辐射增益。

请参阅图11，在某些实施方式中，天线选择方法还包括以下步骤：

S40：遍历各个有向天线11的辐射收发增益并选择选择辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为候选天线；

S50：分别计算当前工作天线和候选天线的性能评估值；和

S60：在候选天线的性能评估值大于当前工作天线的性能评估值且候选天线的性能评估值与当前工作天线的性能评估值之间的差值大于切换天线的门限阈值时，将候选天线切换为工作天线。

请参阅图12，在某些实施方式中，电子设备10包括天线切换射频电路16。处理器12可用于执行步骤S40、步骤S50中的方法，天线切换射频电路16可用于执行步骤S60中的方法。

也即是说，处理器12可以用于：遍历各个有向天线11的辐射收发增益并选择选择辐射收发增益超过设定阈值的有向天线11作为候选天线；和分别计算当前工作天线和候选天线的性能评估值。天线切换射频电路16可以用于：在候选天线的性能评估值大于当前工作天线的性能评估值且候选天线的性能评估值与当前工作天线的性能评估值之间的差值大于切换天线的门限阈值时，将候选天线切换为工作天线。

例如，首先，遍历各个有向天线11的辐射收发增益，可以选择在当前位置信息和姿态信息下的辐射收发增益较强的有向天线11作为候选天线。例如做4选2天线选择的时候，选择G₀，G₁，G₂，G₃中较大的2个有向天线(a0，a1)作为候选天线；做4选1天线选择的时候，选择G₀，G₁，G₂，G₃中最大的有向天线(a0)作为候选天线。

其次，计算当前工作天线和候选天线的性能评估值E。

以4选2天线为例，计算候选天线组的性能评估值E_a0，a1：

假设当前工作天线编号为(b0，b1)，计算当前工作天线组的性能评估值E_b0，b1：

G_b0＝Gain(b0，θ_{g_u}，α_{g_u})

G_b1＝Gain(b1，θ_{g_u}，α_{g_u})

然后，比较候选天线组的性能评估值E_a0，a1和当前工作天线组的性能评估值E_b0，b1之间的差值与切换天线的门限阈值TH之间的关系，若

E_a0，a1-E_b0，b1＞TH

则将(a0，a1)切换为工作天线，若不满足该条件式，则保持(b0，b1)为工作天线。

请参阅图13，在某些实施方式中，在S60前，天线选择方法还包括步骤：

S70：计算第一电子设备30与第二电子设备40的距离；

S80：当第一电子设备30与第二电子设备40的距离小于或等于第一电子设备30与第二电子设备40的三维定位预估误差之和时，将切换天线的门限阈值设置为第一门限阈值；和

S90：当第一电子设备30与第二电子设备40的距离大于第一电子设备30与第二电子设备40的三维定位预估误差之和时，将切换天线的门限阈值设置为第二门限阈值，其中，第一门限阈值大于第二门限阈值。

在某些实施方式中，处理器12可用于执行步骤S70、步骤S80、步骤S90中的方法。

也即是说，处理器12可以用于：计算电子设备10与远端电子设备20的距离；当电子设备10与远端电子设备20的距离小于或等于电子设备10与远端电子设备20的三维定位预估误差之和时，将切换天线的门限阈值设置为第一门限阈值；和当电子设备10与远端电子设备20的距离大于电子设备10与远端电子设备20的三维定位预估误差之和时，将切换天线的门限阈值设置为第二门限阈值，其中，第一门限阈值大于第二门限阈值。

在本发明实施方式中，上述计算得到的俯仰角θ_{g_u}和方位角α_{g_u}的可信度可以根据沉浸式眼镜和无人机之间的距离和各自的定位精度之间的相对关系来确定，沉浸式眼镜和无人机之间的距离越小，定位误差越大，则计算得到的俯仰角θ_{g_u}和方位角α_{g_u}结果误差越大，可信度越低。

沉浸式眼镜和无人机之间的距离：

根据无人机和沉浸式眼镜的三维定位预估误差ε_u和ε_g，当d≤ε_u+ε_g时，可以认为此时的角度计算误差较大，可信度较低，则将切换天线的门限阈值TH设置为TH_high，否则，将切换天线的门限阈值TH设置为TH_low。

请参阅图14，在某些实施方式中，有向天线11包括接收天线和发射天线。辐射收发增益包括辐射接收增益和辐射发射增益。步骤S20具体包括以下步骤：

S24：选择辐射接收增益超过第一增益阈值的有向天线11作为第一电子设备30的接收工作天线；和

S25：选择辐射发射增益超过第二增益阈值的有向天线11作为第一电子设备30的发射工作天线。

在某些实施方式中，有向天线11包括接收天线和发射天线。辐射收发增益包括辐射接收增益和辐射发射增益。处理器12可用于执行步骤S24、步骤S25中的方法。

也即是说，处理器12进一步可以用于：选择辐射接收增益超过第一设定阈值的有向天线11作为电子设备10的接收工作天线；和选择辐射发射增益超过第二设定阈值的有向天线11作为电子设备10的发射工作天线。

本发明实施方式的天线选择方法从第一电子设备30的多个有向天线11中选择在当前辐射径方向上辐射接收增益较强的有向天线11作为第一电子设备30的接收工作天线，从第一电子设备30的多个有向天线11中选择在当前辐射径方向上辐射发射增益较强的有向天线11作为第一电子设备30的发射工作天线。其中，接收工作天线和发射工作天线可以为同一有向天线11，或者为不同的有向天线11；第一设定阈值与第二设定阈值可以相等或不等，这里不作限制。

在图14的示例中，步骤S25在步骤S24之后执行，可以理解，在其它实施例中，步骤S25可在步骤S24之前执行，或步骤S24和步骤S25同时执行。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理模块的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(IPM过流保护电路)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种天线选择方法，用于选择与第二电子设备通信的第一电子设备的收发天线，其特征在于，所述第一电子设备包括多个有向天线，所述天线选择方法包括以下步骤：

计算所述第二电子设备相对于所述第一电子设备的相对位置和相对姿态；

计算由所述第一电子设备到所述第二电子设备之间的观测向量；

将所述观测向量转换为以所述第一电子设备所在位置的站心坐标系中的向量；

根据所述以所述第一电子设备所在位置的站心坐标系中的向量计算所述第一电子设备的机体坐标系下观测所述第二电子设备的俯仰角；

根据所述以所述第一电子设备所在位置的站心坐标系中的向量计算由所述第一电子设备观测所述第二电子设备的方向与设定方向之间的夹角；和

根据所述俯仰角和所述夹角确定所述第一电子设备的辐射径方向，所述辐射径方向为所述第一电子设备与所述第二电子设备之间的信号传输方向；

根据所述相对位置和所述相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的所述有向天线作为所述第一电子设备的工作天线；和

关闭除所述工作天线外的所述有向天线。

2.如权利要求1所述的天线选择方法，其特征在于，所述计算所述第二电子设备相对于所述第一电子设备的相对位置和相对姿态的步骤具体包括：

接收所述第二电子设备发送的所述第二电子设备实时的位置信息和姿态信息；

获取所述第一电子设备实时的位置信息和姿态信息；和

根据所述第二电子设备实时的位置信息和姿态信息、所述第一电子设备实时的位置信息和姿态信息、所述第二电子设备实时的位置信息和姿态信息的误差信息、所述第一电子设备实时的位置信息和姿态信息的误差信息计算所述第二电子设备相对于所述第一电子设备的所述相对位置和所述相对姿态。

3.如权利要求2所述的天线选择方法，其特征在于，所述位置信息包括卫星定位信息，所述卫星定位信息包括在大地坐标系下的位置信息、地心地固直角坐标系下的位置信息和三维定位预估误差。

4.如权利要求2所述的天线选择方法，其特征在于，所述姿态信息包括俯仰角、横滚角和偏航角中的至少一种。

5.如权利要求1所述天线选择方法，其特征在于，所述第一电子设备包括存储器，所述存储器存储有各个所述有向天线的辐射方向图信息与所述第一电子设备的姿态信息之间的关系，所述根据所述相对位置和所述相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的所述有向天线作为所述第一电子设备的工作天线的步骤具体包括：

根据所述相对位置、所述相对姿态、各个所述有向天线的辐射方向图信息与所述第一电子设备的姿态信息之间的关系计算各个所述有向天线在当前辐射径方向上的辐射收发增益；和

遍历所述辐射收发增益并选择辐射收发增益超过所述设定阈值的所述有向天线作为所述工作天线。

6.如权利要求5所述的天线选择方法，其特征在于，所述天线选择方法还包括以下步骤：

遍历各个所述有向天线的辐射收发增益并选择选择辐射收发增益超过所述设定阈值的有向天线作为候选天线；

分别计算当前工作天线和所述候选天线的性能评估值；和

在所述候选天线的性能评估值大于所述当前工作天线的性能评估值且所述候选天线的性能评估值与所述当前工作天线的性能评估值之间的差值大于切换天线的门限阈值时，将所述候选天线切换为所述工作天线。

7.如权利要求6所述的天线选择方法，其特征在于，在所述在所述候选天线的性能评估值大于所述当前工作天线的性能评估值且所述候选天线的性能评估值与所述当前工作天线的性能评估值之间的差值大于切换天线的门限阈值时将所述候选天线切换为所述工作天线的步骤前，所述天线选择方法还包括步骤：

计算所述第一电子设备与所述第二电子设备的距离；

在所述第一电子设备与所述第二电子设备的距离小于或等于所述第一电子设备与所述第二电子设备的三维定位预估误差之和时，将所述切换天线的门限阈值设置为第一门限阈值；和

在所述第一电子设备与所述第二电子设备的距离大于所述第一电子设备与所述第二电子设备的三维定位预估误差之和时，将所述切换天线的门限阈值设置为第二门限阈值，其中，所述第一门限阈值大于所述第二门限阈值。

8.如权利要求1所述的天线选择方法，其特征在于，所述有向天线包括接收天线和发射天线，所述辐射收发增益包括辐射接收增益和辐射发射增益，所述根据所述相对位置和所述相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的所述有向天线作为所述第一电子设备的工作天线的步骤具体包括：

选择辐射接收增益超过第一增益阈值的所述有向天线作为所述第一电子设备的接收工作天线；和

选择辐射发射增益超过第二增益阈值的所述有向天线作为所述第一电子设备的发射工作天线。

9.如权利要求1所述的天线选择方法，其特征在于，所述第一电子设备包括无人机、沉浸式眼镜和遥控器中的至少一种。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备用于与远端电子设备通信，所述电子设备包括多个有向天线和处理器，所述处理器用于：

计算所述远端电子设备相对于所述电子设备的相对位置和相对姿态；

计算由第一电子设备到第二电子设备之间的观测向量；

将所述观测向量转换为以所述第一电子设备所在位置的站心坐标系中的向量；

根据所述以所述第一电子设备所在位置的站心坐标系中的向量计算所述第一电子设备的机体坐标系下观测所述第二电子设备的俯仰角；

根据所述以所述第一电子设备所在位置的站心坐标系中的向量计算由所述第一电子设备观测所述第二电子设备的方向与设定方向之间的夹角；和

根据所述俯仰角和所述夹角确定所述电子设备的辐射径方向，所述辐射径方向为所述电子设备与所述远端电子设备之间的信号传输方向；

根据所述相对位置和所述相对姿态选择在当前辐射径方向上辐射收发增益超过设定阈值的所述有向天线作为所述电子设备的工作天线；和

关闭除所述工作天线外的所述有向天线。

11.如权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述处理器进一步用于：

接收所述远端电子设备发送的所述远端电子设备实时的位置信息和姿态信息；

所述电子设备包括：

卫星定位模块，所述卫星定位模块用于获取所述电子设备实时的位置信息；

姿态测量模块，所述姿态测量模块用于获取所述电子设备实时的姿态信息；

所述处理器还进一步用于：

根据所述远端电子设备实时的位置信息和姿态信息、所述电子设备实时的位置信息和姿态信息、所述远端电子设备实时的位置信息和姿态信息的误差信息、所述电子设备实时的位置信息和姿态信息的误差信息计算所述远端电子设备相对于所述电子设备的所述相对位置和所述相对姿态。

12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述位置信息包括卫星定位信息，所述卫星定位信息包括在大地坐标系下的位置信息、地心地固直角坐标系下的位置信息和三维定位预估误差。

13.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述姿态信息包括俯仰角、横滚角和偏航角中的至少一种。

14.如权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器，所述存储器存储有各个所述有向天线的辐射方向图信息与所述电子设备的姿态信息之间的关系，所述处理器进一步用于：

根据所述相对位置、所述相对姿态、各个所述有向天线的辐射方向图信息与所述电子设备的姿态信息之间的关系计算各个所述有向天线在当前辐射径方向上的辐射收发增益；和

遍历所述辐射收发增益并选择辐射收发增益超过所述设定阈值的所述有向天线作为所述工作天线。

15.如权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述处理器用于：

遍历各个所述有向天线的辐射收发增益并选择选择辐射收发增益超过所述设定阈值的有向天线作为候选天线；和

分别计算当前工作天线和所述候选天线的性能评估值；

所述电子设备包括天线切换射频电路，所述天线切换射频电路用于：

在所述候选天线的性能评估值大于所述当前工作天线的性能评估值且所述候选天线的性能评估值与所述当前工作天线的性能评估值之间的差值大于切换天线的门限阈值时，将所述候选天线切换为所述工作天线。

16.如权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述处理器用于：

计算所述电子设备与所述远端电子设备的距离；

在所述电子设备与所述远端电子设备的距离小于或等于所述电子设备与所述远端电子设备的三维定位预估误差之和时，将所述切换天线的门限阈值设置为第一门限阈值；和

在所述电子设备与所述远端电子设备的距离大于所述电子设备与所述远端电子设备的三维定位预估误差之和时，将所述切换天线的门限阈值设置为第二门限阈值，其中，所述第一门限阈值大于所述第二门限阈值。

17.如权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述有向天线包括接收天线和发射天线，所述辐射收发增益包括辐射接收增益和辐射发射增益，所述处理器进一步用于：

选择辐射接收增益超过第一设定阈值的所述有向天线作为所述电子设备的接收工作天线；和

选择辐射发射增益超过第二设定阈值的所述有向天线作为所述电子设备的发射工作天线。

18.如权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括无人机、沉浸式眼镜和遥控器中的至少一种。

Images