[發明專利]無人機載天線陣列的波束對準方法、系統

有效

• 申請號: 202110444004.9
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113329416B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 李斌;陶藝文;趙成林;許方敏
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W16/28
• 分類號: H04W16/28;H04B7/06;H01Q1/28;H01Q21/00;B64C39/02
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 孫曉鳳

本公開提供一種無人機載天線陣列的波束對準方法、系統，所述方法包括：預測第一無人機和第二無人機在目標校準時刻的第一位置，并確定第一無人機的第一波束發射角度和第二無人機的第二波束發射角度，以進行第一次波束對準且得到接收對方信號的第一功率；將第一位置更新為第二位置，并確定第一無人機的第三波束發射角度和第二無人機的第四波束發射角度，以進行第二次波束對準且得到接收對方信號的第二功率；根據第一波束發射角度、第二波束發射角度、第一功率、第三波束發射角度、第四波束發射角度和第二功率，以進行第三次波束對準。本公開提出的方法實現了無人機載天線陣列的波束進行快速且高精度的對準。

技術領域

本公開涉及無人機技術領域，尤其涉及一種無人機載天線陣列的波束對準方法、系統。

背景技術

無人機作為一種未來通信網絡中極具潛力的輔助工具，具有諸多優良特性，包括：高度靈活的機動性、干凈的通信信道環境、以及更好的地面覆蓋特性等等。因此，無人機能夠在多種特殊環境(例如遙感遙測、密集覆蓋、災害救援等場景)中發揮作用，因而受到愈發廣泛的關注。然而，無人機在提供便利通信條件的同時，受到為延長續航時間、提供飛行動力而帶來的能量限制，以及無人機本身規格所決定的搭載硬件尺寸限制。因此，未來無人機將多搭載工作于毫米波(Millimeter Wave，mmWave)波段的多天線裝置，通過波束賦形，以發射波束的形式進行與其他通信節點(包括無人機、基站等)的高效信息傳輸。如此，既能保證以較低的發射功率將能量匯集到通信目標方向，并提供高質量通信；又能得益于毫米波信號的短波長特性，使得尺寸受限的無人機硬件空間能夠搭載較多陣元的毫米波天線陣列。

毫米波多天線波束通信雖然能夠為無人機通信系統提供極大的便利，但同時也為無人機系統提出了挑戰。具體來說，毫米波多天線通信需要波束之間的精確對準，以應對毫米波信號的極強衰減性質。而無人機本身的性質決定了其在通信過程中將處于不斷運動的狀態，并且其位置由于諸多因素(包括無人機自身路徑規劃、風速等其他因素)而呈現出較強的隨機性。這種無人機位置隨機性將對多天線波束的實時校準造成困難，而連續的波束偏離必將影響無人機系統的正常通信，并降低可靠通信信道容量。傳統上，波束方向的動態實時校準一般通過諸如最小均方誤差(Minimum Mean-Square-Error，MMSE)等的優化算法進行實現。然而，這類算法通常需要在較為龐大的優化空間中搜索最優波束配對，因而具有較高的處理復雜度以及運算時延，不利于能量受限的無人機系統的快速實時信息傳輸。此外，相關研究也提出以波束跟蹤的方式進行實時無人機載天線陣列波束校準，但這些方法通常也需要數次以上的波束調整過程。綜上所述，目前亟需發展無人機多天線快速實時波束校準技術。

發明內容

有鑒于此，本公開的目的在于提出一種無人機載天線陣列的波束對準方法、系統。

基于上述目的，本公開提供了一種無人機載天線陣列的波束對準方法，包括：

基于第一無人機、第二無人機在目標校準時刻t之前的至少一個估計位置，預測所述第一無人機和第二無人機在t時刻的第一位置；

基于所述第一位置，確定所述第一無人機的第一波束發射角度和第二無人機的第二波束發射角度；

分別按照所述第一波束發射角度和所述第二波束發射角度來調整所述第一無人機的波束方向和所述第二無人機的波束方向，以進行第一次波束對準，并在所述第一次波束對準后測量所述第一無人機、所述第二無人機接收對方信號的第一功率；

基于所述第一位置和所述第一功率，分別將所述第一無人機和所述第二無人機的所述第一位置更新為第二位置；

基于所述第二位置，確定所述第一無人機的第三波束發射角度和所述第二無人機的第四波束發射角度；

分別按照所述第三波束發射角度和所述第四波束發射角度來調整所述第一無人機的波束方向和所述第二無人機的波束方向，以進行第二次波束對準，并在所述第二次波束對準后測量所述第二無人機、所述第一無人機接收對方信號的第二功率；