[发明专利]一种基于差分测距算法的自适应波束扫描天线系统

说明书

本发明一种基于差分测距算法的自适应波束扫描天线系统，包括设置在第一带宽双极化天线第二带宽双极化天线、第三带宽双极化天线；控制第一带宽双极化天线摆动的舵机；第一无线模块第二无线模块；分别接收第一无线模块、第二无线模块传送的第一电平信号及第二电平信号的控制器，控制器基于点对点自适应差分测距算法，识别出第二带宽双极化天线、第三带宽双极化天线之中与第一带宽双极化天线相距较远的带宽双极化天线，计算出第一带宽双极化天线需要转动的角度，并发出控制信号；舵机控制接收控制器传送的控制信号，控制第一带宽双极化天线按照角度进行转动，进而与相距较远的带宽双极化天线相对应，提高了无线接收信号的有效性与可靠性。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种基于差分测距算法的自适应波束扫描天线系统。

背景技术

随着我国各种经济体的快速发展，对能源的需求日益渐涨，煤炭一直是我国经济发展中的主要消耗能源。大量的煤矿资源开采同时伴随着各种高风险的煤矿安全事故。当前我国的井下通讯系统仍相对落后，大多数矿井还是以有线通信为主导，电缆冗杂沉重，遍布整个矿井系统。尤其是立井通道，上下长度一般在400m到1600m不等。每天罐笼不停地上下运作，线缆随罐笼上下磨损严重，这存在严重的安全问题以及通信质量问题。有线通信已无法适应立井通道系统通信的需要，因此近些年来，立井通道无线通信的发展已慢慢成为未来立井通信的发展趋势。

立井通道无线通信条件恶劣，通道内电磁波传输受立井通道结构、罐笼系统干扰、环境湿度、温度、粉尘、电火花以及瓦斯浓度等的影响，损耗较大且不均匀。尤其在通道边缘，凹凸不平的侧壁对电磁波的传输产生极大损耗。有些矿井尝试在罐笼上安装WIFI无线系统实现视频监控，但是WIFI无线系统采用的常规天线辐射波束较大，辐射距离有限，无法根据通道形状和长度进行灵活覆盖。参照地面无线通信的发展，窄波束高增益的基站天线渐渐投入到立井通道无线覆盖应用。

基站天线的投入使用，在许多小型矿井基本实现了立井通道无线通信的全覆盖，并多数基站天线采用的双极化特性，一定程度上满足了通信功能数量提升所需带宽的需要。但是受安装环境的影响，安装的天线尺寸受到限定。许多中型、大型矿井由于通道的加深，无线通信系统功能的增多，普通的基站天线带宽较窄并且无法实现对立井通道无线系统结构和功能的完全覆盖。

目前的波束扫描天线主要为改变单个阵元的权值或者相位，阵元与阵元之间的距离两大方面。且大部分的波束扫描天线尺寸较大，阵元较多。常规波束扫描天线阵列数目越多，波束扫描随角度改变增益和波束宽度变化越小。但因实际场景所限定，天线尺寸不宜过大，导致常规波束扫描天线在波束扫描过程中增益波瓣宽度变化较大。而实际在立井通道中，天线增益稍微改变的不均匀性就会使信道中的信号产生剧烈的多径干扰，导致信号传输的可靠性下降。因此，要同时实现波束扫描天线的宽带双极化、高隔离度、尺寸较小、波束扫描同时增益、波瓣宽度的低变化所面临的挑战还是巨大的。

随着自适应波束扫描天线理论和阵列信号处理技术的不断发展，基于天线的自适应定位技术的研究和应用越来越广泛，在雷达测向、导航制导和移动通信等领域中都具有极其重要的意义，受到了国内外学者的广泛关注。在日常生活和经济活动中空间位置的确定有着重要的意义。如城市中车辆位置的监控公路上车辆行驶速度的测量，目标人员位置的查询，公共财产或贵重物品的防盗等等都与空间位置息息相关。因此对物体位置的准确定位具有现实的社会经济意义。本申请针对与立井罐笼系统这一特殊背景提出了一种差分测距算法。综上所述，对于立井通道的无线覆盖，研究一种基于差分测距算法的自适应波束扫描天线系统是非常有必要的。阵列天线是最为关键的部分之一，该系统需要一款带宽较宽、隔离度高、尺寸较小的双极化天线并组成天线阵列。为实现天线与罐笼的点对点无线通信，所以依据所设计的天线阵列设计了一种差分测距算法。

发明内容

为了解决在立井无线通信系统，因立井通道过长，罐笼因上下运行而导致罐笼上视频语音信号不稳定的问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：

设置在立井顶部的第一带宽双极化天线；