一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的方法技术

一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的方法，在基站天线位置布置用于产生和波束及差波束两种形式波束的天线单元或者天线阵列作为接收天线，对人造卫星的信号同时或先后进行接收，比较两个波束的输出信号强度变化，在差波束的输出信号强度与和波束的输出信号强度的差别达到最大时，差波束的接收凹点所面对的方向就是卫星的方位角，本发明专利技术利用GPS、北斗等人造卫星代替太阳作为信号源，不需要测量卫星信号的载波相位，系统结构简单，成本大幅度降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，特别涉及一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行 方位角测量的方法。
技术介绍
基站天线的方位角指天线辐射口面的朝向。在移动通信的网络优化过程中，基站 天线的方位角和俯仰角是两个最重要的天线工作参数。国际上现有的基站天线方位角测试 方法有两大类，一类利用磁罗盘，另一类利用GPS卫星信号。磁罗盘的工作原理是利用地磁 场的方向性。利用磁罗盘进行测向具有成本低、系统简单的优点。但是磁罗盘容易受到周围 钢铁的影响，测试精度较低。GPS卫星测向利用两个GPS天线接收太空中卫星群的信号，通过 测量每个卫星在两个GPS天线上输出信号的载波相位差。再结合针对多个卫星的测量数据， 可以计算出基站天线的方位角。GPS卫星测向的优点是精度高，缺点是系统成本高、尺寸大。 新近出现了利用太阳光进行测向的专利技术。这种专利技术利用太阳轨道的精确性，实现 天线方位角的高精度测量，可以达到甚至超过双天线GPS测向设备的测试精度。该方案采用 不连续测向方案，只在离散的时间点上进行测量，和现有连续测量方式的太阳位置测试设 备相比，精度大幅度提高，成本大幅度降低。该方案结构简单、体积小、成本低。太阳光测向 的缺点就是需要良好的光照才能进行定位，在光照条件比较差的地区，定位速度较慢。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用和差波束天线与 人造卫星信号进行方位角测量的方法，利用GPS、北斗等人造卫星代替太阳作为信号源，与 现有的GPS、北斗测向方案相比，本专利技术不需要测量卫星信号的载波相位，系统结构简单，成 本大幅度降低。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是： -种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的方法，在基站天线位置 布置用于产生和波束1及差波束2两种形式波束的天线单元或者天线阵列作为接收天线，对 人造卫星3的信号同时或先后进行接收，比较两个波束的输出信号强度变化，在差波束2的 输出信号强度与和波束1的输出信号强度的差别达到最大时，差波束2的接收凹点4所面对 的方向就是卫星的方位角。 在实际工程中，接收凹点4所对应的角度可以和基站天线的方位角对齐，此时凹点 4所对应的方位角就等于基站天线的方位角。接收凹点4所对应的角度也可以和基站天线的 方位角存在一个固定角度差。此时测得接收凹点4所对应的方位角以后，再加上或者减去这 个固定角度差，就可以得到基站天线的方位角。 可通过对两个相同天线采用不同馈电方式来产生和波束1及差波束2;或通过一个 天线的两种模式来产生和波束1及差波束2,或者，通过两个或多个不同的天线来产生和波 束1及差波束2。 例如，接收天线可采用如下结构： 在一块金属板7的边缘，放置半波振子天线一8和半波振子天线二9,当半波振子天 线一8和半波振子天线二9被同相馈电时，两天线的合成波束为和波束1，当被反相馈电时， 两天线的合成波束为差波束2。 所述方位角的测量精度由差波束2的接收凹点4的深度和宽度决定，接收凹点4设 计的越陡峭，则测量精度越高。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1.本专利技术利用卫星轨道的精确性，实现方位角的高精度测量。 2.本专利技术不受周围钢铁的影响，测试精度远高于磁罗盘测向传感器。 3.本专利技术不需要采用太阳光作为信号源，不受天气影响，可以全天候工作。 4.本专利技术结构简单、成本低。【附图说明】 图1是利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的原理图。图2是当卫星处于不同方位时和波束、差波束的输出信号强度曲线。图3是本专利技术和波束、差波束的一种具体实现方案。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不 用于限定本专利技术。 人造卫星和太阳类似，具有空间位置持续移动并且轨道精确已知的特点。通过设 计具有高度方向角度选择性的天线，就可以检测到任意一颗人造卫星通过天线特定方向的 事件。由于人造卫星的俯仰角和方位角已知，所以可以计算出天线的方位角。而天线与设备 的相对位置关系已知，就可以进一步计算出设备的方位角。 如图1所示，本专利技术一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的方 法，首先在基站天线位置布置用于产生和波束1及差波束2两种形式波束的天线单元或者天 线阵列作为接收天线，对人造卫星3的信号同时进行接收。 在实际工程中，即可以对两个相同天线采用不同馈电方式来产生和、差波束，其中 由于幅度、相位的不同会使产生的凹点方位发生变化;也可以通过一个天线的两种模式来 产生和、差波束;也可以通过两个不同的天线来产生和、差波束，只要方向图上具有凹点的 天线都可以作为差波束;也可以通过更多的天线单元组成天线阵列来产生和、差波束。 然后利用该接收天线对天空中的人造卫星3的信号进行接收，由于和波束1及差波 束2的方向图形状不同，对于同一颗卫星，两种波束的输出信号强度随卫星位置的不同而发 生变化。通过比较两个波束的输出信号绝对强度和相对强度的变化，就可以判断出卫星是 否正在通过差波束2的接收凹点4。 具体地，如图2所示，当卫星在空间移动时，和波束1的接收信号幅度曲线5,差波束 2的接收信号幅度曲线6。由于差波束2存在接收凹点4,当卫星通过接收凹点4的正前方时， 和波束1、差波束2的输出信号幅度差别达到最大。由于卫星的轨道参数已知，所以此时卫星 的方位角已知，差波束2的接收凹点4所面对的方向就是卫星的方位角。本专利技术的测向精度由差波束2的接收凹点4的深度和宽度决定。由于差波束2的接 收凹点可以设计的非常陡峭，所以本专利技术具有很高的测向精度。和波束1用来判定卫星处在 差波束2的前方，以排除卫星处于差波束2的其它方向时所产生的接收信号强度跌落。以常用的GPS天线为例，如果和波束1的信号大于门限，如CN值大于50dB(具体门限 取决于系统设计），说明卫星的粗略位置处于和波束1的高增益覆盖区域。而如果此时差波 束2的CN输出值小于30dB，两个波束输出的相对差值到达20dB，说明卫星处于差波束2的接 收凹点4中。如果此时卫星的方向角为φ，而俯仰角为Θ。那么天线差波束2的接收凹点4对应 的方位角就是Φ。俯仰角Θ可以用来进一步提高测试精度，俯仰角过高、过低都会影响精度， 通常应该选取俯仰角Θ在15度到60度之间的卫星进行测量。对于常用的GPS、北斗等接收机，接收机的输出信号中包括每颗卫星的信号强度CN 值，卫星当前的俯仰角Θ和方位角Ψ，所以不需要单独进行轨道计算。可以直接根据CN值进 行判断，然后以接收机输出的方位角？作为凹点4所对应点方位角。图3所不的是一个本专利技术和波束1和差波束2的一种具体实现方式。在一块金属板7 的边缘，放置半波振子天线一8和半波振子天线二9,当半波振子天线一8和半波振子天线二 9被同相馈电时，两天线的合成波束为和波束1，当被反相馈电时，两天线的合成波束为差波 束2。【主权项】1. ，其特征在于，在基 站天线位置布置用于产生和波束（1)及差波束(2)两种形式波束的天线单元或者天线阵列 作为接收天线，对人造卫星(3)的信号同时或先后进行接收，比较两个波束的输出信号强度 变化，在差波束(2)的输出信号强度与和波束（1)的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的方法，其特征在于，在基站天线位置布置用于产生和波束(1)及差波束(2)两种形式波束的天线单元或者天线阵列作为接收天线，对人造卫星(3)的信号同时或先后进行接收，比较两个波束的输出信号强度变化，在差波束(2)的输出信号强度与和波束(1)的输出信号强度的差别达到最大时，差波束(2)的接收凹点(4)所面对的方向就是卫星的方位角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志军，曹晓京，
申请(专利权)人：常州安塔歌电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32