波束追踪方法、码本生成方法及装置制造方法及图纸

本说明书一个或多个实施例提供一种波束追踪方法。在该波束追踪方法中，发端无人机接收收端无人机反馈的运动状态信息；根据所述收端无人机的运动状态信息确定发端无人机到所述收端无人机的波束角；根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字；其中，所述预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一个激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；根据所选择码字对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及波束赋形向量；以及利用确定的波束赋形向量进行信息传输。本说明书的一个或多个实施例还提供了收端无人机的波束追踪方法、码本生成方法以及相应的波束追踪装置和码本生成装置。

【技术实现步骤摘要】
波束追踪方法、码本生成方法及装置
本说明书一个或多个实施例涉及无人机
，尤其涉及一种应用于定向阵子圆柱共形天线驱动的无人机的波束追踪方法、码本生成方法及波束追踪装置。
技术介绍
共形天线是一种能够附着于载体表面且与载体贴合的阵列天线，能够与无人机、卫星和导弹等高速运行的载体平台表面共形。在无人机
，使用贴合无人机形状的共形天线能够充分利用无人机自身的形状，实现全空间的波束覆盖，同时不破坏无人机的空气动力学特性，减少天线额外带来的阻力和能量开销。定向阵子是指辐射范围在一定角度区间内的天线阵子。定向阵子圆柱共形天线由于形状的普适性，能够用于无人机机身等多种载体表面的共形，同时保持良好的波束模式。毫米波波束追踪是一种保持毫米波通信链路的技术。毫米波通信采用窄波束补偿毫米波传播的高路损，并通过波束追踪技术获得相应的模拟波束赋形向量，从而保持毫米波波束对准，能够充分利用天线阵列增益，提高毫米波通信性能。进一步，在波束追踪技术中，通过设计码本并从码本中选择相应的码字可以高效地获得波束赋形向量。因此，在定向阵子圆柱共形天线驱动的毫米波无人机通信系统中，如何针对定向阵子圆柱共形天线天线阵列的特点进行码本设计，并依据所设计的码本获得波束赋形向量，从而进行高效地波束追踪是无人机无线通信赋能方面需要解决关键技术。
技术实现思路
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例提出一种波束追踪方法，可以实现定向阵子圆柱共形天线驱动的无人机间毫米波波束的有效追踪。本说明书一个或多个实施例提供的波束追踪方法可以包括：接收收端无人机反馈的运动状态信息；根据所述收端无人机的运动状态信息确定发端无人机到所述收端无人机的波束角；根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字；其中，所述预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一个激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；根据所选择码字所属子码本对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及波束赋形向量；以及利用确定的波束赋形向量进行信息传输。上述波束追踪方法可以进一步包括：在接收到收端无人机反馈的运动状态信息之后，根据接收的运动状态信息对未来T个时隙内收端无人机的运动状态信息进行预测；其中，所述根据所述收端无人机的运动状态信息确定确定发端无人机到所述收端无人机的波束角包括：在当前时隙内，根据接收的收端无人机的运动状态信息确定在当前时隙内发端无人机到所述收端无人机的波束角；以及在未来T个时隙内，根据通过预测得到的对应时隙内收端无人机的运动状态信息确定在对应时隙内发端无人机到所述收端无人机的波束角。其中，根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字包括：根据发端无人机天线阵列的尺寸以及所述波束角确定激活子阵列尺寸，其中，所述激活子阵列尺寸为所述发端无人机阵列尺寸和所述波束角计算所得的最大分辨率；根据所述激活子阵列尺寸在所述码本中选择与所述激活子阵列尺寸对应的子码本；以及根据所述波束角从所述子码本中选择码字。其中，所述波束角包括：第一方位角和第一俯仰角；其中，根据所述波束角从所述子码本中选择码字包括：从所述子码本中选择码字，其中，所述码字对应的波束角中的方位角与所述第一方位角的差最小；所述码字对应的波束角中的俯仰角与所述第一俯仰角的差最小。其中，根据所选择码字所属子码本对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定激活子阵列以及波束赋形向量包括：根据发端无人机天线阵列的尺寸以及激活子阵列尺寸确定中心阵子位置；根据所述激活子阵列尺寸以及中心阵子的位置确定所述激活子阵列；根据所述码字对应的波束角确定导向向量；以及根据所述激活子阵列以及所述导向向量确定所述波束赋形向量。本说明书的一个或多个实施例还提供了另一种波束追踪方法，可以包括：接收第k个发端无人机反馈的运动状态信息；根据所述第k个发端无人机的运动状态信息确定收端无人机到所述第k个发端无人机的波束角；根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字；其中，所述预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一种激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；计算所述第k个发端无人机选择的码字与其他发端无人机已选码字之间的冲突矩阵；响应于所述冲突矩阵是非零矩阵，计算第k个发端无人机选择的码字的冲突集合；其中，所述冲突集合包括：已选择码字的发端无人机中其所选码字与所述第k个发端无人机选择的码字冲突的发端无人机编号的集合；并在将第k个发端无人机的编号加入所述冲突集合后，更新冲突集合中所包含编号对应发端无人机所选择的码字；根据更新的码字对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及合并向量；以及利用确定的合并向量接收信息。上述波束追踪方法可以进一步包括：在接收到第k个发端无人机反馈的运动状态信息之后，根据接收的运动状态信息对未来T个时隙内第k个发端无人机的运动状态信息进行预测；其中，所述根据所述第k个发端无人机的运动状态信息确定所述第k个发端无人机到收端无人机的波束角包括：在当前时隙内，根据接收的第k个发端无人机的运动状态信息确定所述第k个发端无人机到所述收端无人机的波束角；以及在未来T个时隙内，根据通过预测得到的对应时隙内第k个发端无人机的运动状态信息确定所述第k个发端无人机到所述收端无人机的波束角。其中，所述更新冲突集合中所包含编号对应发端无人机所选择的码字包括：通过下述计算式更新激活子阵尺寸：其中，|Csa，k|代表上述冲突集合的势；通过下述计算式更新中心阵子位置：其中，iq代表上述集合中的元素按由小到大顺序排列后元素q对应的序号；通过下述计算式更新合并向量：本说明书的实施例还提供了应用于圆柱共形天线的码本生成方法，该方法包括：获取圆柱共形天线的参数；根据所述圆柱共形天线的参数，确定所述码本对应的最大激活子阵列尺寸；根据所述码本所对应的最大激活子阵列尺寸，确定所述码本所包含子码本的层数以及每一层子码本对应的激活子阵列尺寸；以及针对每一层子码本，根据对应的激活子阵列尺寸以及所述圆柱共形天线的参数，生成所述子码本所包含的码字。其中，所述圆柱共形天线的参数包括：圆柱共形天线的尺寸、天线阵子间角度间隔以及天线阵子定向辐射宽度；其中，确定所述码本对应的最大激活子阵列尺寸为Mmax×Nmax，其中，Mmax等于所述圆柱共形天线在z轴上的天线阵子数；Nmax根据如下表达式确定：其中，代表圆柱共形天线在xy平面上天线阵子的角度间隔；l表示任意整数；Δα表示天线阵子在方位面上的辐射宽度；N为所述圆柱共形天线在xy平面上一组天线阵子的数量；α0表示给定的方位角。其中，根据对应的激活子阵列尺寸以及所述圆柱共形天线的参数，生成所述子码本所包含的码字包括：根据所述子码本对应的激活子阵列的尺寸以及所述圆柱共形天线的参数确定所述子码本中每一个码字对应波束在方位面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波束追踪方法，包括：/n接收收端无人机反馈的运动状态信息；/n根据所述收端无人机的运动状态信息确定发端无人机到所述收端无人机的波束角；/n根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字；其中，所述预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一个激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；/n根据所选择码字所在子码本对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及波束赋形向量；以及/n利用确定的波束赋形向量进行信息传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种波束追踪方法，包括：
接收收端无人机反馈的运动状态信息；
根据所述收端无人机的运动状态信息确定发端无人机到所述收端无人机的波束角；
根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字；其中，所述预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一个激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；
根据所选择码字所在子码本对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及波束赋形向量；以及
利用确定的波束赋形向量进行信息传输。


2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在接收到收端无人机反馈的运动状态信息之后，根据接收的运动状态信息对未来T个时隙内收端无人机的运动状态信息进行预测；其中，
所述根据所述收端无人机的运动状态信息确定确定发端无人机到所述收端无人机的波束角包括：
在当前时隙内，根据接收的收端无人机的运动状态信息确定在当前时隙内发端无人机到所述收端无人机的波束角；以及
在未来T个时隙内，根据通过预测得到的对应时隙内收端无人机的运动状态信息确定在对应时隙内发端无人机到所述收端无人机的波束角。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字包括：
根据发端无人机天线阵列的尺寸以及所述波束角确定激活子阵列尺寸，其中，所述激活子阵列尺寸为所述发端无人机阵列尺寸和所述波束角计算所得的最大分辨率；
根据所述激活子阵列尺寸在所述码本中选择与所述激活子阵列尺寸对应的子码本；以及
根据所述波束角从所述子码本中选择码字。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述波束角包括：第一方位角和第一俯仰角；其中，
根据所述波束角从所述子码本中选择码字包括：
从所述子码本中选择码字，其中，所述码字对应的波束角中的方位角与所述第一方位角的差最小；所述码字对应的波束角中的俯仰角与所述第一俯仰角的差最小。


5.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所选择码字所属子码本对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定激活子阵列以及波束赋形向量包括：
根据发端无人机天线阵列的尺寸以及激活子阵列尺寸确定中心阵子位置；
根据所述激活子阵列尺寸以及中心阵子的位置确定所述激活子阵列；
根据所述码字对应的波束角确定导向向量；以及
根据所述激活子阵列以及所述导向向量确定所述波束赋形向量。


6.一种波束追踪方法，包括：
接收第k个发端无人机反馈的运动状态信息；
根据所述第k个发端无人机的运动状态信息确定收端无人机到所述第k个发端无人机的波束角；
根据所述波束角从预先设置的码本中选择码字；其中，所述预先设置的码本包括至少两层子码本，其中，每一层子码本对应一种激活子阵列尺寸；每一层子码本包括至少两个码字，其中，每个码字对应一个波束角；
计算所述第k个发端无人机选择的码字与其他发端无人机已选码字之间的冲突矩阵；
响应于所述冲突矩阵是非零矩阵，计算第k个发端无人机选择的码字的冲突集合；其中，所述冲突集合包括：已选择码字的发端无人机中其所选码字与所述第k个发端无人机选择的码字冲突的发端无人机编号的集合；并在将第k个发端无人机的编号加入所述冲突集合后，更新冲突集合中所包含编号对应发端无人机所选择的码字；
根据更新的码字对应的激活子阵列尺寸以及波束角确定自身定向阵子圆柱共形天线的激活子阵列以及合并向量；以及
利用确定的合并向量接收信息。


7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：在接收到第k个发端无人机反馈的运动状态信息之后，根据接收的运动状态信息对未来T个时隙内第k个发端无人机的运动状态信息进行预测；其中，
所述根据所述第k个发端无人机的运动状态信息确定所述第k个发端无人机到收端无人机的波束角包括：
在当前时隙内，根据接收的第k个发端无人机的运动状态信息确定所述第k个发端无人机到所述收端无人机的波束角；以及
在未来T个时隙内，根据通过预测得到的对应时隙内第k个发端无人机的运动状态信息确定所述第k个发端无人机到所述收端无人机的波束角。


8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述更新冲突集合中所包含编号对应发端无人机所选择的码字包括：
通过下述计算式更新激活子阵尺寸：



其中，|Csa，k|代表上述冲突集合的势；
通过下述计算式更新中心阵子位置：



其中，iq代表上述集合中的元素按由小到大顺序排列后元素q对应的序号；
通过下述计算式更新合并向量：





9.一种应用于圆柱共形天线的码本生成方法，该方法包括：
获取圆柱共形天线的参数；
根据所述圆柱共形天线的参数，确定所述码本对应的最大激活子阵列尺寸；
根据所述码本所对应的最大激活子阵列尺寸，确定所述码本所包含子码本的层数以及每一层子码本对应的激活子阵列尺寸；以及
针对每一层子码本，根据对应的激活子阵列尺寸以及所述圆柱共形天线的参数，生成所述子码本所包含的码字。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述圆柱共形天线的参数包括：圆柱共形天线的尺寸、天线阵子间角度间隔以及天线阵子定向辐射宽度；其中，
确定所述码本对应的最大激...

【专利技术属性】
技术研发人员：许文俊，张婧琳，高晖，冯志勇，张治，林家儒，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11