[发明专利]无人机载天线阵列的波束对准方法、系统

说明书

本公开提供一种无人机载天线阵列的波束对准方法、系统，所述方法包括：预测第一无人机和第二无人机在目标校准时刻的第一位置，并确定第一无人机的第一波束发射角度和第二无人机的第二波束发射角度，以进行第一次波束对准且得到接收对方信号的第一功率；将第一位置更新为第二位置，并确定第一无人机的第三波束发射角度和第二无人机的第四波束发射角度，以进行第二次波束对准且得到接收对方信号的第二功率；根据第一波束发射角度、第二波束发射角度、第一功率、第三波束发射角度、第四波束发射角度和第二功率，以进行第三次波束对准。本公开提出的方法实现了无人机载天线阵列的波束进行快速且高精度的对准。

技术领域

本公开涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机载天线阵列的波束对准方法、系统。

背景技术

无人机作为一种未来通信网络中极具潜力的辅助工具，具有诸多优良特性，包括：高度灵活的机动性、干净的通信信道环境、以及更好的地面覆盖特性等等。因此，无人机能够在多种特殊环境(例如遥感遥测、密集覆盖、灾害救援等场景)中发挥作用，因而受到愈发广泛的关注。然而，无人机在提供便利通信条件的同时，受到为延长续航时间、提供飞行动力而带来的能量限制，以及无人机本身规格所决定的搭载硬件尺寸限制。因此，未来无人机将多搭载工作于毫米波(Millimeter Wave，mmWave)波段的多天线装置，通过波束赋形，以发射波束的形式进行与其他通信节点(包括无人机、基站等)的高效信息传输。如此，既能保证以较低的发射功率将能量汇集到通信目标方向，并提供高质量通信；又能得益于毫米波信号的短波长特性，使得尺寸受限的无人机硬件空间能够搭载较多阵元的毫米波天线阵列。

毫米波多天线波束通信虽然能够为无人机通信系统提供极大的便利，但同时也为无人机系统提出了挑战。具体来说，毫米波多天线通信需要波束之间的精确对准，以应对毫米波信号的极强衰减性质。而无人机本身的性质决定了其在通信过程中将处于不断运动的状态，并且其位置由于诸多因素(包括无人机自身路径规划、风速等其他因素)而呈现出较强的随机性。这种无人机位置随机性将对多天线波束的实时校准造成困难，而连续的波束偏离必将影响无人机系统的正常通信，并降低可靠通信信道容量。传统上，波束方向的动态实时校准一般通过诸如最小均方误差(Minimum Mean-Square-Error，MMSE)等的优化算法进行实现。然而，这类算法通常需要在较为庞大的优化空间中搜索最优波束配对，因而具有较高的处理复杂度以及运算时延，不利于能量受限的无人机系统的快速实时信息传输。此外，相关研究也提出以波束跟踪的方式进行实时无人机载天线阵列波束校准，但这些方法通常也需要数次以上的波束调整过程。综上所述，目前亟需发展无人机多天线快速实时波束校准技术。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提出一种无人机载天线阵列的波束对准方法、系统。

基于上述目的，本公开提供了一种无人机载天线阵列的波束对准方法，包括：

基于第一无人机、第二无人机在目标校准时刻t之前的至少一个估计位置，预测所述第一无人机和第二无人机在t时刻的第一位置；

基于所述第一位置，确定所述第一无人机的第一波束发射角度和第二无人机的第二波束发射角度；

分别按照所述第一波束发射角度和所述第二波束发射角度来调整所述第一无人机的波束方向和所述第二无人机的波束方向，以进行第一次波束对准，并在所述第一次波束对准后测量所述第一无人机、所述第二无人机接收对方信号的第一功率；

基于所述第一位置和所述第一功率，分别将所述第一无人机和所述第二无人机的所述第一位置更新为第二位置；

基于所述第二位置，确定所述第一无人机的第三波束发射角度和所述第二无人机的第四波束发射角度；

分别按照所述第三波束发射角度和所述第四波束发射角度来调整所述第一无人机的波束方向和所述第二无人机的波束方向，以进行第二次波束对准，并在所述第二次波束对准后测量所述第二无人机、所述第一无人机接收对方信号的第二功率；