Патент на изобретение №2353028
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ И САМОКОРРЕКТИРУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ АНТЕННЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к системам управления антенной. Технический результат – обеспечение возможности точного определения местонахождения транспортного средства. Способ управления направлением установленной на транспортном средстве антенны содержит определение позиционного решения на основании сигнала изменения направления, выдаваемого из датчика направления, определение энергетического решения на основании указателя интенсивности сигнала, комбинирование позиционного решения и энергетического решения, чтобы вырабатывать сигнал управления антенной, и регулирование направления антенны на основании сигнала управления антенной. Система также действует, чтобы периодически калибровать себя, чтобы компенсировать любые ошибки датчика, чтобы можно было избежать интенсивных калибровочных процедур. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.
I. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение, в целом, относится к системам управления антенной, в частности к системе и способам для предоставления самокорректирующейся системы управления мобильной антенной. II. Описание предшествующего уровня техники Прогресс технологии обеспечил увеличение автоматизации во многих индустриях. Например, в индустрии грузоперевозок технология предоставила возможность перевозки и доставки груза практически круглосуточно. Транспортные средства для доставки в настоящее время перевозят и доставляют грузы во все части страны. Например, в индустрии перевозок автотранспортом перевозящие груз тягачи с прицепами могут проезжать сотни или тысячи миль, чтобы достигнуть места назначения. В некоторых случаях транспортные средства доставки могут выполнять одну или более промежуточных остановок до достижения конечного пункта назначения. Технологические усовершенствования в системах связи оказали сильное воздействие на то, как транспортные средства конструируются и используются. Например, в настоящее время для всех типов транспортных средств возможно принимать сигналы, транслируемые наземными и/или спутниковыми передатчиками. Как правило, эти сигналы предоставляют географическую информацию так, что предоставляется возможность точно определять положение транспортного средства. Например, глобальная система позиционирования на местности (GPS) передает сигналы позиционирования со спутников, и автомобили, использующие простые антенные системы, могут принимать эти сигналы. Однако становится все более желательно обеспечить некоторые транспортные средства системами направленной антенны с большим усилением. Например, в индустрии перевозок автотранспортом будет очень выгодно иметь возможность передавать параметры транспортного средства и другую информацию от находящихся в пути грузовиков на удаленную центральную станцию. Этот тип связи может быть реализован, используя наземные или спутниковые приемопередатчики. Хотя необходимая для осуществления этой функции электроника для радиопередачи, как правило, доступна, необходима специализированная антенная система для установки надежного и эффективного канала связи между движущимся транспортным средством, таким как грузовик, и наземным или спутниковым приемопередатчиком. Например, для канала связи может потребоваться, чтобы на транспортном средстве была установлена направленная антенна, и она управлялась так, чтобы она всегда была наведена на спутник связи. Направленная антенна предоставит возможность транспортному средству передавать и принимать больше информации и уменьшить помехи на другие спутники. К сожалению, обычные системы, которые действуют, чтобы поддерживать направленную антенну на движущейся платформе точно наведенной, имеют несколько проблем. Во-первых, эти системы, как правило, используют дорогостоящие компоненты, например один или более гироскопов (датчиков угловой скорости рыскания). Так как эти компоненты могут быть дорогостоящими, оснащение целого парка грузовиков подобной системой может стать недопустимо с финансовой точки зрения. Кроме того, эти компоненты плохо подходят для суровых внешних условий, с которыми сталкиваются грузовики, когда они ездят во все части страны в любых погодных условиях. Более того, так как даже самые дорогие компоненты склонны к отклонениям и производят ошибки, обычные системы, как правило, требуют интенсивных калибровочных процедур и дорогостоящего эксплуатационного обслуживания. Следовательно, необходима система управления антенны для использования в движущихся транспортных средствах, чтобы точно наводить установленную на транспортном средстве антенну на желаемую позицию, чтобы предоставить возможность устанавливать и поддерживать канал связи с наземным или спутниковым приемопередатчиком. Система должна быть простой, точной, с низкой стоимостью и не требовать интенсивной калибровки или эксплуатационного обслуживания, таким образом, предоставлять возможность установки на большое количество транспортных средств без чрезмерных затрат. Сущность изобретения В одном или более вариантах осуществления предоставлена система, содержащая способы и устройство для использования в транспортном средстве, чтобы предоставить недорогую и точную самокорректирующуюся систему управления антенной. Система особенно хорошо подходит для использования с движущимися транспортными средствами, где необходимо поддерживать бортовую направленную антенну точно наведенной на желаемый наземный или спутниковый приемопередатчик. В одном варианте осуществления система использует недорогой датчик угловой скорости рыскания для определения того, как нужно передвинуть антенну транспортного средства, чтобы она оставалась наведенной на позицию выбранного приемопередатчика. Вследствие того, что недорогой датчик не откалиброван идеально и со временем может выдавать ошибки, система действует, чтобы предоставлять дополнительный компенсирующий сигнал для корректировки любых ошибок, которые могут возникнуть. Система выводит компенсирующий сигнал, исходя из предоставляемых антенной измерений сигнальной энергии. В результате система управления использует измерения сигнальной энергии в качестве обратной связи в сочетании с выходным сигналом датчика, чтобы генерировать сигнал управления, который используется, чтобы поддерживать антенну точно наведенной. Дополнительно, сигнал калибровки выводится из компенсирующего сигнала, чтобы непрерывно калибровать датчик. Так как система действует, чтобы непрерывно калибровать себя, представляется возможным использовать недорогой датчик угловой скорости рыскания. В результате представляется возможным избежать затрат и интенсивных калибровочных процедур, которые связаны с большими и более дорогостоящими обычными системами. В одном варианте осуществления предоставлен способ для управления направлением установленной на транспортном средстве антенны. Способ содержит определение позиционного решения на основании сигнала изменения направления, выдаваемого датчиком направления, определение энергетического решения на основании указателя интенсивности сигнала, комбинирование позиционного решения и энергетического решения, чтобы вырабатывать сигнал управления антенной, и регулирование направления антенны на основании сигнала управления антенной. В еще одном варианте осуществления предоставлено устройство для управления направлением установленной на транспортном средстве антенны. Устройство содержит логику позиционного отслеживания, которая действует, чтобы определять позиционное решение на основании сигнала изменения направления, выдаваемого датчиком положения, и логику сигнального отслеживания, которая действует, чтобы определять энергетическое решение на основании указателя интенсивности сигнала. Устройство также содержит комбинирующую логику, которая действует, чтобы комбинировать позиционное решение и энергетическое решение, чтобы вырабатывать сигнал управления антенной, и двигатель, который действует, чтобы управлять направлением антенны на основании сигнала управления антенной. В еще одном варианте осуществления предоставлено устройство для управления направлением установленной на транспортном средстве антенны. Устройство содержит средство для определения позиционного решения на основании сигнала изменения направления, выдаваемого датчиком направления, и средство для определения энергетического решения на основании указателя интенсивности сигнала. Устройство также содержит средство для комбинирования позиционного решения и энергетического решения, чтобы вырабатывать сигнал управления антенной, и средство для регулирования направления антенны на основании сигнала управления антенной. В еще одном варианте осуществления предоставлен машиночитаемый носитель, который содержит команды, которые при их выполнении процессором в системе управления антенной действуют, чтобы управлять направлением установленной на транспортном средстве антенны. Машиночитаемый носитель содержит команды для определения позиционного решения на основании сигнала изменения направления, выдаваемого датчиком направления, и команды для определения энергетического решения на основании указателя интенсивности сигнала. Машиночитаемый носитель также содержит команды для комбинирования позиционного решения и энергетического решения, чтобы вырабатывать сигнал управления антенной, и команды для регулирования направления антенны на основании сигнала управления антенной. Краткое описание чертежей Вышеупомянутые особенности и сопутствующие преимущества описанных здесь вариантов осуществления будут более ясны при ссылке на следующее подробное описание, взятое в сочетании с сопутствующими чертежами, на которых: На Фиг.1 показано транспортное средство, которое включает в себя один вариант осуществления системы управления антенной; На Фиг.2 показана подробная схема одного варианта осуществления системы управления антенной для использования в транспортном средстве; На Фиг.3 показан один вариант осуществления способа функционирования системы управления антенной с Фиг.2, чтобы управлять антенной на транспортном средстве; На Фиг.4 показан один вариант осуществления способа функционирования системы управления антенной с Фиг.2 для определения позиционного решения; На Фиг.5 показан один вариант осуществления способа функционирования системы управления антенной с Фиг.2 для определения энергетического решения; На Фиг.6 показан один вариант осуществления способа функционирования системы управления антенной с Фиг.2, чтобы предоставлять функции калибровки. Подробное описание Следующее подробное описание описывает систему управления антенной, которая включает в себя способы и устройство для управления антенной на транспортном средстве. Например, в одном варианте осуществления транспортное средство содержит направленную антенну, которая предоставляет транспортному средству возможность осуществлять связь с наземным или спутниковым приемопередатчиком. Для того чтобы устанавливать надежный канал связи и уменьшать помехи на другие спутники, антенне нужно быть точно наведенной на положение удаленного приемопередатчика, когда транспортное средство движется. В одном варианте осуществления система управления содержит недорогой датчик угловой скорости рыскания (гироскоп), который выдает сигнал изменения направления. Система управления использует этот сигнал изменения направления, чтобы генерировать сигнал управления, который управляет двигателем, используемым для наводки антенны. Система управления, кроме того, содержит аппаратное и/или программное обеспечение для того, чтобы обрабатывать принятые антенной сигналы, которые комбинируются как часть сигнала управления, чтобы управлять направлением антенны. Дополнительно, система управления генерирует корректирующий сигнал, который используется для того, чтобы периодически регулировать любые ошибки датчика. Таким образом, система предоставляет точное управление направлением антенны транспортного средства даже тогда, когда транспортное средство в движении, чтобы сохранять надежный канал связи с удаленным приемопередатчиком. Система также действует, чтобы периодически калибровать себя, чтобы компенсировать любые ошибки датчика, так что интенсивных процедур калибровки можно избежать. Следует понимать, что описанная система управления может быть использована для управления направлением антенны, установленной практически на любом типе транспортного средства, включая, но не ограничиваясь, грузовики, автобусы, автомобили, строительное оборудование и суда. На Фиг.1 показано транспортное средство 100, которое содержит один вариант осуществления системы 102 управления антенной для управления направлением антенны 104, установленной на транспортном средстве 100. Транспортное средство 100 в этом примере содержит тягач с прицепом, обычно используемый в индустрии перевозок автотранспортом на большие расстояния для перевозки товаров от грузоотправителей к грузополучателям. Транспортное средство 100, кроме того, содержит терминал мобильной связи (ТМС, не показан) для осуществления связи с одной или более удаленными станциями 110, используя антенну 104, чтобы осуществить связь посредством спутниковой системы беспроводной связи, которая использует спутник 106. Как правило, ТМС находится в части тягача транспортного средства 100, так чтобы он был легко доступен водителю транспортного средства. Часть прицепа транспортного средства 100, как правило, содержит груз 108, который нужно доставить в один или более пунктов доставки. Система связи предоставляет двухстороннюю связь между транспортным средством 100 и удаленной станцией 110. Система связи также может предоставлять связь между транспортным средством 100 и третьими сторонами, такими как центр управления парком или диспетчерский центр, члены семьи, представители государственной власти, грузополучатели, грузоотправители и т.п. Транспортное средство 100 может также содержать другие беспроводные системы, которые могут быть использованы в дополнение или вместо спутниковой системы, такие как аналоговая или цифровая сотовая телефонная система, система радиосвязи, или беспроводная сеть передачи данных, такая как сеть сотовой цифровой передачи пакетов данных (CDPD). Такие другие беспроводные системы также могут содержать одну или более антенн, которые могут управляться одним или более вариантами осуществления системы управления антенной. В одном варианте осуществления система 102 управления действует, чтобы определять ориентацию транспортного средства и генерировать сигнал управления, который используется, чтобы управлять направлением антенны 104, так чтобы она оставалась наведенной в направлении наземного или спутникового приемопередатчики и/или антенны. В одном варианте осуществления система 102 содержит недорогой датчик угловой скорости рыскания, который выдает сигнал изменения направления, когда транспортное средство движется. Сигнал изменения направления обрабатывается и комбинируется с компенсирующим сигналом, чтобы создать сигнал управления, который используется для того, чтобы управлять антенной 104. Компенсирующий сигнал выводится из интенсивности принятых антенной радиосигналов. Также генерируется корректирующий сигнал, который периодически калибрует систему, так что любые ошибки, выдаваемые датчиком угловой скорости рыскания, могут быть периодически скорректированы, в то время как транспортное средство находится в пути, без необходимости интенсивных калибровочных процедур. В результате система 102 управления антенной действует, чтобы управлять направлением антенны 104, в то время как транспортное средство в движении, чтобы предоставлять возможность системе связи транспортного средства устанавливать и поддерживать беспроводный канал связи для обеспечения связи с удаленной станцией 110 посредством спутника 106. На Фиг.2 показана подробная схема одного варианта осуществления системы 102 управления антенной, показанной на Фиг.1. Система 102 управления содержит логику 202 сигнального отслеживания, логику 204 преобразования угловой скорости рыскания, логику 206 коррекции ошибок, логику 208 гироскопического отслеживания и логику 210 суммирования. Система 102 управления получает сигнал 222 изменения направления из датчика угловой скорости рыскания (гироскопа) 212 и выдает сигнал 214 управления в двигатель 216, используемый для позиционирования направляемой антенны. Например, система 102 может быть использована для позиционирования антенны 104, показанной на Фиг.1. Следует понимать, что элементы показанной на Фиг.2 системы 102 управления представляют только один вариант осуществления, и что реализация системы 102 управления может быть достигнута по одному из любого количества путей, используя большее или меньшее количество функциональных элементов. Например, некоторые или все показанные функциональные элементы могут быть реализованы аппаратно или в компьютерной программе, выполняемой одним или более процессорами. Логика 202 сигнального отслеживания может быть выполнена в виде процессора, ЦПУ, вентильной матрицы, логической схемы, дискретной схемы, программного обеспечения или любой комбинации аппаратного и программного обеспечения. Логика 202 сигнального отслеживания включает в себя логику ввода, чтобы принимать указатель 218 мощности сигнала, который указывает величину мощности сигнала, принятого направленной антенной. Например, если антенна наведена, чтобы принимать передаваемые со спутника сигналы, соединенная с антенной схема приема (не показана) определяет величину мощности принятого сигнала и выдает указатель 218 мощности сигнала в систему 102 управления. Логика 202 сигнального отслеживания обрабатывает принятый указатель 218 мощности сигнала и выдает сигнал 220 решения энергетического отслеживания, который вводится в логику 210 суммирования. Сигнал 220 решения энергетического отслеживания указывает, следует ли изменить положение антенны, чтобы оптимизировать мощность получаемого сигнала. Сигнал 220 решения энергетического отслеживания также вводится в логику 206 коррекции ошибок. Логика 204 преобразования угловой скорости рыскания может быть выполнена в виде процессора, ЦПУ, вентильной матрицы, логической схемы, дискретной схемы, программного обеспечения или любой комбинации аппаратного и программного обеспечения. Логика 204 преобразования принимает сигнал 222 изменения направления из датчика 212 угловой скорости рыскания. Логика 204 преобразования преобразует сигнал 222 изменения направления в угол, используя преобразующую функцию, чтобы формировать угловой сигнал 224, который вводится в логику 208 гироскопического отслеживания. В одном варианте осуществления при преобразовании сигнала 222 изменения направления в угловой сигнал 224 логика 204 преобразования предоставляет положительное либо отрицательное регулирование сигнала 222 изменения направления. Логика 204 преобразования также принимает сигнал 226 коррекции ошибок из логики 206 коррекции ошибок. Сигнал 226 коррекции ошибок используется в качестве калибровочного сигнала, чтобы калибровать работу логики 204 преобразования угловой скорости рыскания. Например, в одном варианте осуществления логика 204 преобразования угловой скорости рыскания применяет один или более преобразовательных коэффициентов к сигналу 222 изменения направления, чтобы выработать угловой сигнал 224. Сигнал 226 коррекции ошибок используется логикой 204 преобразования угловой скорости рыскания для регулирования преобразовательных коэффициентов, и таким образом, тонко настраивает преобразование сигнала 222 изменения направления, чтобы компенсировать любые ошибки, которые могут возникнуть. Логика 208 гироскопического отслеживания может быть выполнена в виде процессора, ЦПУ, вентильной матрицы, логической схемы, дискретной схемы, программного обеспечения или любой комбинации аппаратного и программного обеспечения. Логика 208 гироскопического отслеживания действует, чтобы принимать угловой сигнал 224 и вырабатывать сигнал 228 гироскопического решения, который вводится в логику 210 суммирования. Логика 208 гироскопического отслеживания содержит любое подходящее аппаратное и/или программное обеспечение, чтобы вырабатывать сигнал 228 гироскопического решения. Например, в одном варианте осуществления логика 208 гироскопического отслеживания содержит справочную таблицу, которая используется для того, чтобы преобразовать угловой сигнал 224 в сигнал 228 гироскопического решения. В еще одном варианте осуществления логика 208 гироскопического отслеживания содержит процессор, который выполняет одно или более вычислений, чтобы выработать сигнал 228 гироскопического решения из углового сигнала 224. Логика 210 суммирования может быть выполнена в виде процессора, ЦПУ, вентильной матрицы, логической схемы, дискретной схемы, программного обеспечения или любой комбинации аппаратного и программного обеспечения. Логика 210 суммирования действует, чтобы комбинировать сигнал 220 энергетического решения и сигнал 228 гироскопического решения для того, чтобы выработать сигнал 214 управления, который вводится в двигатель 216, чтобы управлять направлением антенны. Двигатель 216 содержит любое подходящее аппаратное и/или программное обеспечение, чтобы преобразовывать сигнал 214 управления в любой сигнал или информацию, необходимую, чтобы привести в действие двигатель 216, чтобы отрегулировать направление антенны с целью достижения оптимального отслеживания, когда транспортное средство передвигается. В течение работы системы 102 управления датчик 212 угловой скорости рыскания выдает сигнал 222 изменения направления, который используется логикой 208 гироскопического отслеживания, чтобы генерировать сигнал 228 гироскопического решения. Сигнал 228 гироскопического решения является первичным сигналом, используемым, чтобы управлять направлением антенны транспортного средства посредством двигателя 216. Сигнал 220 решения энергетического отслеживания, генерируемый логикой 202 сигнального отслеживания, используется для тонкой настройки сигнала 214 управления, чтобы достигнуть оптимального направления антенны. Датчик 212 может быть любым типом датчика направления, однако, так как датчик 212 может быть недорогим датчиком угловой скорости рыскания, со временем он может стать предрасположенным к ошибкам. Логика 206 коррекции ошибок в сочетании с логикой 224 преобразования действует, чтобы калибровать датчик 212 путем обработки сигнала 226 коррекции ошибок, который выводится из решения 220 энергетического отслеживания. Таким образом, система действует, чтобы непрерывно регулировать направление антенны, когда транспортное средство движется, чтобы поддерживать точное отслеживание удаленного приемопередатчика, таким образом, предоставляя возможность устанавливать и поддерживать надежный канал связи. Более того, логика 206 коррекции ошибок в сочетании с логикой 204 преобразования действует, чтобы периодически калибровать преобразование сигнала 222 изменения направления, так чтобы система могла сохранять свою точность, в то время как транспортное средство в пути, без необходимости дорогостоящих и интенсивных калибровочных процедур. На Фиг.3 показан один вариант осуществления способа 300 функционирования одного варианта осуществления системы управления антенной, например системы 102 управления антенной с Фиг.2. В одном варианте осуществления способ 300 действует, чтобы непрерывно регулировать направление антенны на движущемся транспортном средстве. В одном варианте осуществления периодические интервалы (указываемые как тактовые интервалы или такты) используются, чтобы определять, когда выполняются одна или более функций способа 300. Например, информация изменения направления может быть получена из датчика угловой скорости рыскания в течение каждого тактового интервала и обработана системой управления. Способ начинается в блоке 302, где системные параметры получаются и/или инициализируются. Например, начальные измерения интенсивности принятого сигнала получаются от установленной на транспортном средстве антенны. В блоке 304 выполняется функция гироскопического отслеживания. Функция гироскопического отслеживания определяет, следует ли или нет отрегулировать направление антенны на основании движения транспортного средства, определенного из бортового датчика угловой скорости рыскания. Например, датчик 212 выдает сигнал 222 изменения направления, который преобразуется в угол, который используется функцией гироскопического отслеживания, чтобы определять, следует ли или нет изменить положение антенны для наводки в новом направлении, чтобы учесть движение транспортного средства. В одном варианте осуществления функция гироскопического отслеживания выполняется посредством логики 204 преобразования угловой скорости рыскания и логики 208 гироскопического отслеживания. В блоке 306 выполняется функция энергетического отслеживания. Функция энергетического отслеживания определяет, следует ли или нет отрегулировать направление антенны на основании энергии принятого на антенне сигнала. Например, указатель 218 мощности сигнала используется функцией энергетического отслеживания, чтобы определить, следует ли или нет изменить направление антенны, чтобы достигнуть оптимальной интенсивности сигнала. В одном варианте осуществления логика 202 отслеживания сигнала осуществляет функцию энергетического отслеживания. В блоке 308 выполняется функция калибровки, которая регулирует преобразование сигнала 222 изменения направления в угловой сигнал 224. Функция калибровки использует информацию от функции 306 энергетического отслеживания, чтобы определять, требуется ли или нет калибровка преобразования сигнала 222 изменения направления. Например, сигнал 222 изменения направления может содержать ошибки, которые могут быть приписаны отклонению датчика. Например, в одном варианте осуществления функция калибровки регулирует коэффициенты преобразования, используемые, чтобы преобразовывать сигнал 222 изменения направления в угловой сигнал 224. Таким образом, функция калибровки действует, чтобы компенсировать любые ошибки датчика, которые могут возникнуть со временем. В одном варианте осуществления логика 206 коррекции ошибок и логика 204 гироскопического преобразования действуют, чтобы выполнять функцию калибровки. В блоке 310 выполняется функция регулировки антенны, которая изменяет направление антенны, путем управления двигателем. В одном варианте осуществления выводы из функции гироскопического отслеживания и функции энергетического отслеживания комбинируются, чтобы выработать сигнал управления, который используется, чтобы управлять двигателем, который изменяет направление антенны. Например, в одном варианте осуществления логика 210 суммирования комбинирует выводы двух функций, чтобы вывести сигнал 214 управления, который используется, чтобы управлять двигателем, чтобы регулировать направление антенны. В блоке 312 выполняется проверка, чтобы определить, завершены ли какие-либо регулировки направления антенны. До того, как будут вычислены дополнительные выводы из функции гироскопического отслеживания и функции энергетического отслеживания, предпочтительно, чтобы антенна была полностью остановлена в своем новом положении. Как только определяется, что антенна остановилась в своем новом положении, способ 300 переходит к блоку 304, где определяется, требует ли или нет антенна дополнительного позиционирования. Следует отметить, что способ 300 описывает работу одного варианта осуществления системы управления антенной для использования на движущемся транспортном средстве, и что изменения, дополнения, исключения или перестановки способа входят в объем описанных вариантов осуществления. На Фиг.4 показана подробная схема одного варианта осуществления способа 400 для выполнения функции 304 гироскопического отслеживания, показанной на Фиг.3. Будет предполагаться, что датчик угловой скорости рыскания установлен на транспортном средстве, и что вывод сигнала изменения направления из датчика указывает изменение направления транспортного средства. В блоке 402 способ начинается с получения необработанной гироскопической выборки (x) из установленного на транспортном средстве датчика угловой скорости рыскания. Датчик угловой скорости рыскания выдает аналоговое напряжение, которое пропорционально угловой скорости рыскания изменения (d В блоке 404 в течение каждого тактового интервала необработанная гироскопическая выборка (x) преобразуется в угловую скорость разворота и накапливается (интегрируется), чтобы получить оценку текущей угловой ошибки наводки антенны вследствие движения транспортного средства. Например, угловая скорость и результирующий угол могут быть определены из следующего: скорость=Mx+B угол=угол+скорость накоп_необр._скор= накоп_необр._скор+x, где сохраненные параметры М (масштабный коэффициент) и В (коэффициент отклонения) определяют линейные уравнения, которые преобразуют необработанные выборки в угловую скорость разворота. Так как фактическое отклонение и фактический масштабный коэффициент могут отличаться в разных компонентах и со временем могут варьироваться из-за изменений окружающей среды и/или процесса старения, значения М и В постоянно калибруются в процессе самокоррекции, как описано ниже. Переменная накоп_необр._скор, которая сохраняет накопленные значения необработанных выборок, начиная с последнего обновления М и В, используется для этого калибровочного процесса. Примечательно, что накопления угла и накоп_необр._скор выполняются после каждого тактового интервала, даже в течение движения антенны. В блоке 406, когда антенна неподвижна, выполняется проверка, чтобы сравнить накопленный угол ошибки наводки антенны с пороговым углом (гиро_порог), который в одном варианте осуществления равен произведению примерно 0,67-0,75 на размер одного регулировочного шага (гиро_шаг). Если угол больше, чем пороговый угол, способ переходит к блоку 410. Если угол не больше, чем пороговый угол, тогда способ переходит к блоку 408. В блоке 408 выполняется проверка, чтобы сравнить преобразованный угол с отрицательным значением порогового угла. Если угол больше, чем отрицательное значение порогового угла, нет необходимости изменять положение антенны, так что гироскопическому решению (гиро_реш) присваивается значение ноль и способ переходит к блоку 416. Если угол меньше, чем отрицательное значение порогового угла, тогда способ переходит к блоку 412. В блоке 410 вычисляется количество шагов, которое отражает количество регулировочных шагов, необходимых для передвижения антенны по часовой стрелке на величину, эквивалентную углу. Так как размер регулировочного шага (гиро_шаг) гироскопического отслеживания постоянный и может быть выполнено только целое число шагов, количество градусов, на которые будет повернута антенна, не может быть равно фактическому накопленному углу. В одном варианте осуществления размер регулировочного шага (гиро_шаг) равен размеру шага двигателя и составляет 0,9 градусов, и вычисление выполняется следующим образом, где значение направления антенны (напр_ант) устанавливается равным «1», чтобы указать движение по часовой стрелке. кол_шаг=round(угол/гиро_шаг) напр_ант=1 В блоке 412 выполняется вычисление количества шагов в порядке, схожем с вычислением, выполненным в блоке 410. Однако это вычисление основано на факте, что антенне требуется повернуться против часовой стрелки, и оно вычисляется следующим образом, где значение направления антенны (напр_ант) устанавливается равным «-1», чтобы указать движение против часовой стрелки. кол_шаг=round(-угол/гиро_шаг) напр_ант=-1 В блоке 414 вычисляется гироскопическое решение (гиро_реш) путем умножения количества шагов, вычисленных в блоках 410 или 412, на значение шага двигателя и указатель направления антенны. Гироскопическое решение указывает направление и количество градусов, на которое должна быть повернута антенна. Накопительный угол ошибок регулируется путем вычитания из его значения количества градусов, на которое может повернуться антенна на основании вычисленного гироскопического решения. Вышеуказанные вычисления могут быть выражены следующим образом: гиро_реш=кол_шаг*гиро_шаг*напр_ант угол=угол-гиро_реш В блоке 416 значение гироскопического решения (гиро_реш) возвращается в главный способ (то есть способ 300). Значение гироскопического решения – это количество градусов, на которое должна быть повернута антенна, где положительное значение указывает вращение по часовой стрелке, а отрицательное значение указывает вращение против часовой стрелки. Тем не менее, подача антенне команды двигаться происходит на более позднем этапе процесса. Функция гироскопического отслеживания очень эффективна при корректировке краткосрочных ошибок наводки антенны вследствие движения транспортного средства. Однако, так как это функция отслеживания с открытым циклом, со временем постепенно могут накопиться ошибки отслеживания, но эти ошибки будут откорректированы посредством функции отслеживания, основанной на энергии, как описано ниже. Следует отметить, что способ 400 описывает один вариант осуществления функции гироскопического отслеживания для использования в системе управления антенной, и, что изменения, дополнения, исключения, или перестановки в способе входят в объем описанных вариантов осуществления. На Фиг.5 показан один вариант осуществления способа 500 обеспечения функции 306 энергетического отслеживания. Функция энергетического отслеживания использует измерение интенсивности сигнала, принятого на антенне, чтобы определять, необходимо ли или нет изменить направление антенны. Целью функции энергетического отслеживания является удерживать энергию сигнала, полученного на антенне, насколько возможно большей. В блоке 502 параметры инициализируются. Например, в одном варианте осуществления значение тактового счетчика (такт_счет) обновляется, чтобы отображать, как долго функция энергетического отслеживания не проверяла соседние направления антенны, и собираются выборки данных, которые используются для измерения интенсивности принятого сигнала. Например, в одном варианте осуществления интенсивности принятого сигнала 218 с Фиг.2 выводится из контрольного сигнала (Пилот-сигнала), принятого на антенне. Контрольный сигнал используется системой связи для настройки и поддержания надежного канала связи. В блоке 504 выполняется проверка, чтобы определить, доступно ли или нет измерение энергии (E) нового сигнала. Например, в одном варианте осуществления измерение энергии Е сигнала вычисляется из бессвязно накопленных выборок контрольного сигнала прямой связи (спутник-система), собранных в блоке 502 в течение конкретного количества тактов. Однако такты, в которых антенна фактически движется, или когда сигнал не отслеживается системой приема, не включаются в интегрирование. Например, в одном варианте осуществления интервал накопления, как правило, составляет 64 такта, что соответствует примерно 107 миллисекундам, но если требуется, он может быть отрегулирован. Если накопление не завершено, новое измерение энергии не доступно, и способ переходит к блоку 530, где функция возвращает энергетическое решение (энерг_реш), которое указывает, что на основании энергии полученного сигнала не должно быть выполнено движение. Когда накопление энергии завершено, энергия доступна, и способ переходит к выполнению алгоритма, который обрабатывает энергию в соответствии с одним из трех режимов. В блоке 506 выполняется проверка, чтобы определить, следует ли способу перейти в режим, указываемый как «Нормальный». В одном варианте осуществления значение начального режима устанавливается в течение инициализации, выполняемой в блоке 502. Если значение режима не равно значению «Нормальный», способ переходит к блоку 508. Если значение режима равно значению «Нормальный», способ переходит к блоку 510. В блоке 510 выполняется проверка, чтобы сравнить энергию Е с сохраненным значением энергии (Есохр), которое было установлено немного меньше (как правило, на 0,5 дБ) энергии, которая была принята, когда на антенне в последний раз был зафиксирован пик подпрограммой энергетического отслеживания. Например, подпрограмма энергетического отслеживания пытается изменить положение антенны, чтобы получить пик значения энергии. Предполагается, что в предшествующей работе подпрограммы антенна была позиционирована, чтобы получать пиковое значение энергии, и что это значение было использовано, чтобы вывести сохраненное значение энергии (Есохр). Если текущее значение энергии больше, чем сохраненное значение энергии (Есохр), и если тактовый счетчик (такт_счет) указывает временной интервал, который меньше значения предела времени ожидания, способ переходит к блоку 530 и энергетическое решение не потребует передвижения антенны. Например, следующие уравнения используются, чтобы выполнить проверку в блоке 510: Е<Есохр, или такт_счет>предел_время_ожидания Если значение энергии меньше, чем сохраненное значение энергии (Есохр) или тактовый счетчик превзошел значение предела времени ожидания, способ переходит к блоку 512. В блоке 512 значение режима меняется на значение «Направление» либо потому, что энергия упала ниже порога, либо потому, что таймер тактового счетчика превзошел свое пороговое значение (как правило, две секунды или 1200 тактов). Вырабатывается решение передвинуть антенну в положительном (по часовой стрелке) или отрицательном (против часовой стрелки) направлении, указываемом значением (напр_ант) направления антенны, на угол с размером шаг_ант (0,9 градусов). Следует отметить, что в этом варианте осуществления значение шаг_ант эквивалентно размеру шага двигателя, и для движения по часовой стрелке используется значение напр_ант «1», а для движения против часовой стрелки используется значение напр_ант «-1». Значение энергии Е сохраняется как Есохр для использования в обработке позже. Таким образом, выполняются следующие функции: состояние=«Направление» энерг_реш=напр_ант*шаг_ант Есохр=Е Далее способ переходит в блок 530 со значением энергетического решения (энерг_реш), которое указывает, насколько и в каком направлении должна быть повернута антенна. Тогда это значение возвращается в главный способ управления (то есть способ 300). В следующий раз, когда выполняется способ 500, энергия доступна в блоке 504, проверка в блоке 506 завершается отрицательно, и способ переходит к блоку 508. В блоке 508 выполняется проверка, чтобы определить должен ли способ войти в режим «Направление». Если эта проверка завершается отрицательно, способ переходит к блоку 514. Если эта проверка завершается положительно, выполняется вход в режим «Направление» и способ переходит к блоку 516. В блоке 516 выполняется проверка, чтобы сравнить текущую энергию (Е) с сохраненной энергией, которая была измерена в течение режима «Нормальный», следующим образом: Е<Есохр Если энергия меньше, антенна наиболее вероятно была перемещена в неправильном направлении, и способ переходит к блоку 518. Если текущая энергия больше, чем сохраненное значение, предполагается, что антенна ранее была перемещена в правильном направлении, и способ переходит к блоку 520. В блоке 518, так как энергия была уменьшена в результате предшествующего передвижения антенны, направление антенны (напр_ант) меняется на противоположное и энергетическое решение устанавливается так, чтобы передвинуть антенну на два шага в обратном направлении: на один шаг, чтобы вернуть на место, где она была, и еще на один шаг, чтобы передвинуть ее в вероятно правильное направление. Однако измерение новой энергии не сохраняется. Например, выполняются следующие функции: напр_ант=-1*напр_ант энерг_реш=2*напр_ант*шаг_ант Далее способ переходит к блоку 522. В блоке 520, так как энергия увеличена в результате предшествующего передвижения антенны, энергетическое решение устанавливается так, чтобы передвинуть антенну на один шаг в том же направлении. В этом случае новая энергия сохраняется следующим образом: энерг_реш=напр_ант*шаг_ант Есохр=Е Далее способ переходит к блоку 522, где значение режима устанавливается равным «Продолжить». Способ далее переходит к блоку 530, где возвращается энергетическое решение. Когда в следующий раз выполняется способ 500, энергия доступна в блоке 504, проверки в блоках 506 и 508 завершаются отрицательно, так что способ переходит к блоку 514. В блоке 514 выполняется проверка, чтобы определить, должен ли способ войти в режим «Продолжить». Если проверка завершается отрицательно, способ переходит в блок 530. Если проверка завершается положительно, выполняется вход в режим «Продолжить», и способ переходит к блоку 524. Режим «Продолжить» используется, чтобы непрерывно передвигать антенну в том же направлении до тех пор, пока энергия не уменьшится. После чего антенна передвигается обратно на один шаг. Этот процесс предполагает, что уровень энергии увеличивается при перемещении антенны ближе к направлению передающего спутника. Когда уровень энергии снижается, предполагается, что антенна была передвинута слишком далеко. Иначе говоря, она была передвинута так, что она прошла позицию, соответствующую ее пиковому направлению, поэтому она передвигается назад на один шаг. В блоке 524 выполняется проверка, чтобы сравнить уровень энергии с сохраненным значением энергии следующим образом: Е<Есохр Если энергия не меньше, чем сохраненное значение энергии, способ переходит к блоку 528. Если энергия меньше, чем сохраненное значение энергии, способ переходит к блоку 526. В блоке 526, так как энергия принятого сигнала уменьшилась в результате последнего передвижения антенны, поиск пика энергии считается завершенным, и значение режима изменяется на «Нормальный». Дополнительно, энергетическое решение устанавливается так, чтобы передвинуть антенну обратно на один шаг, и тактовый счетчик сбрасывается. Вычисления выполняются следующим образом: Режим=«Нормальный» напр_ант=-1*напр_ант энерг_реш=напр_ант*шаг_ант Есохр=множитель*Есохр такт_счет=0, где в одном варианте осуществления множителю присваивается значение примерно 0,89 (0,5 дБ). Если последующие значения энергии падают на 0,5 дБ, подпрограмма поиска пика антенны начинается снова. В блоке 528 значение энергетического решения устанавливается так, чтобы передвинуть антенну еще на один шаг в том же направлении, и энергия сохраняется, как сохраненное значение энергии (Есохр) следующим образом: энерг_реш=напр_ант*шаг_ант Есохр=Е В блоке 530 функция энергетического отслеживания возвращает энергетическое решение в главный способ управления. Следует отметить, что способ 500 описывает работу одного варианта осуществления функции энергетического отслеживания для использования в системе управления антенной, и что изменения, дополнения, исключения или перестановки в способе входят в объем описанных вариантов осуществления. На Фиг.6 показан один вариант осуществления способа 600 калибровки для предоставления функции 308 калибровки. После того, как способ 400 гироскопического отслеживания и способ 500 энергетического отслеживания выполнены, способ 600 калибровки действует, чтобы откалибровать или отрегулировать параметры, которые используются для того, чтобы преобразовывать вывод датчика угловой скорости рыскания в угол. Как описано выше, способ 400 гироскопического отслеживания получает необработанную гироскопическую выборку (x), которая преобразуется в угловую скорость изменения (d В блоке 602 решение энергетического отслеживания, которое рассматривается как эквивалент ошибки гироскопического отслеживания, накапливается в накоп_ошиб_отсл. Счетчик обновления (счет_обнов), который указывает время, пройденное с момента последней калибровки, обновляется. В одном варианте осуществления эти два параметра устанавливаются следующим образом: накоп_ошиб_отсл= накоп_ошиб_отсл+энерг_реш счет_обнов= счет_обнов+1 В блоке 604 выполняется проверка, чтобы определить, указывает ли счетчик обновления (счет_обнов), что предел времени ожидания был превышен. В одном варианте осуществления значение предела времени ожидания эквивалентно 600 тактам или приблизительно одной секунде. Если счет_обнов не превысил значение предела времени ожидания, способ переходит к блоку 610. Если счет_обнов превысил значение предела времени ожидания, способ переходит к блоку 606. В блоке 606 параметры М и В обновляются, используя способ минимальной среднеквадратичной ошибки (МСО), который основан на накопительной ошибке отслеживания, возвращаемой из подпрограммы энергетического отслеживания, следующим образом: B=В-накоп_ошиб_отсл*множитель_обучения_В М=М+накоп_ошиб_отсл*acc_raw_rate* множитель_обучения_М Параметры множитель_обучения_В и множитель_обучения_М управляют скоростью, которой регулируются М и В, используя способ МСО. В одном варианте осуществления значение множитель_обучения_В равно 0,1, что соответствует временной постоянной равной произведению примерно 10 на значение времени предела ожидания (примерно 10 секунд) счетчика обновления (счет_обнов). Значение множитель_обучения_М выбирается равным 1,85е-7, чтобы обеспечить стабильность процесса обучения. В блоке 608 после обновления все счетчики сбрасываются следующим образом, чтобы выполнять накопления снова: накоп_ошиб_отслеж=0 накоп_сыр_скор=0 счет_обнов=0 В блоке 610 способ 600 калибровки возвращается в главный способ. Основное допущение способа 600 калибровки заключается в том, что при правильном определении пикового направления антенны, если гироскоп идеально откалиброван, энергетической подпрограмме не придется повторно выполнять поиск пикового направления антенны. В этом случае энергетическое решение будет равно нулю и накопительная ошибка отслеживания (накоп_ошиб_отслеж) останется равной нулю. Следовательно, параметры В и М останутся постоянны. Чем больше ошибка в параметрах, тем больше и чаще подпрограмме энергетического отслеживания придется повторно искать пиковое направление антенны. В этом случае энергетическое решение чаще будет не равно нулю, и накопительная ошибка будет расти. Как результат, параметры В и М получат новые значения. Как предоставлено в блоке 310 способа 300, последний шаг, предоставляемый системой управления антенной, комбинирует решения, исходящие из способа 400 гироскопического отслеживания и способа 500 энергетического отслеживания. Так как гироскопической способ 400 может вырабатывать решения, по существу, на каждом такте, и так как самая высокая скорость, на которой энергетический способ 500 может выдавать решение, равна скорости, на которой накапливается энергия, комбинированное решение изменения позиции антенны обычно основано только на результате способа 400 гироскопического отслеживания. Гироскопический и энергетический способы возвращают свои соответствующие решения в квантованных угловых измерениях. Антенна может быть перемещена на шаги размером 0,9 градусов, с положительным шагом, обозначающим регулирование по часовой стрелке, и с отрицательным шагом, обозначающем шаг против часовой стрелки. Когда антенне подается команда изменить положение, выполнение таковой занимает конечную величину времени. В течение такта(ов), когда антенна перемещается, обе функции, гироскопического отслеживания и энергетического отслеживания, не выдают новых решений, хотя все накопления и счетчики по-прежнему обновляются, как описано выше. Была описана самокорректирующаяся система управления антенной, которая действует, чтобы управлять антенной на движущемся транспортном средстве. Соответственно, несмотря на то, что здесь были иллюстрированы и описаны один или более вариантов осуществления системы управления антенной, будет оценено, что могут быть выполнены различные изменения вариантов осуществления, не выходя за рамки их сущности или существенных характеристик. Следовательно, приведенные здесь раскрытия и описания предназначены для иллюстрации, а не определения границ, объема изобретения, который изложен в следующей формуле изобретения.
Формула изобретения
1. Способ управления направлением установленной на транспортном средстве (100) антенны (104), содержащий: 2. Способ по п.1, в котором датчик направления является датчиком угловой скорости рыскания. 3. Способ по п.1, в котором этап определения энергетического решения (500) содержит: 4. Способ по п.1, дополнительно содержащий повторение этапов п.1 с селективными периодическими интервалами. 5. Способ по п.4, дополнительно содержащий определение позиционного решения (400) чаще, чем определение энергетического решения (500). 6. Устройство для управления направлением установленной на транспортном средстве антенны, содержащее: 7. Устройство по п.6, в котором логика позиционного отслеживания содержит: 8. Устройство по п.6, в котором датчик направления является датчиком угловой скорости рыскания и логика для вычисления угла содержит логику для того, чтобы вычислять угол из сигнала изменения направления, выдаваемого из датчика угловой скорости рыскания, на основании коэффициента (В) отклонения и масштабного коэффициента (М). 9. Устройство по п.8, дополнительно содержащее логику для того, чтобы регулировать коэффициент (В) отклонения и масштабный коэффициент (М) на основании энергетического решения. 10. Устройство по п.6, в котором логика сигнального отслеживания содержит: 11. Устройство по п.6, дополнительно содержащее логику для того, чтобы вырабатывать сигнал (214) управления антенны с селективными периодическими интервалами. 12. Устройство по п.11, дополнительно содержащее логику для того, чтобы определять позиционное решение (400) чаще, чем определение энергетического решения (500). 13. Устройство для управления направлением установленной на транспортном средстве антенны (104), содержащее: 14. Устройство по п.13, в котором средство для определения энергетического решения содержит: 15. Устройство по п.13, дополнительно содержащее средство для определения сигнала управления антенны с селективными периодическими интервалами. 16. Устройство по п.15, дополнительно содержащее средство для определения позиционного решения (400) чаще, чем определение энергетического решения (500). 17. Машиночитаемый носитель, содержащий команды, которые при их выполнении процессором в системе управления антенны действуют, чтобы управлять направлением установленной на транспортном средстве антенны, где машиночитаемый носитель содержит: 18. Машиночитаемый носитель по п.17, в котором команды для определения позиционного решения содержат: 19. Машиночитаемый носитель по п.17, в котором датчик направления является датчиком угловой скорости рыскания и машиночитаемый носитель дополнительно содержит команды для вычисления угла из сигнала изменения направления, выдаваемого из датчика угловой скорости рыскания, на основании коэффициента (В) отклонения и масштабного коэффициента (М). 20. Машиночитаемый носитель по п.18, дополнительно содержащий команды для регулирования коэффициента (В) отклонения и масштабного коэффициента (М) на основании энергетического решения. 21. Машиночитаемый носитель по п.17, в котором команды для определения энергетического решения содержат: 22. Машиночитаемый носитель по п.17, дополнительно содержащий команды для определения сигнала управления антенны с селективными периодическими интервалами. 23. Машиночитаемый носитель по п.22, дополнительно содержащий команды для определения позиционного решения чаще, чем определение энергетического решения.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
595
/dt) направления транспортного средства. Выборки аналогового напряжения производятся в каждом тактовом интервале, который в одном варианте осуществления соответствует частоте отбора 600 Гц.
