一种天线姿态的检测设备及方法

技术领域

本申请涉及信号传输技术领域，具体而言，涉及一种天线姿态的检测设备及方法。

背景技术

在卫星通讯中，确保信号稳定的收发是至关重要的，卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除杂质讯号，将收集的信号传输至信号处理器进行处理。大多数天线在进行信号收发时，只有天线的朝向在一定的角度范围内才能获得最佳的信号强度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种天线姿态的检测设备及方法，以至少达到准确的检测天线的姿态是否满足进行有效的数据收发条件的目的。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种天线姿态的检测设备，所述设备包括：处理器和传感器模组，该传感器模组包括陀螺仪、加速度传感器和磁力计，所述处理器分别与所述传感器模组中的所述陀螺仪、所述加速度传感器和所述磁力计相连接；

所述处理器，用于在正常工作模式下，若被监测目标天线处于静止状态且发生了所述目标天线姿态检测的触发事件，则开启对所述目标天线姿态的检测；

检测的过程包括：

触发所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化；

接收所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据，计算得到所述目标天线当前的姿态数据；

根据所述姿态数据判断所述目标天线是否处于指定方向范围内，将判断结果发送至上位机和/或服务器；其中，所述指定方向范围为当前所述目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围；

所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计，用于在初始化完成后对所述目标天线的姿态进行检测，并将得到的检测数据分别发送至所述处理器。

第二方面，本申请实施例提供了一种天线姿态的检测方法，所述方法，包括：

在正常工作模式下，若被监测目标天线处于静止状态且发生了所述目标天线姿态检测的触发事件，则开启对所述目标天线姿态的检测；

检测的过程包括：

触发陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化；所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计，用于在初始化完成后对所述目标天线的姿态进行检测，并将得到的检测数据分别发送至所述处理器；

接收所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据，计算得到所述目标天线当前的姿态数据；

根据所述姿态数据判断所述目标天线的朝向是否处于指定方向范围内；其中，所述指定方向范围为当前所述目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围。

第三方面，本申请实施例提供了一种天线姿态的检测装置，所述装置包括：

触发模块，用于触发陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化；所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计，用于在初始化完成后对所述目标天线的姿态进行检测，并将得到的检测数据分别发送至所述处理器；

计算模块，用于接收所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据，计算得到所述目标天线当前的姿态数据；

判断模块，用于根据所述姿态数据判断所述目标天线的朝向是否处于指定方向范围内；其中，所述指定方向范围为当前所述目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述第二方面任一实施例所述的天线姿态的检测的步骤。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备，至少包括存储器和处理器；所述存储器通过通信总线和所述处理器连接，用于存储所述处理器可执行的计算机指令；所述处理器用于从所述存储器读取计算机指令以实现上述第二方面任一实施例所述的天线姿态的检测的步骤。

本申请实施例中提供的一种天线姿态的检测设备及方法，天线姿态的检测设备包括：处理器和传感器模组，该传感器模组包括陀螺仪、加速度传感器和磁力计，处理器分别与上述陀螺仪、加速度传感器和磁力计相连接；处理器用于处于正常工作模式下，若被监测目标天线处于静止状态且发生了目标天线姿态检测的触发事件，则开启对所述目标天线姿态的检测；检测过程中，处理器首先触发陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化；在陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化完成以后分别进行检测，并将检测数据发送至处理器，处理器接收陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据后，根据该检测数据计算得到目标天线当前的姿态数据；根据该姿态数据判断目标天线是否处于指定方向范围内；该指定方向范围为当前目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围；进而本申请中实现了对天线的姿态进行检测，进而可以得到天线是否满足进行数据收发的条件，为判断天线的工作状态提供参考。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测设备的结构示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的另一种天线姿态的检测设备的结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测方法的流程示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的另一种天线姿态的检测方法的流程示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测装置的结构示意图；

图6是本申请一示例性实施例示出的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

考虑到现有技术中，在卫星通讯中，在进行信号收发时，卫星信号通过抛物面天线的反射后集中到它的焦点处，所以天线只有在一定的姿态范围内才能获得较佳的信号强度。并且相关应用场景中，在对处于偏远地区的目标物体进行跟踪定位时，比如重要的包裹快递，需要使用卫星进行通讯和定位，可能需要在目标物体上安装卫星天线等装置进行定位。如果目标物体发生倾斜、倒立等情况，会导致天线的朝向超出能够有效接收信号的方向范围，进而此时无法接收到有效的卫星信号。

基于此，本申请实施例提供了一种天线姿态的检测设备及方法。

图1是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测设备的结构示意图；参照图1所示，本实施例中提供了一种天线姿态的检测设备，检测设备固定于目标天线上或者是天线基座上的某一部分，该部分的姿态变化与天线同步，该设备包括：处理器10和传感器模组，该传感器模组包括：陀螺仪20、加速度传感器30和磁力计40；该处理器10分别与传感器模组中的陀螺仪20、加速度传感器30和磁力计40相连接。

上述处理器10，用于处于正常工作模式下，若被监测目标天线处于静止状态且发生了目标天线姿态检测的触发事件，则开启对目标天线姿态的检测。本实施例中，目标天线在运动过程中不对其进行姿态检测，只有在天线处于静止状态下才执行天线姿态的检测。

可选地，上述的目标天线姿态检测的触发事件，可以是：到达指定的检测周期，或者是天线检测设备发生了震动。

本申请实施例中，上述处理器10用于检测目标天线的姿态的过程包括：

处理器10触发陀螺仪20、加速度传感器30和磁力计40初始化；陀螺仪20、加速度传感器30和磁力计40，用于在初始化完成后，对目标天线的姿态进行检测，并将得到的检测数据分别发送至处理器。处理10接收陀螺仪20、加速度传感器30和磁力计40分别发送的检测数据，根据该检测数据计算得到目标天线当前的姿态数据；处理器根据姿态数据判断该目标天线是否处于指定方向范围内，该指定方向范围为当前目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围，处理器将判断结果发送至上位机和/或服务器。

进而本实施例中，上述检测设备还包含有用于与上位机进行通信的第一通信模块，和/或用于与服务器进行通信的第二通信模块。

可选地实施例中，上述的第一通信模块包括：协议转换模块，该协议转换模块用于与上位机相连接时接收上位机发送的状态设置数据。

上述的状态设置数据包括所述处理器的工作状态数据；处理器还用于根据该工作状态数据进行工作状态的设置，比如，工作状态包括：正常工作状态、休眠状态和关机状态；在正常的工作状态下，在发生天线姿态检测触发事件后，并且目标天线处于静止状态下，处理器开始执行目标天线的检测过程；在休眠状态下，检测设备不执行天线姿态的检测，只有被上位机唤醒之后进入正常工作状态，在正常工作中状态下能够执行目标天线的姿态检测。

可选地，处理器定期进行目标天线的姿态检测，检测结束后进入休眠状态，休眠状态可以有效的减少能耗。处理器在测量周期外进行休眠，直到被外部事件唤醒(比如被外部中断唤醒)，同时也能通过上位机快速唤醒和开放上位机设置接口。关机状态，处理器关闭所有外设并关闭上位机设置接口，只能通过重启或者外部中断退出，最大限度的节约电能。

可选地，上述状态设置数据，还包括：指定方向范围的方向信息、在正常工作状态下对目标天线进行姿态检测的时间周期等；上述处理器还用过于根据所述状态设置数据进行设置指定方向范围和姿态检测时间周期。

本实施例中，工作人员使用上位机可以实现对检测设备的批量进行状态设置。一可选地实施例中，上述的协议转换模块为USBtoTTL协议模块，通过USB to TTL协议模块实现TTL与USB协议相互转换，上位机只需要通过一根USB线即可实现设置和访问，提高了本设备的通用性。

可选地，本USB to TTL协议不仅可以实现协议的转换，同时也实现该检测设备通过USB进行充电。

本申请一可能的实施例中，上述处理器具体用于通过以下方式计算得到所述目标天线当前的姿态数据：根据所述磁力计得到的检测数据确定标定起始坐标；接收经过融合算法处理后的所述陀螺仪、所述加速度传感器对应的四元数数据，对所述四元数数据进行滤波；将滤波后的数据进行四元数法解算及欧拉变换，根据得到的数据结果和所述标定起始坐标确定所述目标天线在水平坐标系内的姿态数据；其中，姿态数据包括：俯仰角、横滚角和偏航角。

本实施例中，由于陀螺仪和加速度传感器获取的数据是相对角度变化，所以在求解过程中先通过磁力计获取标定起始坐标，然后通过坐标变换将加速度坐标转换到标定坐标系上。

加速度传感器和磁力计采集到的数据包含许多高频噪声，这会对姿态解算产生不可预料的影响。在解算之前将加速度传感器和磁力计采集到的数据进行低通滤波器处理，获得较平滑的数据，然后通过四元数法解算和欧拉变换获得当前的姿态信息。相比较于传统的欧拉角法，四元数法更适合计算机运算，计算量相比较欧拉角法大大减少。

姿态融合算法是依托于加速度、角速度和地磁场通过数学建模从而得到的一种较为精确的姿态识别算法，实现的具体过程一般经历姿态数据获取和姿态解算。

举例说明，上述的传感器模组为MPU9250，本设备由低功耗MCU、MPU9250和USBtoTTL协议模块组成。其中，MCU采用STM8L低功耗系列、姿态检测使用MPU9250(内部集成了三轴加速度传感器、三轴磁力计、陀螺仪和高度气压计)，上述设备上电后，MPU9250内部偏差寄存器会自动复位，MCU上电后先读取内部EEPROM中保存的校正值，然后写回MPU偏差寄存器，校正MPU9250初始偏差值。同时MCU通过磁力计反馈回来的数据标定起始坐标，这样每次上电后都能以绝对位置作为参考。

通过i2c协议与MPU9250通信启用MPU9250内部DMP(集成数字运动处理器)，具体流程如下：

1)初始化MPU9250。

2)开启内部陀螺仪和加速度传感器。

3)设置偏差寄存器。

4)加载DMP功能。

5)将加速度、角速度和方向矩阵推入DMP(利用标定坐标系进行修正)。

6)设置FIFO缓存的速率。

7)开启DMP。

8)设置DMP中断开。

开启DMP后，DMP会自动实现四元数的计算，MPU9250会把DMP处理好的四元数数据存放到FIFO缓冲区内。MCU会周期性地读取FIFO内的四元数q0、q1、q2和q3，对四元数进行滤波，并通过如下公式转换成欧拉角。

2(q1q3-q0q2)＝-sinγ＝g1

2(q2q3+q0q1)＝sinθcosγ＝g2

q0

2(q1q2+q0q3)＝cosγsinψ＝g4

q0

γ＝-arcsin(g1)

θ＝arctan(g2/g3)

ψ＝arctan(g4/g5)

计算得到姿态数据，包括：θ为俯仰角γ为横滚角ψ为航偏角。

由于对于天线而言，尤其是针对于处于偏远地区的天线，电源供电不够持续是一个瓶颈问题，并且电量的补充存在着极其不便的问题，针对于天线的朝向处于指定方向范围之外的情况，此时天线已经无法有效的进行数据的收发，如果此时继续处于工作状态，则会白白消耗天线的电能，并且此时天线所安装在的物体的位置状态也已经无法被获取到。

图2是本申请一示例性实施例示出的另一种天线姿态的检测设备的结构示意图；参照图2所示，本申请实施例中，上述处理器与继电器开关60相连接，继电器开关60分别与目标天线70、目标天线70的供电电源50连接；进而，处理器10还用于在判断目标天线70没有处于所述指定方向范围内的情况下，触发继电器开关60动作，切断目标天线70与供电电源50之间的连接。

比如，天线朝向地面，处于无法接收信号的状态，此时处理器会通过继电器开关将天线关闭。

进而本实施例中，在检测到目标天线的朝向没有处于指定方向范围内时，由于天线已经处于无法正常工作的状态，此时控制切断天线的供电以减少天线的电能消耗。

可选地，处理器进行姿态检测后，如果目标天线的朝向处于指定方向范围内，则控制继电器开关动作，恢复对目标天线进行供电，目标天线进入工作状态。

示例性地，正常工作状态下，处理器能定期根据上位机设置的测量周期访问传感器模组，解算姿态数据，控制继电器通断和开放上位机设置接口。

本申请一可能的实施例中，上述的检测设备，还包括：震动开关(图中未示出)，震动开关与处理器相连接，震动开关用于检测目标天线是否发生震动，若设备发生震动则向处理器发送标志位信号。

进而本实施例中，上述目标天线姿态检测的触发事件，包括：处理器接收到所述震动开关在检测到所述目标天线发生震动后向所述处理器发送的标志位信号。

天线产生震动的情况，表明天线的安装载体发生了跌落或者颠簸，此时触发处理器进行天线姿态的检测。

图3是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测方法的流程示意图；本实施例所提供的天线姿态的检测方法应用于处理器，在正常工作模式下，处理器若检测到天线姿态检测的触发事件且被监测目标天线处于静止状态，则开启天线姿态的检测过程；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测方法的流程示意图；参照图3所示，处理器检测的过程包括如下步骤：

S301、处理器触发传感器模组中的陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化；所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计，用于在初始化完成后对所述目标天线的姿态进行检测，并将得到的检测数据分别发送至所述处理器；

S302、处理器接收所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据，计算得到所述目标天线当前的姿态数据；

S303、处理器根据所述姿态数据判断所述目标天线的朝向是否处于指定方向范围内；其中，所述指定方向范围为当前所述目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围。

图4是本申请一示例性实施例示出的另一种天线姿态的检测方法的流程示意图；参照图4所示，上述方法，还包括如下步骤S304：

S304、若判断所述目标天线的朝向没有处于指定方向范围内，则触发继电器开关动作，切断所述目标天线与其供电电源之间的连接；

其中，所述继电器开关分别与所述目标天线、所述目标天线的供电电源连接。

可选地，上述步骤S102、所述接收所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据，计算得到所述目标天线的姿态数据，包括如下步骤A10-A30(图中未示出)：

步骤A10、根据所述磁力计得到的检测数据确定标定起始坐标。

步骤A20、接收经过融合算法处理后的所述陀螺仪、所述加速度传感器对应的四元数数据，对所述四元数数据进行滤波。

步骤A30、将滤波后的数据进行四元数法解算及欧拉变换，根据得到的数据结果和所述标定起始坐标确定所述目标天线在水平坐标系内的姿态数据；

其中，所述姿态数据包括：俯仰角、横滚角和偏航角。

可选地，处理器与震动开关相连接，震动开关用于检测所述目标天线是否发生震动，若所述设备发生震动则向所述处理器发送标志位信号。

上述目标天线姿态检测的触发事件，包括：所述处理器接收到所述震动开关在检测到所述目标天线发生震动后向所述处理器发送的标志位信号。

上述检测设备，还包括协议转换模块，协议转换模块用于与上位机相连接，用于接收所述上位机发送的状态设置数据。

一实施例中，上述状态数据包括所述处理器的工作状态；所述方法，还包括：处理器通过协议转换模块接收上位机发送的状态设置数据，根据所述状态设置数据进行工作状态的设置，所述工作状态包括：正常工作状态、休眠状态和关机状态；

另一可能的实施例中，上述状态设置数据，还包括：指定方向范围的方向信息、在正常工作状态下对目标天线进行姿态检测的时间周期。

上述方法，还包括：所述处理器根据所述状态设置数据进行设置指定方向范围和姿态检测时间周期。

图5是本申请一示例性实施例示出的一种天线姿态的检测装置的结构示意图；参照图5所示，该装置，包括：

触发模块501，用于触发陀螺仪、加速度传感器和磁力计初始化；所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计，用于在初始化完成后对所述目标天线的姿态进行检测，并将得到的检测数据分别发送至所述处理器；

计算模块502，用于接收所述陀螺仪、加速度传感器和磁力计分别发送的检测数据，计算得到所述目标天线当前的姿态数据；

判断模块503，用于根据所述姿态数据判断所述目标天线的朝向是否处于指定方向范围内；其中，所述指定方向范围为当前所述目标天线能够满足进行数据收发的有效方向范围。

可选的，所述装置，还包括：

触发模块，用于若判断所述目标天线的朝向没有处于指定方向范围内，则触发继电器开关动作，切断所述目标天线与其供电电源之间的连接；

其中，所述继电器开关分别与所述目标天线、所述目标天线的供电电源连接。

可选地，上述计算模块502，具体用于包括：

根据所述磁力计得到的检测数据确定标定起始坐标；

接收经过融合算法处理后的所述陀螺仪、所述加速度传感器对应的四元数数据，对所述四元数数据进行滤波；

将滤波后的数据进行四元数法解算及欧拉变换，根据得到的数据结果和所述标定起始坐标确定所述目标天线在水平坐标系内的姿态数据；

其中，所述姿态数据包括：俯仰角、横滚角和偏航角。

本申请一实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的天线姿态的检测方法的步骤。

图6是本申请实施例示出的一种计算机设备的结构示意图。参照图6所示，该计算机设备600，至少包括存储器602和处理器601；所述存储器602通过通信总线603和所述处理器601连接，用于存储所述处理器601可执行的计算机指令；所述处理器601用于从所述存储器602读取计算机指令以实现上述任一实施例所述的天线姿态的检测方法的步骤。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本说明书中描述的主题及功能操作的实施例可以在以下中实现：数字电子电路、有形体现的计算机软件或固件、包括本说明书中公开的结构及其结构性等同物的计算机硬件、或者它们中的一个或多个的组合。本说明书中描述的主题的实施例可以实现为一个或多个计算机程序，即编码在有形非暂时性程序载体上以被数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令中的一个或多个模块。可替代地或附加地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如机器生成的电、光或电磁信号，该信号被生成以将信息编码并传输到合适的接收机装置以由数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或它们中的一个或多个的组合。

本说明书中描述的处理及逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程计算机执行，以通过根据输入数据进行操作并生成输出来执行相应的功能。所述处理及逻辑流程还可以由专用逻辑电路—例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)来执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路。

适合用于执行计算机程序的计算机包括，例如通用和/或专用微处理器，或任何其他类型的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。计算机的基本组件包括用于实施或执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘等，或者计算机将可操作地与此大容量存储设备耦接以从其接收数据或向其传送数据，抑或两种情况兼而有之。然而，计算机不是必须具有这样的设备。

适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、媒介和存储器设备，例如包括半导体存储器设备(例如EPROM、EEPROM和闪存设备)、磁盘(例如内部硬盘或可移动盘)、磁光盘以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。

虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。

由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。