【摘要】 本发明公开了一种基于波束成型技术的海上浮标节点间无线远距离通信方法，该方法通过安装在浮标节点上的加速度传感器、陀螺仪或者电子罗盘, 对安装在浮标上的天线阵姿态进行反馈，确定天线阵实时姿态, 并根据天线阵实时姿态设计相应算法, 控制相控阵天线波束成型参数, 使波束方向对准接收端；本发明大大提高了点对点海上无线通信距离。 【专利类型】发明授权 【申请人】浙江大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路388号 【申请人地区】中国 【申请人城市】杭州市 【申请人区县】西湖区 【申请号】CN201210210475.4 【申请日】2012-06-20 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102800966B 【公开公告日】2014-09-03 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102800966B 【授权公告日】2014-09-03 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】H01Q3/26; H01Q21/00; H04B7/04 【发明人】瞿逢重; 张斌; 叶瑛; 陈炜 【主权项内容】一种基于波束成型技术的海上浮标节点间无线远距离通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在浮标节点上安装天线阵，建立天线阵直角坐标系，假设初始时刻天线阵平面垂直于水平面, 则令X轴为天线阵法线方向向外，Y为天线阵平面水平方向，Z为天线阵平面竖直方向向上；(2)在浮标节点上安装三维加速度计，得到浮标沿坐标三个方向的实时加速度ax、ay、az；(3)对时间进行分段, 令其中每段间隔为0.1s, 并令此时间段间隔开始时刻及结束时刻天线阵沿各坐标轴的速度分别为vx0, vy0, vz0；vx1, vy1, vz1，其中：vx1=vx0+∫ 0Δ taxdt; vy1=vy0+∫ 0Δ taydt; vz1=vz0+∫ 0Δ tazdt; ]]>式中，ax、ay、az为浮标沿三个坐标方向的实时加速度；Δt＝0.1s；(4)对步骤(2)所得的加速度在步骤(3)所分的某时间段分别积分得到三个方向的位移：sx=vx0Δ t+∫ 0Δ t∫ 0taxdtdt; sy=vy0Δ t+∫ 0Δ t∫ 0taydtdt; sz=vz0Δ t+∫ 0Δ t∫ 0tazdtdt; ]]>其中，sx、sy、sz为Δt时刻天线阵中心的位移；ax、ay、az为浮标沿三个坐标方向的实时加速度；vx0, vy0, vz0；vx1, vy1, vz1为此时间段间隔开始时刻及结束时刻天线阵沿各坐标轴的速度；Δt＝0.1s；(5)浮标上安装三轴陀螺仪，得到天线阵旋转的实时角速度ωx、ωy、ωz；(6)对步骤(5)得到的角速度积分得浮标在步骤(3)所分的某时间段内的角位移：Δ α =∫ 0Δ tω xdt; Δ β =∫ 0Δ tω ydt; Δ θ =∫ 0Δ tω zdt; ]]>其中，Δα、Δβ、Δθ为Δt时刻天线阵旋转的角位移；ωx、ωy、ωz为天线阵旋转的实时角速度；Δt＝0.1s；(7)此时间段间隔开始时刻及结束时刻目标节点在天线阵坐标系中的坐标为(x0, y0, z0)，(x1, y1, z1)；则目标节点在天线阵齐次坐标系始末时刻坐标为V0＝(x0, y0, z0, 1)T，V1＝(x1, y1, z1, 1)T；(8)由齐次变换相关知识可知在步骤(3)所分的某段时间内绕X轴、Y轴、Z轴的旋转矩阵分别为：R(x, Δ α )=10000cosΔ α -sinΔ α 00sinΔ α cosΔ α 00001, ]]>R(y, Δ β )=cosΔ β 0sinΔ β 00100-sinΔ β 0cosΔ β 00001, ]]>R(z, Δ θ )=cosΔ θ -sinΔ θ 00sinΔ θ cosΔ θ 0000100001, ]]>平移矩阵为：Trans(Δ x, Δ y, Δ z)=100Δ x010Δ y001Δ z0001, ]]>(9)由步骤(7)、(8)的结果计算：R(z, Δθ)R(y, Δβ)R(x, Δα)Trans(Δx, Δy, Δz)V1＝V0，令0T1＝R(z, Δθ)R(y, Δβ)R(x, Δα)Trans(Δx, Δy, Δz)；则上式可简化为：0T1V1＝V0；则有：V1＝0T1-1V0；其中，R(x, Δα)R(y, Δβ)R(z, Δθ)为X轴、Y轴、Z轴的旋转矩阵；Trans(Δx, Δy, Δz)为平移矩阵；(10)根据步骤(9)所得的结果, 即得到波束成型的方向, 再依据相应的波束成型算法对Δt时刻进行波束成型，可采用如下方法：根据天线波束所应指向的空间位置，波控计算机计算出相应的方位及仰角初始相位值，然后再计算出阵列天线中每个单元移相器所需的相位值，通过驱动器使移相器移相，从而使天线波束指向规定的方向；(11)重复步骤(1)-(9)，可对任意时刻进行波束成型，从而使波束方向始终跟踪目标节点，不因海面情况的影响而改变，保证节点间的可靠通信。 【当前权利人】舟山美通信息技术有限责任公司 【当前专利权人地址】浙江省舟山市舟山海洋科学城A区(百川道11号)—B111号工位(自贸试验区内) 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】12100000470095016Q 【引证次数】2.0 【他引次数】2.0 【家族引证次数】2.0 【家族被引证次数】8

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