[发明专利]利用光束控制系统的卡尔曼优化的空对地天线指向

说明书

控制定向天线的方法（和执行相同功能的系统）可以包括一个或多个操作，但不限于：利用卡尔曼滤波器确定航空器的位置，选择至少一个用于空对地通信的通信塔，计算航空器的位置与至少一个选定的通信塔之间的矢量，以及构形航空器的定向天线以对应该矢量。

背景技术

空对地航空器蜂窝天线的最佳波束指向是独特的挑战。当航空器横穿地面蜂窝塔分布时，必须决定何时和何地指向下一波束。航空器天线指向系统可以是非连续的（例如，有限梯级）并且地面蜂窝塔等效全向辐射功率（EIRP）“等高”连续非线性等高线，随着航空器和塔之间的制高点而变化。

例如，如图1所示，航空器100经受“超级”蜂窝-边缘场景，相似但程度大于地面重叠异构蜂窝网络（例如，由一个或多个通信塔104的投射边缘限定）。航空器100在连续距离受限于连续蜂窝边缘、射频功率水平以及天线增益水平产生的地对空信号103与一个或多个通信塔104之间的不良通信。

发明内容

航空器天线指向系统可以连续优化指定时间变量非线性条件的通信链路（为获得最高性能）。优化可以通过采用统计的航空器动态和已知或预估的地面蜂窝EIRP地图作为输入来进行。输入可以包括，但是不限于：地面天线增益等高线、功率、天线增益等高梯级（例如，EIRP）、GPS坐标、航空电子设备参数（例如，定位器（LOC）、VHF全方位范围（VOR）、下滑道、指点信标，等等），和/或惯性导航系统数据。

控制定向天线的方法（和用于执行同样功能的系统）可以包括一个或多个操作，包括但是不限于：利用卡尔曼滤波器确定航空器的位置；选择至少一个通信塔以用于空对地通信；计算所述的航空器的位置和至少一个选择的通信塔之间的矢量；和构形航空器的定向天线以对应所述的矢量。

附图说明

通过参考下列附图，本发明的多个目的和优势可以被本领域技术人员更好的理解：

图1表示在存在地对地通信网络节点情况下的空对地通信；

图2表示用于构形空对地定向天线的系统；

图3A和3B表示地对地蜂窝塔；

图4A和图4B表示空对地蜂窝塔；

图5表示横穿通信塔网络的航空器；

图6表示空对地定向天线的配置方法；

图7表示空对地定向天线配置；

图8表示空对地定向天线的配置，和

图9表示空对地定向天线的配置。

具体实施方式

参考图2，航空器100可以利用空对地天线指向系统101，用于优化空对地定向天线102的方向，以收发关于航空器100的方位/位置的空对地信号103（例如，长期演进（LTE）信号、3G信号、5G信号、700mHz频带信号、KU频带信号，等等），以及地面区域105内一个或多个地面通信塔104的位置和/或收发参数。

天线指向系统101可以包括处理装置106，该处理装置106被构形用以接收一个或多个输入、计算用于空对地定向天线102的优化方位，并提供给空对地定向天线102一个或多个输出，指令所述空对地定向天线102沿着所述优化方位收发空对地信号103。

在一个典型实施例中，处理装置106可以接收三维空间内航空器100的位置相关的一个或者多个信号。例如，航空器100可以包括全球定位系统（GPS）接收器107，其被构形用以从一个或者多个GPS卫星108接收GPS信号。GPS接收器107可以计算航空器100的三维位置并提供该位置至处理装置106的位置测定模块109。相似的，航空器100可以包括作为惯性航电网络（例如，以ARINC 429数据总线为基础的航电网络）一部分的低延迟惯性导航系统INS110的增强。INS 110可以计算航空器100的三维位置并提供该位置给处理装置106的位置测定模块109。