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CN109417420B - 用于无人飞行器的动态波束转向 - Google Patents

用于无人飞行器的动态波束转向 Download PDF

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CN109417420B
CN109417420B CN201780042675.4A CN201780042675A CN109417420B CN 109417420 B CN109417420 B CN 109417420B CN 201780042675 A CN201780042675 A CN 201780042675A CN 109417420 B CN109417420 B CN 109417420B
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Abstract

各种实施例包括用于在无人飞行器(UAV)上进行动态天线转向的方法。该方法可以包括：基于所述UAV的位置将所述UAV上的天线定向为朝向服务地面站；在是时间进行相邻地面站的信号测量时，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站；在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，进行所述信号测量；以及将所述天线重新定向为朝向所述服务地面站。方法还包括通过如下方式将地面站天线定向为朝向UAV：获得UAV的位置；计算UAV的位置和所述地面站之间的矢量；基于计算的矢量确定使波束转向的方向；以及将所述波束转向到针对UAV所确定的方向。

Description

用于无人飞行器的动态波束转向
相关申请
本申请主张享有2016年7月15日提交的题为“Dynamic Beam Steering forUnmanned Aerial Vehicles”的美国临时申请No.62/362844的优先权的权益，在此通过引用将该美国临时申请的全部内容并入本文。
背景技术
无人飞行器(UAV)或无人机用于若干不同应用中。例如，无人机可以用于在紧急情况中提供急救和其他供应，为商业应用运输货物，调查土地，拍摄照片和视频，公安和安全监测以及娱乐用途。
UAV常常工作于通信链路接近地面上的基站或天线的视线范围并且自由空间传播增大了来自相邻传输的干扰的环境中。这些特性导致维持UAV和帮助导航的地面基站(例如，移动网络发射塔)之间的良好链路性能存在挑战，并且还可能导致与UAV共享网络的地面用户的性能降低。
发明内容
各种实施例包括用于在无人飞行器(UAV)和/或与UAV通信的地面站上进行动态天线转向的方法。各种实施例可以包括基于所述UAV的当前位置将UAV上的天线定向为朝向服务地面站；在到时间进行相邻地面站的信号测量时，将天线定向为朝向相邻地面站；在将天线定向为朝向相邻地面站的同时，进行对相邻地面站的信号测量；以及将UAV上的天线重新定向为朝向所述服务地面站。
在一些实施例中，基于UAV的当前位置将UAV上的天线定向为朝向服务地面站可以包括：获得服务地面站的位置；计算服务地面站的位置和UAV的当前位置之间的矢量，其中UAV的当前位置包括三维坐标和取向；基于所述矢量确定指向服务地面站的位置的所述天线的取向；以及将天线调节到所确定的取向。在一些实施例中，服务地面站可以向UAV发射其位置。在一些实施例中，服务地面站的位置可以存储在UAV上。
在一些实施例中，将天线调节到所确定的取向可以包括通过机械方式使天线转向。在一些实施例中，将天线调节到所确定的取向可以包括通过电子方式使天线转向。在一些实施例中，将天线调节到所确定的取向可以包括调节UAV的取向。在一些实施例中，UAV的取向可以包括UAV的俯仰、左右摇摆和横摆中的至少一个。
一些实施例还可以包括：判断是否是时间向网络报告信号测量；以及响应于确定是时间向网络报告信号测量而经由所述服务地面站向所述网络报告所述信号测量。一些实施例还可以包括：判断是否是时间向网络报告所述信号测量；响应于确定是时间向所述网络报告信号测量而将天线定向为朝向相邻地面站；以及经由相邻地面站向所述网络报告信号测量。
一些实施例还可以包括：基于信号测量判断UAV是否应当执行向相邻地面站的切换；以及响应于确定UAV应当执行向相邻地面站的切换而执行向相邻地面站的切换。在一些实施例中，将天线定向为朝向相邻地面站可以包括：获得相邻地面站的位置；计算相邻地面站的位置和UAV的当前位置之间的矢量，其中UAV的当前位置包括三维坐标和取向；基于所述矢量确定指向相邻地面站的位置的天线的取向；以及将天线调节到所确定的取向。
各种额外的实施例包括用于在地面站进行动态波束转向的方法。各种实施例可以包括：获得一个或多个无人飞行器(UAV)的位置，其中一个或多个UAV中的每一个的位置包括三维坐标；计算一个或多个UAV中的每一个的位置和地面站的位置之间的矢量；基于地面站和相应的UAV之间的矢量针对一个或多个UAV中的每一个确定使波束转向的方向；以及针对一个或多个UAV中的每一个将波束转向到所确定的方向。
一些实施例还可以包括针对一个或多个UAV中的每一个确定将波束转向到一个或多个UAV中的相应的UAV的时间，其中在针对相应的一个或多个UAV中的每一个所确定的时间执行针对一个或多个UAV中的每一个将波束转向到所确定的方向。一些实施例还可以包括：针对一个或多个UAV中的每一个，确定用于接收信号测量的第二时间；在用于从该UAV接收信号测量的第二时间将波束转向到一个或多个UAV之一，以及从UAV接收信号测量。在一些实施例中，地面站可以包括多个天线，以用于将所述波束转向到一个或多个UAV中的每一个。
其他实施例包括UAV，其包括处理器，处理器被配置有处理器可执行指令以执行上文总结的方法的操作。其他实施例包括非暂态处理器可读存储介质，其上存储有处理器可执行软件指令，指令被配置为使UAV的处理器执行上文总结的方法的操作。其他实施例包括UAV，其包括用于执行上文总结的方法的操作的功能的单元。
其他实施例包括地面站，其包括处理器，处理器被配置有处理器可执行指令以执行上文总结的方法的操作。其他实施例包括非暂态处理器可读存储介质，其上存储有处理器可执行软件指令，指令被配置为使地面站的处理器执行上文总结的方法的操作。其他实施例包括地面站，其包括用于执行上文总结的方法的操作的功能的单元。
附图说明
被并入本文中并构成本说明书的一部分的附图例示了权利要求的示范性实施例，并与本文给出的发明内容和具体实施方式一起用于解释权利要求的特征。
图1是示出了适用于各种实施例中的典型无人飞行器系统的部件的方框图。
图2是示出了适用于各种实施例中的地面站的部件的方框图。
图3A-3B是示出了根据各种实施例的在UAV和地面站之间的动态波束转向的方框图。
图4是示出了根据各种实施例的在两个地面站之间的UAV的切换的方框图。
图5是示出了根据各种实施例的用于对UAV进行动态天线转向的方法的过程流程图。
图6是示出了根据各种实施例的用于对UAV上的天线进行定向的方法的过程流程图。
图7是示出了根据各种实施例的用于在地面站进行动态波束转向的方法的过程流程图。
图8是示出了适用于各种实施例中的地面站的部件方框图。
图9是示出了适用于各实施例中的UAV的部件方框图。
具体实施方式
将参考附图详细描述各种实施例。在任何可能的地方，在所有的附图中将使用相同的附图标记指代相同或类似的部分。对特定示例和实施方式的引用出于例示性目的，而并非意在限制权利要求的范围。
UAV可以与各种地面站(例如移动电话网络基站(或发射塔))通信，以经由射频(RF)通信波束来发射和接收信息。例如，UAV可以从地面站接收导航信息，并可以经由地面站向UAV控制器报告其位置。然而，在UAV行进时，其相对于地面站的位置会变化。此外，风和飞行技巧可能导致UAV在飞行期间改变其取向(即，俯仰、左右摇摆和/或横摆)。于是，UAV上的与地面站接收和发射波束的天线可能由于UAV的位置和/或取向变化而并非始终被定向为面向地面站，这导致信号强度损失。还可能有来自各种源(例如相邻电磁传输或居间结构)的波束干扰。
本文描述的各种系统和方法为UAV和地面站提供了动态波束转向，其在UAV相对于地面站移动时进行调节。在UAV处，各种方法可以包括：获得地面站(例如，支持UAV和网络之间的通信链路的服务地面站，或由网络操作的相邻地面站)的位置，计算地面站位置和UAV的位置之间的矢量，基于该矢量确定指向地面站的位置的天线的取向，以及将天线调节到所确定的取向。地面站可以向UAV发射器位置，或者可以在UAV上存储地面站的位置。可以通过机械(例如，经由万向支架)或电子(例如，经由相控阵)方式调节天线，或者整个UAV自身可以调节其取向，以使得天线指向地面站。
UAV和网络可以确定UAV对相邻地面站进行信号测量的时间段。在这些时间段期间，可以将UAV的天线定向为指向相邻地面站。相邻地面站还可以使波束转向到朝向UAV。UAV可以在所确定的时间段期间对所接收的波束进行信号测量，此后，可以将UAV上的天线定向回到服务地面站。UAV和网络还可以确定UAV经由服务地面站或相邻地面站向网络报告信号测量的时间段。信号测量可以用于判断是否应当执行从服务地面站到相邻地面站的切换。
在地面站处，各种方法可以包括：确定向一个或多个UAV发射波束的时间段，确定从一个或多个UAV接收信号测量的时间段，获得每个UAV的位置，计算地面站的位置和每个UAV的位置之间的矢量，基于该矢量确定将一个或多个波束转向到每个UAV的方向，在所确定的用于发射波束的时间段期间基于所确定的方向将波束转向到每个UAV，以及在所确定的用于接收信号测量的时间段接收信号测量。
UAV可以是有翼或旋翼飞机类型。图1示出了用于本文公开的各种实施例的示例性UAV 100。UAV 100是具有四个水平配置的旋转升力螺旋桨或固定到框架105的转子101和电动机的“四轴飞行器”。框架105可以支撑控制单元110、起落橇和推进电动机、电源(电源单元150)(例如，电池)、有效载荷固定机构(有效载荷固定单元107)和其他部件。转子101由对应的电动机驱动以提供升空(或起飞)以及其他空中移动(例如，向前前进、上升、下降、横向移动、倾斜、旋转等)。UAV 100被例示为可以利用各种实施例的UAV的示例，但并非意在暗示或要求各种实施例限于旋翼飞机UAV。相反，各种实施例也可以用于有翼UAV。此外，各种实施例同样可以用于陆上自主运载工具、水运自主运载工具和空基自主运载工具。
UAV 100可以被提供有控制单元110。控制单元110可以包括处理器120、一个或多个通信资源130、一个或多个传感器140和电源单元150。处理器120可以耦合到存储器单元121和导航单元125。处理器120可以被配置有处理器可执行指令以控制UAV 100的飞行和其他操作，包括各种实施例的操作。在一些实施例中，处理器120可以耦合到有效载荷固定单元107和着陆单元155。处理器120可以由电源单元150(例如电池)供电。处理器120可以被配置有处理器可执行指令，以控制电源单元150的充电，例如通过使用充电控制电路执行充电控制算法。替代地或此外，电源单元150可以被配置为管理充电。处理器120可以耦合到电动机系统123，其被配置为管理驱动转子101的电动机。电动机系统123可以包括一个或多个螺旋桨驱动器。每一个螺旋桨驱动器包括电动机、电动机轴和螺旋桨。
通过控制转子101的个体电动机，可以在飞行中控制UAV 100。在处理器120中，导航单元125可以收集数据并确定UAV 100的当前位置和取向、通往目的地的适当路线和/或执行特定功能的最佳方式。
导航单元125的航空电子部件126可以被配置为提供与飞行控制相关的信息，例如海拔、姿态、航速、航向和可用于导航目的的类似信息。航空电子部件126也可以提供关于可以用于导航计算的UAV 100的取向和加速度的数据。在一些实施例中，包括航空电子部件126的导航单元125产生的信息取决于UAV 100上的一个或多个传感器140的性能和类型。
控制单元110可以包括耦合到处理器120的至少一个传感器140，其能够向导航单元125和/或航空电子部件126供应数据。例如，传感器140可以包括惯性传感器，例如一个或多个加速度计(提供运动感测读数)、一个或多个陀螺仪(提供旋转感测读数)、一个或多个磁力仪(提供方向感测)或它们的任意组合。传感器140还可以包括全球定位系统(GPS)接收器、气压计、温度计、音频传感器、运动传感器等。惯性传感器例如经由航位推算来提供导航信息，包括UAV 100的位置、取向(即俯仰、左右摇摆和/或横摆)和速率(例如，移动的方向和速度)中的至少一个。气压计可以提供用于近似UAV 100的升高水平(例如，绝对升高水平)的环境压力读数。
在一些实施例中，一个或多个通信资源130可以包括GPS接收器，使得能够向导航单元125提供全球导航卫星系统(GNSS)信号。GPS或GNSS接收器可以通过处理从三个或更多GPS或GNSS卫星接收的信号来向UAV100提供三维坐标信息。GPS和GNSS接收器能够在纬度、经度和海拔方面为UAV 100提供精确位置，并且通过监测位置随时间的变化，导航单元125能够确定行进方向和相对地面的速度以及海拔的变化率。在一些实施例中，导航单元125可以使用除GNSS或GPS之外的定位信号的额外源或替代源。例如，导航单元125或一个或多个通信资源130可以包括一个或多个无线电接收器，其被配置为从无线电节点(例如导航信标(例如，特高频(VHF)全向(VOR)信标)、Wi-Fi接入点、蜂窝网络基站、无线电台等)接收导航信标或其他信号。在一些实施例中，处理器120的导航单元125可以被配置为从一个或多个通信资源130接收适于确定位置的信息。在一些实施例中，UAV 100可以使用定位信号的替代源(即，除GNSS、GPS等之外)。因为UAV常常在低海拔(例如，低于400英尺)飞行，所以UAV100可以扫描与具有已知位置的发射器(例如，信标、Wi-Fi接入点、蓝牙信标、小小区(微微小区、毫微微小区等)等)相关联的本地无线电信号(例如，Wi-Fi信号、蓝牙信号、蜂窝信号等)，所述已知位置例如是飞行路径附近的受限或不受限区域内的信标或其他信号源。导航单元125可以使用与替代信号源相关联的位置信息，连同额外信息(例如，航位推算与最后受信任GNSS/GPS位置结合，航位推算与UAV起飞地带的位置结合等)，以用于在一些应用中进行定位和导航。于是，UAV 100可以使用导航技术的组合来导航，所述导航技术包括航位推算、UAV 100下方和周围地貌的基于相机的识别(例如，识别道路、界标、公路标识等)等，其可以用于替代GNSS/GPS位置确定和基于所检测无线接入点的已知位置的三角测量或三边测量，或与之结合。
控制单元110可以包括至少一个相机127和成像系统129。成像系统129可以实现为处理器120的一部分，或可以实现为独立处理器，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他逻辑电路。例如，成像系统129可以被实现为存储于存储器单元121中的一组可执行指令，其在耦合到至少一个相机127的处理器120上执行。相机127中的每一个可以包括除图像或视频捕获传感器之外的子部件，包括自动聚焦电路、国际标准化组织(ISO)调节电路和快门速度调节电路等。
控制单元110可以包括一个或多个通信资源130，其可以耦合到至少一个天线131，并且包括一个或多个收发器。该一个或多个收发器可以包括调制器、解调器、编码器、解码器、加密模块、解密模块、放大器和滤波器中的任一种。一个或多个通信资源130可能能够与其他UAV、用户携带的无线通信装置(例如，智能电话)、UAV控制器、诸如移动电话网络基站的地面站以及其他装置或电子系统进行装置到装置的通信。可以由处理器120控制天线131的取向。例如，天线可以经由万向支架或可用于独立于UAV 100控制天线131的取向的其他机械系统而附接到UAV 100。在其他示例中，天线131可以包括能够在各个方向上实现波束转向的相控阵或另一种电子系统。
处理器120和/或导航单元125可以被配置为通过一个或多个通信资源130与地面站170通过无线连接(例如，蜂窝数据网络)进行通信，以与地面站170之间接收和发射信息。
地面站170可以是例如移动电话网络基站(例如，eNodeB)、UAV控制器、服务器、或可以为UAV 100提供导航辅助和其他信息并且从UAV 100接收信息的一些其他电子系统。在一些实施例中，UAV控制器可以通过地面站170与UAV 100通信。可以在一个或多个通信资源130的天线131和地面站170的一个或多个天线171之间建立双向无线通信链路132。地面站170可以形成无线通信波束并通过天线171将无线通信波束转向到UAV 100。地面站170也可能能够通过天线171从UAV 100接收通信波束。
在一些实施例中，一个或多个通信资源130可以被配置为根据UAV 100的位置和海拨在蜂窝连接和Wi-Fi连接之间转换。例如，当在为UAV交通指定的海拔飞行时，一个或多个通信资源130可以与蜂窝基础设施通信，以便维持与地面站170的通信。例如，UAV 100可以被配置为在地面上方大约400英尺或更少的海拔处飞行，该海拔例如可以由UAV飞行交通的政府机构(例如，联邦航空管理局)指定。在该海拔处，可能难以使用短程无线电通信链路(例如，Wi-Fi)与地面站170建立通信链路。因此，可以在UAV 100处在飞行海拔时，使用蜂窝电话网络建立与地面站170的通信。在UAV 100移动到更接近地面站170时，与地面站170的通信可以转变到短程通信链路(例如，Wi-Fi或蓝牙)。
尽管控制单元110的各种部件在图1中被图示为独立部件，但部件中的一些或全部(例如，处理器120、电动机系统123、一个或多个通信资源130和其他单元)可以在诸如芯片上系统的单个装置或单元中整合在一起。UAV 100和控制单元110还可以包括未在图1中示出的其他部件。
图2是适于实现各实施例的地面站200的功能方框图。参考图1-2，地面站200可以是移动电话网络基站(例如，eNodeB)、UAV控制器、服务器或可以向一个或多个UAV(例如，UAV 100)提供导航辅助和其他信息的另一种电子系统。地面站200可以包括用于执行软件指令的处理器202。地面站200可以包括用于存储代码和数据的存储器204。例如，存储器204可以存储导航数据和可以被发射到UAV的其他信息。在一些实施例中，地面站200可以与向UAV提供导航信息的UAV控制器通信。存储器204可以包括随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或其他类型的非暂态计算机可读存储介质中的一个或多个。
地面站200可以包括网络接口206。网络接口206可以用于与UAV和诸如无线广域网(WWAN)(例如，移动电话网络)或局域网(例如，Wi-Fi)的通信网络上的其他装置或运载工具通信。网络接口206可以连接到一个或多个天线208以与UAV发射和接收通信波束。处理器202结合网络接口206可以形成RF通信波束并使天线208转向以将波束引导到UAV。地面站200还可以包括用于向地面站200提供电力的电源接口210。地面站200可以包括将地面站200的各种部件连接在一起的总线212。
地面站200还可以包括图2中未示出的各种其他部件。例如，地面站200可以包括多个处理部件，例如调制调解器、收发器、用户身份识别模块(SIM)卡、额外处理器、额外硬盘驱动器、通用串行总线(USB)端口、以太网端口和/或其他类型的有线或无线输入/输出端口、键盘、鼠标、扬声器、麦克风、显示屏、触摸屏以及现有技术中已知的很多其他部件。
图3A-3B是示出了根据各种实施例的在UAV和地面站之间的动态波束转向的示意图。参考图1-3B，示意图300a包括地面站200和UAV 100。地面站200可以是用于UAV 100的服务地面站。换言之，UAV 100可以经由地面站200与网络(例如，移动电话网络)通信，以接收和发射信息。UAV 100可以沿特定路径行进，以使相对于地面站200的方向随时间改变。此外，由于飞行技巧，UAV 100的取向的偏移可以改变天线131的指向方向。为了进行补偿，UAV100上的天线131可以形成波束并使波束转向以与地面站200通信。类似地，地面站200上的天线可以被配置为形成波束并使波束转向以与UAV 100通信，从而建立双向通信链路302。
UAV 100可以被配置为获得并跟踪地面站200相对于UAV 100的位置。例如，UAV100可以在数据库中存储地面站200的位置，或者UAV 100可以请求地面站200向UAV 100发射其位置。地面站200的位置可以被表达为三维坐标，例如被表达为纬度、经度和海拨。
UAV 100然后可以使用GPS或其他地理位置系统确定其自己的位置。UAV 100的位置可以是一组三维坐标和取向，例如纬度、经度、海拔和取向(即，俯仰、左右摇摆和横摆测量)。UAV 100然后可以确定天线131的取向，以使其指向地面站200的位置。例如，UAV 100可以计算UAV 100的位置和地面站200的位置之间的矢量。然后可以将天线131定向为与所计算的矢量对准。
天线131可以使用机械或电子系统相对于UAV 100的其他部分改变其取向。例如，天线131可以使用机械万向支架附接到UAV 100，机械万向支架允许独立于UAV 100的其余部分将天线131定向到任何方向。在另一个示例中，天线131可以包括相控阵，其可以用于使天线131的波束转向以指向各种方向。在一些实施例中，可以对UAV 100而不是天线131进行定向，或者UAV 100和天线131都可以改变取向，以使得天线131指向地面站200。
在一些实施例中，地面站200可以被配置为将其波束动态地转向到UAV 100。地面站200可以从UAV 100接收其位置，位置可以包括纬度、经度、海拔和取向(例如，俯仰、左右摇摆、横摆)或另一组三维坐标和取向。地面站200可以计算UAV 100的位置和地面站200的位置之间的矢量。在一些实施例中，UAV 100或地面站200可以计算该矢量并与另一装置共享结果。地面站200然后可以通过机械转向机构或电子转向(例如，相控阵)技术将其天线转向到指向UAV 100。通过这种方式，由UAV 100和地面站200二者接收和发射的双向通信链路302可以基本与UAV 100和地面站200之间的直线或视线矢量对准。
在稍晚的时间点，UAV 100可能已经移动到不同位置，如图300b中所示。例如，UAV100和/或地面站200可以重新计算UAV 100的新位置和地面站200的位置之间的矢量。UAV100可以对天线131进行重新定向，以继续指向地面站200，并且地面站200可以将其波束转向到UAV 100的新位置，以维持双向通信链路302。UAV 100和地面站200可以周期性地重新确定其相对位置并对准其天线。例如，UAV 100和地面站200可以每几秒钟调节其天线以维持动态波束转向。该动态波束转向可以增大UAV 100和地面站200之间的双向通信链路302的信号强度，并且使来自其他发射源的干扰最小化。
UAV 100还可以周期性地扫描来自相邻地面站的信号并进行信号测量。UAV 100可以从可检测到的其他地面站接收信号(例如，广播导频信号、前导码等)，并向网络(例如，地面站200的移动电话网络)报告基于这些接收信号的信号测量。这些报告可以用于控制切换、邻区列表管理和其他移动性特征。在信号测量期间，UAV 100可以酌情改变其波束方向，以检测来自相邻地面站的信号，进行这样的信号测量。例如，UAV 100可以转换到非定向波束，以接收信号测量，在天线131包括用于波束转向的相控阵时，可以快速完成信号测量。如果UAV 100或网络确定应当执行切换(例如，如果UAV 100从地面站200远离并接近相邻地面站)，则UAV 100可以将天线131的波束方向转换到新地面站。
图4包括示出了根据各种实施例的UAV和两个地面站之间的切换的示意图400。参考图1-4，示意图400包括服务地面站402a(即，UAV 100当前与之通信的地面站)和相邻地面站402b。地面站402a、402b中的每个可以类似于地面站200。地面站402a、402b可以由同一网络操作。UAV 100可以经由服务地面站402a主动与网络通信，发送和接收信息。
UAV 100可以离开服务地面站402a并向相邻地面站402b行进。在UAV 100离开服务地面站402a行进时，双向通信链路404的信号强度可能减小。同时，在UAV 100朝向相邻地面站402b行进时，UAV 100可能能够从相邻地面站402b采集到更强信号。于是，在UAV 100接近相邻地面站402b时，UAV 100和/或网络可以将与UAV 100的通信链路从服务地面站402a切换到相邻地面站402b，相邻地面站402b然后将变成服务地面站。
UAV 100和地面站402a、402b可以在切换过程期间实现动态波束转向。例如，如参考示图300a、300b描述的，可以将UAV 100上的天线131动态地转向到朝向服务地面站402a。为了执行切换，UAV 100可以进行包括相邻地面站402b的任何相邻地面站的信号测量。网络和UAV 100可以确定一个或多个时间段，在此期间，UAV 100可以将天线131转向到朝向相邻地面站402b，以便进行信号测量。
在确定的时间，UAV 100可以将天线131转向到朝向相邻地面站402b，并在确定的时间段期间进行信号测量。为了这样做，UAV 100可以首先获得相邻地面站402b的位置。例如，UAV 100可以从存储网络地面站位置的数据库找回相邻地面站402b的位置。作为另一示例，UAV 100可以请求相邻地面站402b向UAV 100发射其位置。相邻地面站402b的位置可以被表达为三维坐标，例如被表达为纬度、经度和海拔。UAV 100可以使用来自运载工具航空电子系统和/或GPS或其他地理位置系统的信息来确定其自己的位置。UAV 100的位置可以是一组三维坐标和取向，例如纬度、经度、海拔和取向(例如，俯仰、左右摇摆和横摆角)。
使用相邻地面站402b的所确定位置和UAV 100的位置和取向，UAV的处理器可以确定使天线指向相邻地面站402b的天线131的取向。例如，UAV 100可以计算UAV 100的位置和相邻地面站402b的位置之间的矢量。然后可以将天线131定向为与所计算的矢量对准并与相邻地面站402b建立通信链路406。UAV 100可以在所确定的时间段期间对相邻地面站402b发射的导频信号或参考信号进行信号测量。一旦用于进行信号测量的时间已经过去，UAV100就可以将天线定向回到服务地面站402a并恢复双向通信链路404。
在一些实施例中，地面站402b可以被配置为在所确定的用于由UAV进行信号测量的时间段期间将波束转向到朝向UAV 100。网络通过服务地面站402a可以知道在所确定的时间处UAV 100的位置。相邻地面站402b可以在所确定的时间例如通过相位阵天线的电子转向将其天线之一定向为朝向UAV 100。相邻地面站402b和UAV 100可以建立通信链路406并向UAV 100发射导频信号或参考信号。由相邻地面站402b进行的动态波束转向可以允许UAV 100提高测量到的信号质量的精确度，尤其对于由UAV 100和/或相邻地面站402b进行的定向天线转向所支持的通信链路而言。
在进行信号测量之后，UAV 100可以经由服务地面站402a或相邻地面站402b向网络报告结果。UAV 100和网络可以确定用于报告信号测量的一个或多个时间段。在所确定的用于由UAV 100报告信号测量的时间段期间，UAV 100可以通过双向通信链路404向服务地面站402a发射信号测量，或者将天线131动态地定向为朝向服务地面站402a并如上所述通过通信链路406发射信号测量。在所确定的用于由UAV 100进行信号测量的时间段已经过去之后，UAV 100可以将天线131定向回到服务地面站402a。
在进行信号测量并报告结果之后，UAV 100和/或网络可以判断是否应当执行切换。例如，如果从相邻地面站402b接收的信号强度比从服务地面站402a接收的信号强度更强，则从服务地面站402a到相邻地面站402b的切换可能是有益的。在执行切换时，UAV 100可以将其天线131定向到相邻地面站402b，并建立完整的双向通信链路(406)。地面站402b变成服务地面站，并且先前的服务地面站402a变成相邻地面站。
图5示出了根据各种实施例的用于在UAV上进行动态天线转向的方法500。参考图1-5，可以由UAV(例如，UAV 100)的处理器(例如，处理器120)执行方法500的操作。
在方框502中，处理器可以基于UAV的当前位置将UAV的天线定向为朝向服务地面站。服务地面站可以是UAV连接到的基站，以便与无线通信网络(例如，移动电话网络)接收和发射信息。UAV可以包括一个或多个天线(例如，天线131)，其可以通过机械转向机构(例如，万向支架)或电子转向(例如，相控阵)技术进行调节以指向不同方向。例如，在方框502中，UAV可以确定服务地面站的位置及其自己的位置，并确定天线的取向，以使天线指向服务地面站。UAV和网络可以经由服务地面站建立双向通信链路。参考方法600(图6)更详细地描述用于朝向地面站动态地定向UAV上的天线的方法。
在方框504中，处理器可以确定用于对一个或多个相邻地面站(即，与服务地面站相邻的地面站)进行信号测量的第一时间段。UAV可以相对于属于同一网络的若干地面站(包括服务地面站)移动。UAV和网络可以安排时间对相邻地面站执行周期性信号测量，以判断是否应当将服务从服务地面站切换到相邻地面站(例如，如果UAV正在离开服务地面站并向相邻地面站行进)。UAV和网络可以经由服务地面站通信以确定第一时间段。
在方框506中，处理器可以确定用于向网络报告信号测量的第二时间段。UAV和网络可以安排时间以经由服务地面站或相邻地面站从UAV向网络发射相邻地面站的信号测量的结果。UAV和网络可以经由服务地面站通信以确定第二时间段。
在判断方框508中，处理器可以通过例如比较在内部时钟中保持的当前时间与在方框504中确定的用于进行信号测量的第一时间段，来判断是否是时间进行相邻地面站的信号测量。在该时间之前(即，只要判断方框508＝“否”)，UAV可以继续经由服务地面站通信。
响应于确定是时间进行相邻地面站的信号测量(即，判断方框508＝“是”)，在方框510中处理器可以将UAV的天线定向为朝向相邻地面站。参考方法600更详细地描述用于朝向地面站动态地定向UAV上的天线的方法。
在方框512中，处理器可以在第一时间段期间进行相邻地面站的信号测量。相邻地面站可以向UAV发射导频信号或参考信号。UAV上的天线可以接收信号，并且处理器可以测量信号强度和所接收信号的其他属性。在用于进行信号测量的第一时间段期满时，处理器可以将天线定向回到服务地面站，并在方框513中继续经由服务地面站与网络通信。
在判断方框514中，处理器可以例如通过比较在内部时钟中维持的当前时间和在方框506中确定的用于报告信号测量的第二时间段来判断是否到了用于向网络报告信号测量的第二时间。在该时间之前(即，只要判断方框514＝“否”)，UAV可以继续经由服务地面站通信，同时监测时间。
响应于确定是用于向网络报告信号测量的时间段(即，判断方框514＝“是”)，如果要向相邻地面站而非服务地面站发射测量报告，在方框516中处理器可以任选地将UAV的天线定向为朝向相邻地面站。如果要向服务地面站发射测量报告，则可以不需要对天线进行定向。
在方框518中，处理器可以在第二时间段期间向网络报告信号测量。例如，处理器可以通过所建立的双向通信链路向服务地面站发射信号测量，或者在向相邻地面站发射信号测量之前，在任选的方框516中将天线动态地定向到相邻地面站。这些报告可以由UAV和/或网络用于控制切换、邻区列表管理和其他移动特征。
在判断方框520中，处理器可以判断UAV是否应当执行向相邻地面站的切换。例如，UAV可以从网络接收信号，该信号引导向相邻地面站的切换。在一些实施例中，例如在相邻地面站的接收信号比来自服务地面站的信号更强或经由服务地面站的网络连接已经丢失时，处理器可以确定应当发生向相邻地面站的切换。
响应于确定UAV不应执行向相邻地面站的切换(即，判断方框520＝“否”)，处理器可以继续与服务地面站通信并再次确定方框504中的用于进行一个或多个相邻地面站的信号测量的第一时间段，以及方框506中的用于向网络报告信号测量的第二时间段。换言之，在没有切换时，UAV继续将天线动态地定向为朝向服务地面站，直到下一次要进行相邻地面站信号测量。
响应于确定UAV应该执行向相邻地面站的切换(即，判断方框520＝“是”)，在方框522中处理器可以执行从服务地面站向相邻地面站的切换。例如，处理器可以从服务地面站脱离，将天线定向为朝向相邻地面站，以建立方框502中的双向通信链路，由此，先前相邻地面站变为服务地面站。可以以周期性方式执行方法500，以使UAV能够朝向两个或更多地面站对UAV上的天线进行动态定向，以用于通信、信号测量以及在地面站之间执行切换。
图6示出了根据各种实施例的用于对UAV上的天线进行定向的方法600。参考图1-6，可以由UAV(例如，UAV 100)的处理器(例如，处理器120)执行方法600的操作。
在方框602中，处理器可以获得地面站的位置。UAV可以与地面站通信，以接收导航辅助和其他信息。UAV可以使用天线(例如，天线131)与地面站通信，该天线与地面站之间发射和接收RF通信波束。地面站例如可以是移动电话网络基站(例如，eNodeB)、UAV控制器或服务器。地面站可以是服务地面站(即，当前向UAV提供通信服务的地面站)或属于该网络的相邻地面站。UAV可以请求地面站向UAV发射其位置，或者UAV可以在存储器(例如，存储器单元121)中存储地面站的位置。
在方框604中，处理器可以计算UAV的位置和地面站的位置之间的矢量。例如，处理器可以确定UAV的当前位置，其可以包括一组三维坐标和取向，例如纬度、经度、海拔和取向(例如，俯仰、左右摇摆和横摆)。处理器然后可以计算该矢量，其可以代表UAV和地面站之间的直线视线矢量。
在方框606中，处理器可以基于该矢量确定指向地面站的位置的UAV天线的取向。例如，处理器可以确定与矢量对准的天线的取向，以使天线指向地面站。
在方框608中，处理器可以将天线调节到所确定的取向。可以经由机械或电子方法调节天线的取向，或者UAV可以改变其姿态和取向，以便将固定天线指向所确定取向。在一些实施例中，天线可以附接到万向支架，其允许天线独立于UAV的其余部分指向各个方向，并且方框608中的操作可以涉及驱使万向支架以将天线物理地指向所确定的取向。在一些实施例中，天线可以是固定的并且包括相控阵，处理器使用相控阵以电子方式将天线的波束转向到所确定的方向上。在一些实施例中，天线可以固定在UAV上，并且处理器可以通过调节UAV的取向使天线指向所确定的方向。例如，处理器可以引导飞行控制单元旋转UAV，以使得通过例如使多转子UAV以特定取向飞行来使天线指向所确定的方向。处理器可以周期性地重新确定地面站的位置，以便重新对准天线或将UAV重新定向，以便在UAV相对于地面站移动时，使天线保持指向地面站(即，重复方框602-608中的操作)。通过这种方式，方法600提供了一种动态地调节UAV天线的取向以增大与地面站的通信链路的强度的方式。
图7示出了根据各种实施例的用于由地面站进行波束转向以将发射波束定向到朝向UAV的方法700。参考图1-7，可以由地面站(例如，地面站200)的处理器(例如，处理器202)执行方法700的操作。地面站例如可以是移动电话网络基站(例如，eNodeB)、UAV控制器或服务器。
在方框702中，处理器可以确定第一多个时间段以将波束转向到一个或多个UAV。地面站可以为一个或多个UAV充当服务地面站，并且为一个或多个其他UAV充当相邻地面站。在充当服务地面站时，地面站可以建立通信链路，并向UAV提供导航辅助和其他信息。在充当相邻地面站时，地面站可以向UAV发射导频或参考信号，以使UAV可以进行信号测量以用于切换目的。地面站可以使用一个或多个天线(例如，天线208)与UAV通信，一个或多个天线与UAV发射和接收RF通信。地面站和每个UAV可以确定地面站向UAV发射信息或导频信号的周期性时间段。
在方框704中，处理器可以确定从一个或多个UAV接收信号测量的第二多个时间段。地面站可以从一个或多个UAV接收信号测量，其由UAV和/或网络用于确定地面站之间的切换决定。地面站和每个UAV可以确定UAV向地面站发射信号测量的周期性时间段。
在方框706中，处理器可以获得一个或多个UAV的位置。每个UAV可以例如以一组三维坐标的形式(例如纬度、经度和海拔)向地面站周期性发射其位置，并且可以包括其他信息，例如UAV的取向(例如，俯仰、左右摇摆和横摆)、UAV的飞行方向以及UAV的速度。
在方框708中，处理器可以确定每个UAV的位置和地面站的位置之间的矢量。该矢量可以代表从地面站到UAV的直线视线方向。这样的矢量可以基于地面站的已知地理坐标和所获得的UAV的位置而被确定。
在方框710中，处理器可以基于地面站和每个UAV之间的矢量确定朝向每个UAV转向波束的方向。例如，所确定的波束的转向方向可以与在方框708中确定的矢量对准。在一些实施例中，方框708和710中的操作可以组合成一个或多个地面站天线的转向方向的单次确定。
在方框712中，处理器可以在第一多个时间段期间基于在方框710中确定的方向使一个或多个天线转向以朝向每个UAV引导RF波束。在一些实施例中，一个或多个地面站天线可以包括相控阵，在该情况下，处理器可以独立地朝向每个UAV以电子方式使天线波束转向。在一些实施例中，一个或多个地面站天线可以被物理转向，在该情况下，处理器可以控制转向机构，以便使一个或多个天线指向每个UAV。对于地面站充当服务地面站的UAV而言，波束可以包括导航辅助信息以及UAV可以在行进时利用的其他信息。对于地面站充当相邻地面站的UAV而言，波束可以包括UAV可以用于进行信号测量的导频或参考信号。
在方框714中，处理器可以在第二多个时间段期间从一个或多个UAV接收信号测量。可以向网络报告该信息。UAV和/或网络可以利用信号测量信息来判断是否应当为任何UAV执行任何切换。
处理器可以周期性地重复方框702-714中的操作，以重新对准一个或多个天线，从而在UAV相对于地面站移动时使一个或多个天线保持指向每个UAV并且从每个UAV发射和接收信息。于是，方法700为地面站提供了实现对一个或多个UAV的动态波束转向的方式。
也可以在各个地面站中的任一个上，例如在图8中所示的地面站800上实现各种实施例。参考图1-8，地面站800典型地包括耦合到易失性存储器802的处理器801以及大容量非易失性存储器，例如磁盘驱动器804。地面站800还可以包括耦合到处理器801的软盘驱动器、紧致盘(CD)或数字多用盘(DVD)驱动器806。地面站800还可以包括耦合到处理器801的网络接入端口803，以用于与网络807建立网络接口连接，网络807例如是耦合到其他广播系统计算机和服务器的局域网、因特网、公共交换电话网络和/或蜂窝数据网络。移动电话网络的示例包括第三代(3G)、第四代(4G)、长期演进(LTE)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、CDMA2000、宽带CDMA(WCDMA)、全球移动通信系统(GSM)、单载波无线电发射技术(1xRTT)和通用移动电信系统(UMTS)。
可以在各种UAV中实现各种实施例，图9中示出了四转子UAV形式的示例，其适用于各种实施例。参考图1-9，UAV 100可以包括主体900(即，飞机机身、框架等)，其可以由塑料、金属或适于飞行的其他材料的任意组合制成。主体900可以包括处理器930，其被配置为监测和控制UAV 100的各种功能、子系统和/或其他部件。例如，处理器930可以被配置为监测和控制UAV 100的各种功能，例如与推进、导航、功率管理、传感器管理和/或稳定性管理相关的模块、软件、指令、电路、硬件等的任意组合。
处理器930可以包括一个或多个处理单元901，例如被配置为执行处理器可执行指令(例如，应用、例程、脚本、指令集等)的一个或多个处理器、被配置为存储数据(例如，飞行计划、获得的传感器数据、接收的消息、应用等)的存储器和/或存储单元902、以及用于发射和接收无线信号的无线收发器904和天线906(例如，
Figure BDA0001939902940000181
无线电设备和天线、
Figure BDA0001939902940000182
RF等)。在一些实施例中，UAV 100还可以包括用于经由各种广域网通信的部件，例如蜂窝网络收发器或芯片和相关联的天线(未示出)。在一些实施例中，UAV 100的处理器930还可以包括各种输入单元908，用于从人类操作员接收数据和/或用于收集指示与UAV 100有关的各种条件的数据。例如，输入单元908可以包括一个或多个相机、一个或多个麦克风、位置信息功能(例如，全球定位系统(GPS)接收器，用于接收GPS坐标)、飞行仪表(例如，一个或多个姿态指示器、一个或多个陀螺仪、一个或多个加速度计、一个或多个高度计、一个或多个罗盘等)、一个或多个小键盘等。处理器930的各种部件可以经由总线910或其他类似电路连接。
主体900可以包括具有各种设计和目的的起落装置920，例如腿、滑板、轮、浮筒等。主体900还可以包括有效载荷机构921，其被配置为保持、钩住、抓住、包封以及通过其他方式承载各种有效载荷，例如箱子。在一些实施例中，有效载荷机构921可以包括和/或耦合到致动器、轨道、铁轨、压舱物、电动机和用于调节UAV 100所承载的有效载荷的位置和/或取向的其他部件。例如，有效载荷机构921可以包括可移动地附接到铁轨的箱子，从而可以沿铁轨来回移动箱子内的有效载荷。有效载荷机构921可以耦合到处理器930，并且因此可以被配置为接收配置或调节指令。例如，有效载荷机构921可以被配置为接合电动机以基于从处理器930接收的指令来重新定位有效载荷。
UAV 100可以具有直升飞机设计，其利用由对应电动机922驱动的一个或多个转子924来提供升空(或起飞)以及其他空中移动(例如，向前前进、上升、下降、横向移动、倾斜、旋转等)。UAV 100可以利用各种电动机922和对应的转子924，以用于升空和提供空中推进。例如，UAV 100可以是装备有四个电动机922和对应转子924的“四轴飞行器”。电动机922可以耦合到处理器930，并且因此可以被配置为从处理器930接收操作指令或信号。例如，电动机922可以被配置为基于从处理器930接收的指令提高其对应转子924的旋转速度等。在一些实施例中，电动机922可以由处理器930独立控制，以使得一些转子924可以使用不同功率量以不同速度接合，和/或提供不同的输出水平以用于使UAV 100移动。例如，主体900一侧的电动机922可以被配置为使其对应转子924以比主体900的相对侧上的转子924更高的每分钟转数(RPM)自转，以便使负担着偏离中心的有效载荷的UAV 100保持平衡。
主体900可以包括电源912，其可以耦合到UAV 100的各种其他部件并被配置为给所述部件供电。例如，电源912可以是可充电电池，以用于提供电力以操作电动机922、有效载荷机构921和/或处理器930的单元。
本文描述的各种处理器可以是任何可编程微处理器、微型计算机或多处理器芯片，其可以由软件指令(应用)配置以执行多种功能，包括本文所述的各种实施例的功能。在各种装置中，可以提供多个处理器，例如一个处理器专用于无线通信功能，并且一个处理器专用于执行其他应用。典型地，软件应用在被存取并加载到处理器中之前可以存储在内部存储器中。处理器可以包括足以存储应用软件指令的内部存储器。在很多装置中，内部存储器可以是易失性或非易失性存储器，例如闪速存储器或两者的混合。为了本说明书的目的，对存储器的一般引用是指可以由处理器访问的存储器，包括插入各种装置中的内部存储器或可移除存储器以及处理器内的存储器。
提供例示和描述的各种实施例仅仅作为示例，以例示权利要求的各种特征。然而，相对于任何给定实施例所示出和描述的特征未必限于相关联的实施例，并且可以用于所示出和描述的其他实施例或与其组合。此外，权利要求并非要受到任何示例性实施例的限制。
提供前述方法描述和工艺流程图仅仅作为例示性示例，而并非意在要求或暗示必须要按照给出的次序执行各实施例的步骤。如本领域的技术人员将认识到的，可以按照任何次序执行前述实施例中的步骤的次序。诸如“此后”、“然后”、“接下来”等词汇并非意在限制步骤的次序；这些词汇仅用于引导读者阅读方法的描述。此外，以单数形式(例如使用冠词“一”或“所述”)对权利要求要素的任何引用不应被解释为将该元件限制为单数。
结合本文公开的实施例描述的各种例示性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清晰地例示硬件和软件的这种可互换性，已经按照其功能总体上描述了各种例示性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能被实现为硬件还是软件取决于特定应用以及施加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每种特定应用通过不同方式来实现所述功能，但这样的实施决策不应被解释为导致偏离本权利要求的范围。
用于实现结合本文公开的各方面描述的各种例示性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件或被设计为执行本文所述功能的其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为接收器智能对象的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP内核、或任何其他这样的配置。替代地，可以由给定功能特有的电路执行一些步骤或方法。
在一个或多个示例性方面中，所述功能可以被实现成硬件、软件、固件或其任意组合。如果被实现成软件，功能可以作为一个或多个指令或代码被存储在非暂态计算机可读存储介质或非暂态处理器可读存储介质上。本文公开的方法或算法的步骤可以体现在处理器可执行软件中，其可以存在于非暂态计算机可读或处理器可读存储介质中。非暂态计算机可读或处理器可读存储介质可以是可以由计算机或处理器访问的任何存储介质。例如但并非限制，这样的非暂态计算机可读或处理器可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪速存储器、紧致盘ROM(CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储智能对象、或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括CD、激光盘、光学光盘、数字多用盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常通过磁性方式再复制数据，而光盘利用激光通过光学方式复制数据。本文描述的存储器的组合也包括在非暂态计算机可读和处理器可读介质的范围内。此外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令之一或任意组合或集合而存在于非暂态处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质上，该存储介质可以被并入计算机程序产品中。
提供所公开的实施例的前述描述以使得本领域的任何技术人员能够做出或使用权利要求。对这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员将是显而易见的，并且本文所定义的通用原理可以应用于一些实施例而不脱离权利要求的精神或范围。于是，权利要求并非意在限制于本文所示的实施例，但是要符合与权利要求的语言以及本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (26)

1.一种用于在无人飞行器(UAV)上进行动态天线转向的方法，包括：
基于所述UAV的当前位置将所述UAV上的天线定向为朝向服务地面站；
在进行相邻地面站的信号测量时，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站，其中，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站包括：
获得所述相邻地面站的位置；
计算所述相邻地面站的位置和所述UAV的所述当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述相邻地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向；
在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，进行所述相邻地面站的所述信号测量；
在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，基于对所述相邻地面站的信号测量来判断所述相邻地面站的信号是否比所述服务地面站的信号强；以及
响应于确定所述相邻地面站的信号比所述服务地面站的信号强，执行向所述相邻地面站的切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述UAV的所述当前位置将所述UAV上的所述天线定向为朝向所述服务地面站包括：
获得所述服务地面站的位置；
计算所述服务地面站的位置和所述UAV的所述当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述服务地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述天线进行定向和重新定向包括对所述天线进行机械转向。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，对所述天线进行机械转向包括利用万向支架对所述天线进行转向。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述天线进行定向和重新定向包括对所述天线进行电子转向。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对所述天线进行电子转向包括使用相控阵技术对所述天线进行转向。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述天线定向和重新定向到所确定的取向包括调节所述UAV的取向。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
判断是否向网络报告所述信号测量；以及
响应于确定向网络报告所述信号测量，经由所述服务地面站向所述网络报告所述信号测量。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
判断是否向网络报告所述信号测量；
响应于确定向所述网络报告所述信号测量，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站；以及
经由所述相邻地面站向所述网络报告所述信号测量。
10.一种用于在地面站进行动态波束转向的方法，包括：
接收来自无人飞行器(UAV)的信号测量，其中在所述UAV的天线朝向一个或多个相邻地面站中的每一个时对所述UAV和相邻地面站之间的信号的信号测量，否则对所述UAV和服务地面站之间的信号的信号测量，其中，将所述UAV的所述天线定向为朝向所述相邻地面站包括：
获得所述相邻地面站的位置；
计算所述相邻地面站的位置和所述UAV的当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述相邻地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向；
通过所接收的信号测量，基于所接收的信号测量来判断所述相邻地面站的信号是否比所述服务地面站的信号强；以及
响应于确定所述相邻地面站的信号比所述服务地面站的信号强，向所述UAV发送指令以执行向所述相邻地面站的切换。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
确定将所述地面站的天线转向为朝向所述UAV的第一时间，以及
在所述第一时间将所述地面站的天线转向为朝向所述UAV。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：
确定用于接收信号测量的第二时间；以及
在所述第二时间将所述天线转向为朝向所述UAV以用于从所述UAV接收信号测量。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述服务地面站和所述相邻地面站中的至少一个包括用于将信号波束转向到所述UAV的多个天线。
14.一种具有天线的无人飞行器(UAV)，包括：
处理器，其耦合到所述天线并且被配置有处理器可执行指令，以：
基于所述UAV的当前位置将所述天线定向为朝向服务地面站；
在进行相邻地面站的信号测量时，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以通过如下方式基于所述UAV的所述当前位置将所述UAV上的所述天线定向为朝向所述相邻地面站：
获得所述相邻地面站的位置；
计算所述相邻地面站的位置和所述UAV的所述当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述相邻地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向；
在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，进行所述相邻地面站的所述信号测量；
在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，基于对所述相邻地面站的信号测量来判断所述相邻地面站的信号是否比所述服务地面站的信号强；以及
响应于确定所述相邻地面站的信号比所述服务地面站的信号强，执行向所述相邻地面站的切换。
15.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以通过如下方式基于所述UAV的所述当前位置将所述UAV上的所述天线定向为朝向所述服务地面站：
获得所述服务地面站的位置；
计算所述服务地面站的位置和所述UAV的所述当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述服务地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向。
16.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以通过对所述天线进行机械转向来将所述天线定向和重新定向到所确定的取向。
17.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以通过对所述天线进行电子转向来将所述天线定向和重新定向到所确定的取向。
18.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以通过调节所述UAV的取向来将所述天线定向和重新定向到所确定的取向。
19.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以：
判断是否向网络报告所述信号测量；以及
响应于确定向网络报告所述信号测量，经由所述服务地面站向所述网络报告所述信号测量。
20.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以：
判断是否向网络报告所述信号测量；
响应于确定向所述网络报告所述信号测量，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站；以及
经由所述相邻地面站向所述网络报告所述信号测量。
21.根据权利要求14所述的UAV，其中，所述UAV的所述当前位置包括三维坐标和取向。
22.一种地面站，包括：
多个天线；以及
处理器，其耦合到所述多个天线并且被配置有处理器可执行指令，以：
接收来自无人飞行器(UAV)的信号测量，其中在所述UAV的天线朝向一个或多个相邻地面站中的每一个时对所述UAV和相邻地面站之间的信号的信号测量，否则对所述UAV和服务地面站之间的信号的信号测量，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以通过如下方式将所述UAV的所述天线定向为朝向所述相邻地面站：
获得所述相邻地面站的位置；
计算所述相邻地面站的位置和所述UAV的当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述相邻地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向；
通过所接收的信号测量，基于所接收的信号测量来判断所述相邻地面站的信号是否比所述服务地面站的信号强；以及
响应于确定所述相邻地面站的信号比所述服务地面站的信号强，向所述UAV发送指令以执行向所述相邻地面站的切换。
23.根据权利要求22所述的地面站，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以：
确定将所述地面站的多个天线中的至少一个转向为朝向所述UAV的第一时间，以及
在所述第一时间将所述多个天线中的所述至少一个转向为朝向所述UAV。
24.根据权利要求22所述的地面站，其中，所述处理器还被配置有处理器可执行指令，以：
确定用于接收信号测量的第二时间；以及
在所述第二时间将所述多个天线中的至少一个转向为朝向所述UAV以用于从所述UAV接收信号测量。
25.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有处理器可执行软件指令，所述处理器可执行软件指令被配置为使无人飞行器(UAV)的处理器执行操作，所述操作包括：
基于所述UAV的当前位置将所述UAV上的天线定向为朝向服务地面站；
在进行相邻地面站的信号测量时，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站，其中，将所述天线定向为朝向所述相邻地面站包括：
获得所述相邻地面站的位置；
计算所述相邻地面站的位置和所述UAV的所述当前位置之间的矢量；
基于所述矢量确定指向所述相邻地面站的位置的所述天线的取向；以及
将所述天线调节到所确定的取向；
在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，进行所述相邻地面站的所述信号测量；
在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时，基于对所述相邻地面站的信号测量来判断所述相邻地面站的信号是否比所述服务地面站的信号强；以及
响应于确定所述相邻地面站的信号比所述服务地面站的信号强，执行向所述相邻地面站的切换。
26.一种无人飞行器(UAV)，包括：
用于基于所述UAV的当前位置将所述UAV上的天线定向为朝向服务地面站的单元；
用于在进行相邻地面站的信号测量时将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的单元，其中，用于将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的单元包括：
用于获得所述相邻地面站的位置的单元；
用于计算所述相邻地面站的位置和所述UAV的所述当前位置之间的矢量的单元；
用于基于所述矢量确定指向所述相邻地面站的位置的所述天线的取向的单元；以及
用于将所述天线调节到所确定的取向的单元；
用于在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时进行所述相邻地面站的所述信号测量的单元；
用于在将所述天线定向为朝向所述相邻地面站的同时基于对所述相邻地面站的信号测量来判断所述相邻地面站的信号是否比所述服务地面站的信号强的单元；以及
用于响应于确定所述相邻地面站的信号比所述服务地面站的信号强，执行向所述相邻地面站的切换的单元。
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