專利名稱：用于近平面內(nèi)360度移動(dòng)fso系統(tǒng)的圓柱體光學(xué)智能天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種用于近平面內(nèi)360度移動(dòng)FSO系統(tǒng)的圓柱體光學(xué)智能天線。
背景技術(shù)：
無線激光通信(FSO :Free Space Optical Communication),又稱自由空間光通信，是指利用激光束作為載波在空間(大氣、太空或海水)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音和視頻等多種業(yè)務(wù)雙向傳送的ー種技木。FSO系統(tǒng)主要 應(yīng)用于星間、星地間、深空航天器與衛(wèi)星或地面之間、衛(wèi)星與飛行體(如飛機(jī)、高速飛行器等)之間、飛行體與地面之間，地面(水面)之間的激光通信等。此外，也包括飛行體或地面與水下目標(biāo)之間的激光通信。FSO具有速率高、容量大、抗干擾能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性高、系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗小、相對(duì)性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是公認(rèn)的未來寬帶移動(dòng)通信的最佳方式之一。FSO的基礎(chǔ)研究早在七十年代就已經(jīng)開始，近年來隨著器件水平的飛速進(jìn)步，國際上在衛(wèi)星激光通信和大氣激光通信領(lǐng)域的研究取得了豐碩的成果。不僅在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、単元部件等方面的研究取得了很大的進(jìn)展，而且在整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程化研制方面也獲得了較大的突破。在悉尼奧運(yùn)會(huì)上，Terabeam公司成功地使用FSO設(shè)備進(jìn)行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實(shí)現(xiàn)了利用FSO設(shè)備向客戶提供100Mb/S的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[1]。2009年，日本的 E. Ciaramella 和 Y. Arimoto 等人在 212 米的距離成功完成了 I. 28Terabp s (32*40Gbps)的無線激光WDM通信實(shí)驗(yàn)[2]。目前國外生產(chǎn)廠商主要有Lightpointe、Fsona、Canon等[3_5]，其產(chǎn)品應(yīng)用于定點(diǎn)通信。例如Lightpointe的產(chǎn)品特點(diǎn)是工作在850nm波長處，傳輸速率lOOMb/s，傳輸距離從I公里到5公里，四發(fā)四收天線，該產(chǎn)品的天線跟蹤功能可以減小由建筑物的微小晃動(dòng)造成的視軸偏差，但不具備大范圍快速的APT功能。FSO作為ー種視距傳輸系統(tǒng)，對(duì)較窄的信號(hào)光束實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速的捕獲、對(duì)準(zhǔn)及跟蹤(APT Acquisition Pointing and Tracking),從而建立有效、可靠的通信鏈路，是FSO的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)有的針對(duì)定點(diǎn)WCL的APT技術(shù)已較為成熟，只需通過人工操作將端機(jī)的光學(xué)天線安置到固定的位置和角度即可實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，從而建立穩(wěn)定的通信鏈路[6_7]。而移動(dòng)FSO目前還處在起步階段，這是因?yàn)閷?duì)于移動(dòng)特別是室外用途的快速移動(dòng)FSO系統(tǒng)，大氣效應(yīng)[8_9]、目標(biāo)間相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)、通信終端載荷重量及功率限制等問題對(duì)APT技術(shù)的影響將更加顯著。移動(dòng)FSO系統(tǒng)的APT實(shí)現(xiàn)方式多是設(shè)定某種跟蹤控制算法，然后根據(jù)移動(dòng)過程中接收光斑落在位置光電探測器(PSD position sensitive detector)、電荷稱合元件(CO):charge coupled device)或四象限探測器(QD :quadrant detector)上的誤差信息對(duì)萬向節(jié)或振鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中的對(duì)準(zhǔn)[1°_11]。由于采用機(jī)械伺服系統(tǒng)，上述方法僅適用于短距離的慢速(彡0. 18m/s)通信，而且在持續(xù)對(duì)準(zhǔn)過程中的頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)出現(xiàn)時(shí)延，從而導(dǎo)致跟瞄速度出現(xiàn)誤差，影響通信的實(shí)時(shí)性。
在接收端使用特殊幾何結(jié)構(gòu)的光學(xué)透鏡(如球形透鏡等)與光纖陣列代替萬向節(jié)伺服系統(tǒng)，在大范圍的廣角接收中實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)[12]。由于光學(xué)器件尺寸的限制使得球形透鏡的孔徑不能無限增加，同時(shí)光纖陣列的排布遵從一定的規(guī)律以代表不同的目標(biāo)位置，因此該系統(tǒng)僅適用于短距離通信?！NAPT解決方案為利用發(fā)光二極管(LED :light emitting diode)構(gòu)成多收發(fā)機(jī)的球面光學(xué)天線，實(shí)現(xiàn)球面上的角度分集和空間復(fù)用，為了避免每個(gè)節(jié)點(diǎn)的開銷，使用電跟蹤取代傳統(tǒng)的機(jī)械跟蹤[ル14]。
由于使用LED代替高功率激光器，使得通信距離較短(在天氣良好時(shí)設(shè)計(jì)的最大距離約為600m)，無法適用于室外用途的移動(dòng)FSO系統(tǒng)；將LED置于光探測器(PD photodiode)中心，不但會(huì)增加器件的制作難度，而且H)中心點(diǎn)的探測盲區(qū)也會(huì)影響其探測能力。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)所要解決的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠滿足于快速移動(dòng)自由空間光通信系統(tǒng)要求的光學(xué)智能天線。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于近平面內(nèi)360度移動(dòng)FSO系統(tǒng)的圓柱體光學(xué)智能天線，其特征在于，該光學(xué)智能天線采用在圓柱體載體上排放若干個(gè)激光接收、發(fā)射陣列，每個(gè)陣列由若干個(gè)激光接收、發(fā)射單元組成。進(jìn)ー步，該光學(xué)智能天線的整體形狀為圓柱形，激光接收、發(fā)射単元呈圓形均勻分布在圓柱體的表面，發(fā)射單元半徑小于或等于接收単元半徑。進(jìn)ー步，所述發(fā)射単元，用于發(fā)射信號(hào)，覆蓋整個(gè)360度的空間，由分束裝置和分束控制裝置構(gòu)成；所述接收単元，用于負(fù)責(zé)接收來自空間的光信號(hào)。進(jìn)ー步,所述光學(xué)智能天線進(jìn)ー步包括數(shù)據(jù)與信息處理單元，用于對(duì)接收到的光斑位置信息電流值進(jìn)行分析；控制系統(tǒng)，包括激光控制単元、光開關(guān)控制単元以及調(diào)速裝置，激光器控制單元和光開光控制単元中有光通路控制電路，如果數(shù)據(jù)與信息處理單元的分析結(jié)果滿足對(duì)準(zhǔn)條件，則激光控制單元和光開關(guān)控制単元產(chǎn)生控制信號(hào)，利用該控制信號(hào)通過光通路控制電路產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，選擇合適的激光器與發(fā)射天線；機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用于完成通信機(jī)自轉(zhuǎn)速度的變化。本發(fā)明公開了ー種基于圓柱形的光學(xué)智能天線，適用于在某一近似平面內(nèi)快速移動(dòng)的自由空間光通信(FSO)系統(tǒng)，包括收/發(fā)單元呈圓形均勻分布在圓柱體的表面(光天線單元陣列)由于平行于圓柱底面方向上相鄰兩個(gè)發(fā)射單元的覆蓋區(qū)域沒有重疊，故采用了水平方向的自轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，這樣雖然犧牲了通信時(shí)間的連續(xù)性，但換取了通信空間連續(xù)性；繼而，設(shè)計(jì)了通信協(xié)議，為上層用戶提供了時(shí)間上連續(xù)的通信；在對(duì)發(fā)射単元進(jìn)行編號(hào)的基礎(chǔ)上，通過基于通信雙方交換發(fā)射單元編號(hào)信息而實(shí)現(xiàn)的天線波束控制算法，可以實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)激光通信近似平面內(nèi)360度的捕獲、對(duì)準(zhǔn)、跟蹤功能。即激光收發(fā)陣列中的每個(gè)光收發(fā)単元與光開關(guān)陣列相關(guān)聯(lián)并受光開關(guān)陣列控制，通過控制光開關(guān)陣列的通斷從而改變ー個(gè)或者多個(gè)激光束的指向，實(shí)現(xiàn)捕獲、對(duì)準(zhǔn)、在通信中進(jìn)行跟蹤的(APT)天線技木。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例提供的通信端機(jī)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的通信端機(jī)組成示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)射單元行排列關(guān)系示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的通信機(jī)通信過程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的通信端機(jī)主要包括了 發(fā)射部分、接收部分、數(shù)據(jù)與信息處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。如圖I所示。由于通信機(jī)體積不能太大，故通信機(jī)內(nèi)不能放置太多的激光器，而為了覆蓋整個(gè)360度的空間，需要大量的發(fā)射單元，這就需要分束裝置和分束控制裝置；接收部分負(fù)責(zé)接收來自空間的光信號(hào)；數(shù)據(jù)與信息處理的功能是對(duì)接收到的光斑位置信息電流值進(jìn)行分析；控制系統(tǒng)包括激光控制単元、光開關(guān)控制単元以及調(diào)速裝置，激光器控制單元和光開光控制単元中有光通路控制電路，該電路使得發(fā)射單元編號(hào)與具體的激光器和光開關(guān)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果數(shù)據(jù)與信息處理單元的分析結(jié)果滿足對(duì)準(zhǔn)條件，則激光控制單元和光開關(guān)控制単元產(chǎn)生控制信號(hào)，利用該控制信號(hào)通過光通路控制電路產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，選擇合適的激光器與發(fā)射天線；機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置用來完成通信機(jī)自轉(zhuǎn)速度的變化。整個(gè)通信端機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。天線的整體形狀為圓柱形，其半徑為R，高度為H。收/發(fā)單元呈圓形均勻分布在圓柱體的表面，發(fā)射單元和接收單元半徑分別為巧和r2，一般r2不小于Γι。天線的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。使中央一行發(fā)射單元的束散角角平分線為水平，上面發(fā)射單元行的角平分線依次
與其夾角為α、2α、3α.......，且向上偏折，下面的發(fā)射單元行的角平分線依次與其夾角
為α、2α、3α.......，且向下偏折。由于來自遠(yuǎn)處的光束可看為平行光，接收單元行皆垂
直排列，如圖4所示。兩個(gè)相鄰發(fā)射単元的覆蓋范圍在某個(gè)距離以后正好能有重疊，故這種分布可以保證通信機(jī)覆蓋范圍在高度方向上的連續(xù)性?？紤]通信距離和天線尺寸因素，發(fā)射束散角不能太大，發(fā)射單元數(shù)量不能太多，導(dǎo)致通信機(jī)發(fā)射單元的覆蓋范圍是有間隔的，為了實(shí)現(xiàn)360度空間覆蓋，必須使用掃描式波束控制，這里采用通信機(jī)自轉(zhuǎn)的方法。該方法是以通信時(shí)間非連續(xù)性來換取通信空間連續(xù)性。時(shí)間分集技術(shù)是將同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重復(fù)發(fā)送，只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大，則各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)的衰落將是相互獨(dú)立的。由于本系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)使得通信時(shí)間是有間隔的，因此，該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間分集有天然的優(yōu)勢(shì)。圖5為通信機(jī)通信過程的示意圖，以其中ー個(gè)通信機(jī)作為發(fā)射機(jī)，另ー個(gè)通信機(jī)作為接收機(jī)為例。其中，圖5(a)為接收機(jī)剛好進(jìn)入發(fā)射覆蓋區(qū)域之內(nèi)，5(b)為接收機(jī)在發(fā)射覆蓋區(qū)域之內(nèi)，5(c)為接收機(jī)剛好要離開發(fā)射覆蓋區(qū)。實(shí)際中兩通信機(jī)采用全雙エ通信方式，通信機(jī)同時(shí)是收/發(fā)機(jī)。設(shè)該系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向(俯視時(shí))。自轉(zhuǎn)速度采用兩種速度1)接收機(jī)處于束散角范圍之內(nèi)時(shí)采用慢速自轉(zhuǎn)；2)接收機(jī)處于盲區(qū)時(shí)采用快速自轉(zhuǎn)?？焖僮赞D(zhuǎn)可以縮短捕獲時(shí)間，而慢速自轉(zhuǎn)可以增加通信時(shí)間。初始時(shí)刻，通信雙方都打開所有的發(fā)射單元，則兩個(gè)通信機(jī)有三種可能的狀態(tài)1)一端通信機(jī)未收到信號(hào)而對(duì)端收到信號(hào)；2)兩端都收到信號(hào)；3)兩端都未收到信號(hào)。狀態(tài)
I)時(shí)，對(duì)端通信機(jī)收到了本端通信機(jī)的 信號(hào)并判斷出本端未收到信號(hào)，故對(duì)端通信機(jī)啟動(dòng)快速自轉(zhuǎn)直到本端收到信號(hào)。狀態(tài)2)時(shí)，直接可以根據(jù)接收到的信號(hào)判斷打開的發(fā)射單元。狀態(tài)3)吋，則本端和對(duì)端通信機(jī)都會(huì)等待對(duì)端啟動(dòng)自轉(zhuǎn)從而收到信號(hào)，但這種情況下會(huì)導(dǎo)致超時(shí)，其值為使本端收到對(duì)端信號(hào)的對(duì)端最大旋轉(zhuǎn)時(shí)間，超時(shí)后本端開始旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)射單元的切換,對(duì)發(fā)射單元進(jìn)行編號(hào),使每ー個(gè)發(fā)射單元都有唯一的編號(hào)。由于發(fā)射単元的總行數(shù)不起過兩位數(shù)，故采用前兩位表示行號(hào)，而每一行的發(fā)射單元個(gè)數(shù)也不超過兩位數(shù)，故用后兩位數(shù)字表示列號(hào)，每ー個(gè)發(fā)射單元的編號(hào)是一個(gè)四位數(shù)。通信機(jī)的移動(dòng)是隨機(jī)的，可能在水平方向上移動(dòng)，也可能是在垂直方向上移動(dòng)，還可能是任意方向的移動(dòng)。故發(fā)射單元的切換涉及到兩個(gè)方面，即同一行發(fā)射單元之間的切換，發(fā)射行之間的切換。根據(jù)通信雙方的握手，發(fā)射通信機(jī)可以判斷接收通信機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)接收通信機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則進(jìn)行同一行發(fā)射單元之間的切換；當(dāng)接收通信機(jī)在垂直方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，則進(jìn)行發(fā)射行之間的切換。I)同一行發(fā)射單元之間的切換。為了保持通信，又節(jié)省能耗，通信機(jī)必須打開相應(yīng)的發(fā)射單元旦要求打開盡量少的發(fā)射單元。為滿足以上條件，同一發(fā)射單元行上打開兩個(gè)發(fā)射單元，一個(gè)為當(dāng)前覆蓋接收機(jī)的發(fā)射單元，另ー個(gè)為與其相鄰的發(fā)射単元，假設(shè)通信端機(jī)自轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，則打開逆時(shí)針方向的相鄰發(fā)射単元，它也是即將旋轉(zhuǎn)到來的發(fā)射單元。由于通信機(jī)的自轉(zhuǎn)造成發(fā)射單元覆蓋區(qū)域的移動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接收通信機(jī)的移動(dòng)速度，故下一個(gè)用到的發(fā)射單元必然是即將旋轉(zhuǎn)到來的發(fā)射單元。這里先打開此發(fā)射単元，是由于通信的中斷時(shí)間很短，在這么短的時(shí)間不足以打開此發(fā)射單元并使其進(jìn)入正常工作狀態(tài)。對(duì)于剛旋轉(zhuǎn)過去的發(fā)射單元，由于接收通信機(jī)是不會(huì)處于該發(fā)射單元的空間覆蓋區(qū)域的，故關(guān)閉該發(fā)射單元。2)發(fā)射行之間的切換。本著使目標(biāo)在通信范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)無盲區(qū)并避免發(fā)射陣元的頻繁切換、簡化系統(tǒng)エ作和降低算法復(fù)雜度的原則。當(dāng)接收機(jī)處于某ー個(gè)發(fā)射単元的覆蓋范圍時(shí)，則同時(shí)打開正在通信行的某一發(fā)射單元和與其對(duì)應(yīng)列的上下行發(fā)射單元，共三個(gè)發(fā)射単元。當(dāng)接收機(jī)處于上下兩行發(fā)射単元的重疊區(qū)時(shí)，則只打開這兩個(gè)重疊的發(fā)射單元。天線自轉(zhuǎn)方式解決了空間盲區(qū)問題，但同時(shí)帶來通信時(shí)間的不連續(xù)性問題。在此，通信的不連續(xù)只是物理層的，故可以采用自定義的協(xié)議來使應(yīng)用層的通信在時(shí)間上連續(xù)。由于通信機(jī)是采用旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行通信，物理層必然是不連續(xù)的傳輸方式，本發(fā)明采用漏斗傳輸?shù)姆绞絹韺⑽锢韺与x散的傳輸方式轉(zhuǎn)化為物理層以上各層連續(xù)的傳輸方式。通過加入一個(gè)緩存器，把接收到的高速數(shù)據(jù)存放在緩存器中，然后將數(shù)據(jù)包分拆成更小的數(shù)據(jù)包以ー個(gè)較低的速率提供給上層。臨界情況是當(dāng)下次大數(shù)據(jù)包到來時(shí)，上次數(shù)據(jù)剛好給上層傳完，以此來達(dá)到上層的連續(xù)通信，雖然在速率上有ー些損失，但由于激光通信的超大帶寬，即使損失一點(diǎn)，最后的傳輸速率也可以達(dá)到一個(gè)比較高的水平。本發(fā)明公開了一種基于圓柱形的光學(xué)智能天線，適用于在某一近似平面內(nèi)快速移動(dòng)的自由空間光通信(FSO)系統(tǒng)，包括收/發(fā)單元呈圓形均勻分布在圓柱體的表面(光天線單元陣列)由于平行于圓柱底面方向上相鄰兩個(gè)發(fā)射單元的覆蓋區(qū)域沒有重疊，故采用了水平方向的自轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，這樣雖然犧牲了通信時(shí)間的連續(xù)性，但換取了通信空間連續(xù)性；繼而，設(shè)計(jì)了通信協(xié)議，為上層用戶提供了時(shí)間上連續(xù)的通信；在對(duì)發(fā)射単元進(jìn)行編號(hào)的基礎(chǔ)上，通過基于通信雙方交換發(fā)射單元編號(hào)信息而實(shí)現(xiàn)的天線波束控制算法，可以實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)激光通信近似平面內(nèi)360度的捕獲、對(duì)準(zhǔn)、跟蹤功能。即激光收發(fā)陣列中的每個(gè)光收發(fā)単元與光開關(guān)陣列相關(guān)聯(lián)并受光開關(guān) 陣列控制，通過控制光開關(guān)陣列的通斷從而改變ー個(gè)或者多個(gè)激光束的指向，實(shí)現(xiàn)捕獲、對(duì)準(zhǔn)、在通信中進(jìn)行跟蹤的(APT)天線技木。該發(fā)明通過本發(fā)明公開的圓柱形光學(xué)智能天線的陣元分布、不同的天線工作方式(即快慢自轉(zhuǎn)相結(jié)合方式、勻速自轉(zhuǎn)方式)、以及通信協(xié)議和波束控制方法，可以提高天線的效率。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)天線可根據(jù)通信雙方的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)的切換發(fā)射単元，波束跟瞄速度更高，可以有效的克服機(jī)械方法隨機(jī)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)天線時(shí)慣性大、速度慢的缺點(diǎn)。并且在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)快速移動(dòng)的自由空間光通信(FSO)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一定高度范圍的近平面360度的、精確的捕獲，對(duì)準(zhǔn)和跟蹤功能。通信機(jī)是全雙エ的，通信雙方的通信過程一致，設(shè)通信雙方為A、B，在此僅以一方(A)的通信過程進(jìn)行說明。整個(gè)通信過程如下第I步為了實(shí)現(xiàn)360度空間覆蓋，本發(fā)明采用通信機(jī)自轉(zhuǎn)的方法。該方法是以通信時(shí)間非連續(xù)性來換取通信空間連續(xù)性，即天線旋轉(zhuǎn)ー圈時(shí)，總的旋轉(zhuǎn)時(shí)間由通信時(shí)間和間斷時(shí)間構(gòu)成，因此該系統(tǒng)必須滿足通信的實(shí)際帶寬需求。實(shí)際帶寬利用率可等效為通信時(shí)間與總時(shí)間之比。由于激光通信帶寬很寬，實(shí)際利用的帶寬也能滿足通信的要求。例如，設(shè)激光原始帶寬為1GHz，若帶寬利用率為60%，則實(shí)際帶寬為600MHz。針對(duì)A和B的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、通信距離范圍、帶寬需求等，通過設(shè)置發(fā)射單元數(shù)目和發(fā)散角大小，即可確定天線快/慢自轉(zhuǎn)速度，以提高不同應(yīng)用場合天線的效率。第2步激光器控制單元和光開光控制単元中有光通路控制電路，該電路使得發(fā)射單元編號(hào)與激光器和光開關(guān)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。初始時(shí)刻，通信雙方都打開所有的發(fā)射單元，則兩個(gè)通信機(jī)有三種可能的狀態(tài)1) 一端通信機(jī)未收到信號(hào)而對(duì)端收到信號(hào)；2)兩端都收到信號(hào)；3)兩端都未收到信號(hào)。狀態(tài)I)吋，B收到了 A的信號(hào)并判斷出A未收到信號(hào)，故B啟動(dòng)快速自轉(zhuǎn)直到A收到信號(hào)。狀態(tài)2)吋，A直接可以根據(jù)接收到的信號(hào)判斷打開的發(fā)射単元。狀態(tài)3)時(shí)，則A和B都會(huì)等待對(duì)端啟動(dòng)自轉(zhuǎn)從而收到信號(hào)，但這種情況下會(huì)導(dǎo)致超時(shí)，其值為使A收到信號(hào)的B最大旋轉(zhuǎn)時(shí)間，超時(shí)后A開始旋轉(zhuǎn)。第3步通信機(jī)A通過接收系統(tǒng)接收光信號(hào)。第4步A處理收到的光信號(hào)，從接收數(shù)據(jù)包中提取來自對(duì)端B的反饋信息(由于B收到的光信號(hào)中含有A的發(fā)射單元編號(hào)，隨后B將該編號(hào)和自身的發(fā)射單元編號(hào)發(fā)送至A)，通過發(fā)射單元編號(hào)可以得到通信機(jī)B所處的位置。然后，把處理結(jié)果傳送到激光器控制単元、光開關(guān)控制単元、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。
第5步機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置調(diào)整光學(xué)天線的自轉(zhuǎn)角速度。第6歩通過光通路控制電路，激光器控制單元完成打開激光器(ー個(gè)或多個(gè))的選擇，光開光控制單元控制光開關(guān)矩陣，它們一起完成發(fā)射單元編號(hào)(ー個(gè)或多個(gè))的選擇，即控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)與信息處理系統(tǒng)的處理結(jié)果來控制發(fā)射系統(tǒng)選擇相應(yīng)的發(fā)射單元。并根據(jù)通信機(jī)B的位置，通過“同一行發(fā)射單元之間的切換”以及“發(fā)射行之間的切換”。第7步利用發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送帶有本端(A)發(fā)射單元編號(hào)和對(duì)端(B)發(fā)射單元編號(hào)的光信號(hào)，最終完成通信雙方的捕獲、對(duì)準(zhǔn)及跟蹤(APT)功能。本發(fā)明的具有以下積極效果
I)收/發(fā)單元呈圓形均勻分布在圓柱體的表面(光天線單元陣列)；2)光學(xué)智能天線采用了水平方向的自轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，這樣雖然犧牲了通信時(shí)間的連續(xù)性，但換取了通信空間連續(xù)性；3)設(shè)計(jì)了通信協(xié)議，為上層用戶提供了時(shí)間上連續(xù)的通信；4)在對(duì)發(fā)射単元進(jìn)行編號(hào)的基礎(chǔ)上，通過基于通信雙方交換發(fā)射單元編號(hào)信息而實(shí)現(xiàn)的天線波束控制算法，可以實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)激光通信近似平面內(nèi)360度的捕獲、對(duì)準(zhǔn)、跟蹤功能；5)激光收發(fā)陣列中的每個(gè)光收發(fā)單元與光開關(guān)陣列相關(guān)聯(lián)并受光開關(guān)陣列控制，通過控制光開關(guān)陣列的通斷從而改變ー個(gè)或者多個(gè)激光束的指向，實(shí)現(xiàn)捕獲、對(duì)準(zhǔn)、在通信中進(jìn)行跟蹤的(APT)天線技木。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于近平面內(nèi)360度移動(dòng)FSO系統(tǒng)的圓柱體光學(xué)智能天線，其特征在于，該光學(xué)智能天線采用在圓柱體載體上排放若干個(gè)激光接收、發(fā)射陣列，每個(gè)陣列由若干個(gè)激光接收、發(fā)射單元組成。
2.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)智能天線，其特征在于，該光學(xué)智能天線的整體形狀為圓柱形，激光接收、發(fā)射単元呈圓形均勻分布在圓柱體的表面，發(fā)射單元半徑小于或等于接收単元半徑。
3.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)智能天線，其特征在干， 所述發(fā)射單元為用于發(fā)射信號(hào)，覆蓋整個(gè)360度的空間，由分束裝置和分束控制裝置構(gòu)成的發(fā)射單元； 所述接收單元為用于負(fù)責(zé)接收來自空間的光信號(hào)的接收單元。
4.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)智能天線，其特征在于，所述光學(xué)智能天線進(jìn)ー步包括 用于對(duì)接收到的光斑位置信息電流值進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)與信息處理單元； 控制系統(tǒng)，包括激光控制単元、光開關(guān)控制単元以及調(diào)速裝置，激光器控制單元和光開光控制單元中有光通路控制電路；以及 用于完成通信機(jī)自轉(zhuǎn)速度的變化的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于近平面內(nèi)360度移動(dòng)FSO系統(tǒng)的圓柱體光學(xué)智能天線，采用在圓柱體載體上排放若干個(gè)激光接收、發(fā)射陣列，每個(gè)陣列由若干個(gè)激光接收、發(fā)射單元組成。該天線采用了水平方向的自轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了通信空間連續(xù)性；繼而，設(shè)計(jì)了通信協(xié)議，為上層用戶提供了時(shí)間上連續(xù)的通信；在對(duì)發(fā)射單元進(jìn)行編號(hào)的基礎(chǔ)上，通過基于通信雙方交換發(fā)射單元編號(hào)信息而實(shí)現(xiàn)的天線波束控制算法，可以實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)激光通信近似平面內(nèi)360度的捕獲、對(duì)準(zhǔn)、跟蹤功能。即激光收發(fā)陣列中的每個(gè)光收發(fā)單元與光開關(guān)陣列相關(guān)聯(lián)并受光開關(guān)陣列控制，通過控制光開關(guān)陣列的通斷從而改變一個(gè)或者多個(gè)激光束的指向，實(shí)現(xiàn)捕獲、對(duì)準(zhǔn)、在通信中進(jìn)行跟蹤的(APT)天線技術(shù)。
文檔編號(hào)H04B10/02GK102694591SQ20121017209
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者尚韜, 李煒煦, 楊銀堂, 賈吉軍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)