用於fso系統的正二十面體全向光學智能天線及通信方法
2024-03-27 13:02:05
專利名稱：用於fso系統的正二十面體全向光學智能天線及通信方法
技術領域：
本發明屬於信息通訊領域，尤其涉及一種適用於移動FSO系統的正二十面體全向光學智能天線。
背景技術：
自由空間光通信(FSO Free Space Optical Communication)又稱無線雷射通信，它利用紅外雷射束為載體，以自由空間為媒質，可以在站點之間實現高速通信。FSO的波束寬度很小(幾個毫弧度乃至微弧度量級)，紅外光不可見，因此安全、隱蔽性好。利用無線雷射鏈路構成網絡，可靠性高，其靈活性又與一般無線電通信系統相近，便於架設開通和撤收。採用自動跟蹤瞄準技術，可以實現動中 通。因此，FSO不但繼承了光纖通信大容量的特點，還具備了無線電通信的靈活性，真正意義上實現了「寬帶+無線」的優良通信方式，具有廣闊的應用前景。ー個安全隱蔽、可靠、寬帶、機動的FSO系統，對軍事通信和民用通信都具有重要的應用價值。例如在軍事通信領域，應用於艦艇編隊內部艦艇之間的移動通信，用於機動作戰的自行火炮群、防空陣地、戰術地地飛彈陣地、火箭炮群、野戰指揮部等作戰、指揮、保障等車輛之間的戰術通信系統，無人機編隊內部的數據傳輸，地空雷射通信，以及星際雷射通信等。在民用通信領域，應用於光纖鏈路替代或備份、最後一公裡寬帶接入、各種場合的應急通信或臨時通信等，特別是近年來隨著3G技術的部署，FSO也用於3G/4G基站與基站、基站與中心站之間的信息傳輸。在雪梨奧運會上，Terabeam公司成功地使用WLC設備進行圖像傳送,並在西雅圖的四季飯店成功地實現了利用WLC設備向客戶提供100Mb/S的數據業務[1]. 2010年，WaqarHameed, S. Sheikh muhammad等人進行了適用於第四代移動通信的FSO研究[2]。目前國外生產廠商主要有Lightpointe、Fsona、Canon等 _5],其產品應用於定點通信。例如Fsona的產品特點是工作在1550nm波長處，傳輸速率10Mb/S至155Mb/s，傳輸距離從I公裡到7公裡，採用四發單收天線，使用了光纖放大器EDFA，發射功率比較大，但不具備大範圍快速的APT功能。FSO是ー種視距(LOS :Line Of Sight)傳輸系統。為了在發射端和接收端間建立一條有效的通信鏈路，精確可靠的捕獲、對準和跟蹤(APT Acquisition Pointing andTracking)技術至關重要，特別是在移動環境下。目前，定點的近地FSO技術已經較為成熟，通過系統本身的自動調整機械裝置克服小範圍的器件振動與形變等因素的影響，可以實現幾公裡內100Mbps至IGbps量級的數據傳輸[6_7]。然而移動雷射通信(以下簡稱移動FS0)技術還處在實驗階段，這是因為對於移動特別是室外用途的快速移動FSO系統，大氣效應[8_9]、目標間相對高速運動、通信終端載荷重量及功率限制等問題對APT技術的影響將更加顯著。ー個最重要的技術——APT技術目前還不能滿足移動FSO特別是快速移動的要求。移動FSO系統的APT實現方式多是設定某種跟蹤控制算法，然後根據移動過程中接收光斑落在位置光電探測器(PSD position sensitive detector)、電荷f禹合元件(CO):charge coupled device)或四象限探測器(QD quadrant detector)上的誤差信息對萬向節或振鏡進行調節，從而實現移動中的對準。由於採用機械伺服系統，上述方法僅適用於短距離的慢速((O. 18m/s)通信，而且在持續對準過程中的頻繁轉動會出現時延，從而導致跟瞄速度出現誤差，影響通信的實時性。在接收端使用特殊幾何結構的光學透鏡(如球形透鏡等)與光纖陣列代替萬向節伺服系統，在大範圍的廣角接收中實現對準。由於光學器件尺寸的限制使得球形透鏡的孔徑不能無限增加，同時光纖陣列的排布遵從一定的規律以代表不同的目標位置，因此該系統僅適用於短距離通信。ー種APT解決方案為利用發光二極體(LED :light emitting diode)構成多收發機的球面光學天線，實現球面上的角 度分集和空間復用，為了避免每個節點的開銷，使用電跟蹤取代傳統的機械跟蹤。由於使用LED代替高功率雷射器，使得通信距離較短(在天氣良好時設計的最大距離約為600m)，無法適用於室外用途的移動FSO系統；將LED置於光探測器(PD photodiode)中心，不但會增加器件的製作難度，而且H)中心點的探測盲區也會影響其探測能力。
發明內容
針對上述問題，本發明提供了ー種光學智能天線模型，該天線採用了以正二十面體為載體、每個面作為ー個接收單元並鑲嵌若干個雷射發射單元的陣元分布方式。在此基礎上，提出了ー種光波束控制算法，天線可根據通信雙方的運動狀態相應的切換發射單元，並將該信息反饋給光通路控制器以控制光開關陣列的通斷，實現全向360度的、快速移動的點對點無線雷射通信。本發明實施例是這樣實現的，一種適用於移動FSO系統的正二十面體全向光學智能天線，其特徵在於，該智能天線將正二十面體的每個面作為ー個接收單元，在每個面上配置若干有序結構的雷射發射単元，所述接收單元採用了接收鑲嵌發射的方式。進ー步，所述發射系統，用於發射信號，覆蓋整個360度的空間，由分束裝置和分束控制裝置構成；所述接收系統，主要包括接收天線和數據與信息處理單元，主要功能是對接收到的光斑位置信息電流值進行分析，並將分析結果傳向控制系統；所述接收系統還包括合併器，用於將多個接收天線單元檢測到的信號光進行分集接收。進ー步，所述智能天線還包括控制系統，主要包括雷射控制単元和光開關控制単元，這兩個控制單元中有光通路控制電路，該電路使得發射單元編號與具體的雷射器和光開關具有對應關係，如果數據與信息處理單元的分析結果滿足對準條件，則雷射控制單元和光開關控制単元產生控制信號，利用該控制信號通過光通路控制電路產生相應的開關信號，選擇合適的雷射器與發射天線，從而實現雙向通信。進ー步,初始時刻發射單元確定的詳細步驟描述如下步驟I :打開所有發射單元；步驟2 :根據每個接收單元收到的光信號功率大小，確定出接收功率最大的接收單元作為接收單元；步驟3 :判斷接收單元接收到幾個對端發射單元的光信號，如果是接收到I個對端發射單元的光信號則轉到步驟5，如果是接收到多個(大於等於2)對端發射単元的光信號則轉到步驟4 ；步驟4 :確定處於接收単元最中心的那個對端發射單元。(這樣可以保證在接收通信機移動的情況下，在後續的發射単元切換過程中切換更少的發射單元。)步驟5 :把本端的接收處理結果反饋給對端，使對端只打開該發射単元。進ー步，發射面內發射單元的切 換流程為在發射面內切換時，分兩種情況1)對端接收單元處於本端發射單元覆蓋範圍的非重疊區；2)對端接收單元處於本端發射單元覆蓋範圍的重疊區；由於對端通信機的移動是隨機的，故我們要打開足夠多的發射單元已保證通信的連續性。對於第一種情況，根據正二十面體發射單元的分布特點，需要打開當前發射單元和其周圍的6個發射単元，共7個發射単元；對於第二種情況，需要打開當前兩個產生重疊區的發射單元和相鄰的兩個發射單元，共4個發射單元。進ー步,智能天線發射面內發射單元切換具體步驟如下步驟I :根據本端收到的反饋信息，判斷對端接收單元是否處於本端發射單元的重疊區。如果處於重疊區則轉到步驟5，否則繼續往下執行；步驟2 :根據本端收到的反饋信息，確定對端當前收到的光信號來自本端發射單元的編號X、y ；步驟3 :打開產生重疊區的2個發射単元，根據發射単元編號確定相鄰的2個發射単元並打開；步驟4 :將步驟3打開的4個發射単元以外的所有發射單元關閉，轉到步驟8 ；步驟5 :根據本端收到的反饋信息，確定對端當前收到的光信號來自本端發射單兀的編號X ;步驟6 :打開該單元，根據發射単元編號確定相鄰的6個發射単元並打開；步驟7 :將步驟6打開的7個發射単元以外的所有發射單元關閉；步驟8 :根據本端收到的反饋信息，判斷對端接收單元接收到的光信號來自本端的發射單元是否發生改變。如果改變則轉到步驟1，否則繼續執行步驟8。本發明實施例的另ー目的在於提供一種適用於移動FSO系統的智能天線通信方法，其特徵在於，通信機是全雙エ的，通信雙方的通信過程一致，設通信雙方為A、B，整個通信過程如下第I步雷射器控制單元和光開光控制単元中有光通路控制電路，該電路使得發射單元編號與雷射器和光開關具有對應關係；初始時刻，通信雙方都打開所有的發射單元。A根據每個接收單元收到的光信號功率大小，確定出接收功率最大的接收單元作為接收單元;A判斷接收單元接收到幾個B端發射單元的光信號，如果是接收到I個B端發射單元的光信號，把接收處理結果反饋給B，使B只打開該發射単元；如果是接收到多個B端發射單元的光信號，則確定處於接收單元最中心的那個B端發射單元，同樣把接收處理結果反饋給B，使B只打開該發射単元；第2步通信機A通過接收系統接收光信號；
第3歩A處理收到的光信號，從接收數據包中提取來自對端B的反饋信息，通過發射單元編號可以得到通信機B所處的位置。然後，把處理結果傳送到雷射器控制單元和光開關控制単元；第4歩A通過光通路控制電路，雷射器控制單元完成打開雷射器的選擇，光開光控制單元控制光開關矩陣，它們一起完成發射單元編號的選擇，即控制系統根據數據與信息處理系統的處理結果來控制發射系統選擇相應的發射単元。並根據通信機B的位置，通過「同一發射面內發射單元之間的切換」以及「發射面之間的切換」;第5步利用發射系統發送帶有本端 (A)發射單元編號和對端(B)發射單元編號的光信號，完成APT功能。本發明公開了ー種基於正二十面體的光學智能天線，適用於快速移動的自由空間光通信(FSO)系統，包括將正二十面體的每個面作為ー個接收單元，而在每個面上配置若干有序結構的雷射發射単元，即這種結構天線的接收單元採用了接收鑲嵌發射的方式；在對發射面和發射單元進行編號的基礎上，通過基於通信雙方交換發射單元編號信息而實現的天線波束控制算法，可以實現快速移動雷射通信全向的捕獲、對準、跟蹤功能。即雷射收發陣列中的每個光收發單元與光開關陣列相關聯並受光開關陣列控制，通過控制光開關陣列的通斷從而改變ー個或者多個雷射束的指向，實現捕獲、對準、在通信中進行跟蹤的(APT)天線技木。與現有方法相比，本發明具有以下優點天線可根據通信雙方的運動狀態相應的切換發射單元，波束跟瞄速度更高，可以有效的克服機械方法旋轉天線時慣性大、速度慢的缺點。並且在點對點快速移動的自由空間光通信(FSO)系統中實現全向空間的、精確的摘獲，對準和跟蹤功能。
圖I是本發明實施例提供的通信端機結構示意圖；圖2是本發明實施例提供的光學天線覆蓋範圍示意圖；圖3是本發明實施例提供的發射單元覆蓋方式；圖4是本發明實施例提供的接收單元示意圖；圖5是本發明實施例提供的數據包格式；圖6是本發明實施例提供的光學智能天線初始時刻發射単元確定流程圖；圖7是本發明實施例提供的光學智能天線發射単元切換整體流程圖；圖8是本發明實施例提供的接收單元在發射單元覆蓋範圍內所處的位置示意圖；圖9是本發明實施例提供的智能天線發射面內發射單元切換流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進ー步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。設計的通信端機主要包括了 發射系統、接收系統以及控制系統，整個通信端機的結構如圖I所示。由於通信機體積不能太大，故在發射系統內不能放置太多的雷射器，而為了覆蓋整個360度的空間，需要大量的發射單元，這就需要分束裝置和分束控制裝置；接收系統主要包括接收天線和數據與信息處理單元，主要功能是對接收到的光斑位置信息電流值進行分析，並將分析結果傳向控制系統；控制系統包括雷射控制単元和光開關控制単元，這兩個控制單元中有光通路控制電路，該電路使得發射單元編號與具體的雷射器和光開關具有對應關係。如果數據與信息處理單元的分析結果滿足對準條件，則雷射控制單元和光開關控制単元產生控制信號，利用該控制信號通過光通路控制電路產生相應的開關信號，選擇合適的雷射器與發射天線，從而實現雙向通信。由於多個接收天線単元都有可能檢測到信號光，因此在接收系統中，合併器將這些已檢測信號進行分集接收。由於要實現全向天線功能，故通信機的形狀必須是完全対稱的。正二十面體把整個全向空間對稱劃分為二十個相同的部分，在每個面上排布發射単元是比較容易的，且這種劃分有利於發射単元的切換，便於實現全向的波束控制。
為了實現長距離通信，發射單元的束散角應儘量小，同時，為了波束的快速全向切換，希望放置更多的發射單元。在此，不考慮每個正三角形上發射單元數量，而是從最終的覆蓋範圍來研究發射陣元的分布方法。在此，把正二十面體的ー個三角形面稱為發射三角形面。對於不太短的通信距離，發射機可以看做是ー個點。優化每個發射面上的發射単元分布，可以使整個通信機的發射覆蓋範圍呈正二十面體，如圖2(a)所示，其中小的正二十面體為通信機，大的正二十面體為其整個通信機的發射覆蓋範圍。把每個發射三角形面看成ー個整體，如果其覆蓋範圍為從二十面體的中心O出發形成的四面體(圖2(a)的0ABC)，則可以使天線正好覆蓋整個三維空間。整個三角形ABC是由若干個發射單元的覆蓋區域組成的。為了把三角形ABC無縫隙且無重合的完全覆蓋，在此用小的正三角形來填充這個大的正三角形，從而達到無縫且無重合的完全覆蓋，如圖2(b)所示。由於其二十個面是完全相同的正三角形，故只需考慮其中某一個面的收發單元分布情況，而其他面與其一致。實際發射単元的光斑都是圓形的，故覆蓋的範圍為圓形。為了保證全空間通信，發射單元間不能有盲區即縫隙，故採用如圖3所示的覆蓋方式。即4個三角形，只需要3個發射單兀來覆蓋。在正二十面體的每個面上，在發射單元總的面積小於接收單元面積的前提下，選擇合適的發射單元尺寸，形成如圖4所示的接收單元鑲嵌發射単元的設計，以滿足天線系統接收來自任意方向光信號的條件。由於發射単元面積就是接收盲區。如果對端通信機發射出來的光束的覆蓋區域小於等於本端發射單元的大小，則本端可能無法正確接收光信號。由於通信距離一般遠遠大於通信機的半徑，上述情況顯然不會發生。天線波束控制首先，將正二十面體的發射面進行編號。其次，對每個發射面上的發射單元進行編號，可以根據每個面上的發射單元數量確定發射單元編號所佔的字節數，並在編號前面加上ー個字節的發射面編號，共同組成發射單元編號，從而方便處理器來處理這些信息。即，根據上述的發射面和發射單元編號，通過設計特定的通信協議，把本端發射面、發射單元的編號以及本端收到的來自對端的發射面、發射單元編號加在通信數據包中，使通信雙方能夠交換這些發射面和發射單元的編號，並根據以上編號得到發射面和發射単元的相互位置關係、當前發射單元是否處於發射面的邊緣等信息，就能正確完成波束控制，保持通信的連續。本系統在OSI七層模型中，物理層是間斷通信，通過在數據鏈路層的流控實現連續通信，為應用層提供可靠連續的通信服務。為了完成發射單元之間的切換需要對發射単元進行編號。這些「本端發射單元編號」和數據一起被發送到對端，對端再把接收到的「本端發射單元編號」和本機的「對端發射單元編號」 一起發送回本端。這些編號被加在數據包中，數據包如圖5所示。其中，「本端發射單元編號」 為本端發射單元的編號，佔據I個字節，前四位為行號後四位為列號。「對端發射單元編號」為本端收到的對端光信號的發射單元號，佔據I個字節，前四位為行號後四位為列號。數據的長度根據實際上層用到的協議來定。初始時刻，通信雙方都打開所有的發射單元，由於通信雙方的光學天線都覆蓋了全向空間，此時任一通信機必然有接收信號。根據本端通信機收到的對端通信機的反饋信息(即本端接收到的信息)來確定本端的發射單元。初始時刻發射單元確定的詳細步驟描述如下步驟I :打開所有發射單元。步驟2 :根據每個接收單元收到的光信號功率大小，確定出接收功率最大的接收單元作為接收單元。步驟3 :判斷接收單元接收到幾個對端發射單元的光信號，如果是接收到I個對端發射單元的光信號則轉到步驟5，如果是接收到多個(大於等於2)對端發射単元的光信號則轉到步驟4。步驟4 :確定處於接收単元最中心的那個對端發射單元。(這樣可以保證在接收通信機移動的情況下，在後續的發射単元切換過程中切換更少的發射單元。)步驟5 :把本端的接收處理結果反饋給對端，使對端只打開該發射単元。步驟6:結束。該流程是全雙エ過程，需要通信雙方交互信息，收/發通信機同時按上述流程進行初始時刻發射單元的確定。在通信時，為了使功耗儘量低，應該儘量打開少的發射單元，但少的發射單元只能覆蓋一定的範圍，如果接收通信機移動出該覆蓋範圍將會造成通信的中斷，這就要求採用發射單元切換的方式保證通信的連續性。正二十面體把整個智能天線分成了二十個面，每個面看做一個大的範圍，每個單元看做ー個小的範圍，這樣使發射單元的切換快速而且高效。發射單元的切換涉及發射面之間的切換和同一發射面內發射單元之間的切換。整體流程圖如圖7所示。當本端收到的反饋信息是，對端收到的光信號來自本端某個發射面的邊緣發射單元，則本端要準備在發射面之間進行切換。反之，若是非邊緣發射単元，則本端只進行本發射面內部發射單元之間的切換。發射面間的切換和發射面內發射單元的切換過程類似，在這裡僅說明發射面內發射単元的切換流程，如圖9所示。在發射面內切換時，分兩種情況討論1)對端接收單元處於本端發射單元覆蓋範圍的非重疊區(圖8(a)所示的陰影區)；2)對端接收單元處於本端發射單元覆蓋範圍的重疊區(圖8(b)所示的陰影區)。由於對端通信機的移動是隨機的，故我們要打開足夠多的發射單元已保證通信的連續性。對於第一種情況，根據正二十面體發射單元的分布特點，我們需要打開當前發射單元和其周圍的6個發射単元，共7個發射単元如圖8(a)所示。對於第二種情況，我們需要打開當前兩個產生重疊區的發射單元和相鄰的兩個發射単元，共4個發射単元如圖8(b)所示。可以根據發射單元的編號來確定這些相鄰的發射單元，由於相對簡單故具體算法不再詳述。智能天線發射面內發射單元切換具體步驟如下步驟I :根據本端收到的反饋信息，判斷對端接收單元是否處於本端發射單元的重疊區。如果處於重疊區則轉到步驟5，否則繼續往 下執行。步驟2 :根據本端收到的反饋信息，確定對端當前收到的光信號來自本端發射單元的編號X、y。步驟3 :打開產生重疊區的2個發射単元，根據發射単元編號確定相鄰的2個發射單元並打開。步驟4 :將步驟3打開的4個發射単元以外的所有發射單元關閉，轉到步驟8。步驟5 :根據本端收到的反饋信息，確定對端當前收到的光信號來自本端發射單兀的編號X。步驟6 :打開該單元，根據發射単元編號確定相鄰的6個發射單元並打開。步驟7 :將步驟6打開的7個發射単元以外的所有發射單元關閉。步驟8 :根據本端收到的反饋信息，判斷對端接收單元接收到的光信號來自本端的發射單元是否發生改變。如果改變則轉到步驟1，否則繼續執行步驟8。通信機是全雙エ的，通信雙方的通信過程一致，設通信雙方為A、B，在此僅以一方(A)的通信過程進行說明。整個通信過程如下第I步雷射器控制單元和光開光控制単元中有光通路控制電路，該電路使得發射單元編號與雷射器和光開關具有對應關係。初始時刻，通信雙方都打開所有的發射單元。A根據每個接收單元收到的光信號功率大小，確定出接收功率最大的接收單元作為接收單元。A判斷接收單元接收到幾個B端發射單元的光信號，如果是接收到I個B端發射單元的光信號，把接收處理結果反饋給B，使B只打開該發射単元；如果是接收到多個(大於等於
2)B端發射單元的光信號，則確定處於接收單元最中心的那個B端發射單元，同樣把接收處理結果反饋給B，使B只打開該發射単元。第2步通信機A通過接收系統接收光信號。第3步A處理收到的光信號，從接收數據包中提取來自對端B的反饋信息(由於B收到的光信號中含有A的發射單元編號，隨後B將該編號和自身的發射單元編號發送至A)，通過發射單元編號可以得到通信機B所處的位置。然後，把處理結果傳送到雷射器控制単元和光開關控制単元。第4歩A通過光通路控制電路，雷射器控制單元完成打開雷射器(ー個或多個)的選擇，光開光控制單元控制光開關矩陣，它們一起完成發射單元編號(ー個或多個)的選擇，即控制系統根據數據與信息處理系統的處理結果來控制發射系統選擇相應的發射單元。並根據通信機B的位置，通過「同一發射面內發射單元之間的切換」以及「發射面之間的切換」。第5步利用發射系統發送帶有本端(A)發射單元編號和對端(B)發射單元編號的光信號，完成APT功能。本發明公開了ー種基於正二十面體的光學智能天線，適用於快速移動的自由空間光通信(FSO)系統，包括將正二十面體的每個面作為ー個接收單元，而在每個面上配置若干有序結構的雷射發射単元，即這種結構天線的接收單元採用了接收鑲嵌發射的方式；在對發射面和發射單元進行編號的基礎上，通過基於通信雙方交換發射單元編號信息而實現的天線波束控制算法，可以實現快速移動雷射通信全向的捕獲、對準、跟蹤功能。即雷射收發陣列中的每個光收發單元與光開關陣列相關聯並受光開關陣列控制，通過控制光開關陣列的通斷從而改變ー個或者多個雷射束的指向，實現捕獲、對準、在通信中進行跟蹤的(APT)天線技木。與現有方法相比，本發明具有 以下優點天線可根據通信雙方的運動狀態相應的切換發射單元，波束跟瞄速度更高，可以有效的克服機械方法旋轉天線時慣性大、速度慢的缺點。並且在點對點快速移動的自由空間光通信(FSO)系統中實現全向空間的、精確的摘獲，對準和跟蹤功能以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種適用於移動FSO系統的正二十面體全向光學智能天線，其特徵在於，該智能天線將正二十面體的每個面作為ー個接收單元，在每個面上配置若干有序結構的雷射發射單元，所述接收單元採用了接收鑲嵌發射的方式。
2.如權利要求I所述的智能天線，其特徵在於，所述發射系統，用於發射信號，覆蓋整個360度的空間，由分束裝置和分束控制裝置構成； 所述接收系統，主要包括接收天線和數據與信息處理單元，主要功能是對接收到的光斑位置信息電流值進行分析，並將分析結果傳向控制系統；所述接收系統還包括合併器，用於將多個接收天線單元檢測到的信號光進行分集接收。
3.如權利要求I所述的智能天線，其特徵在於，所述智能天線還包括 控制系統，主要包括雷射控制単元和光開關控制単元，這兩個控制單元中有光通路控制電路，該電路使得發射單元編號與具體的雷射器和光開關具有對應關係，如果數據與信息處理單元的分析結果滿足對準條件，則雷射控制單元和光開關控制単元產生控制信號，利用該控制信號通過光通路控制電路產生相應的開關信號，選擇合適的雷射器與發射天線，從而實現雙向通信。
4.如權利要求I所述的智能天線，其特徵在於，初始時刻發射單元確定的詳細步驟描述如下 步驟I :打開所有發射單元； 步驟2:根據每個接收單元收到的光信號功率大小，確定出接收功率最大的接收單元作為接收単元； 步驟3 :判斷接收單元接收到幾個對端發射單元的光信號，如果是接收到I個對端發射単元的光信號則轉到步驟5，如果是接收到多個(大於等於2)對端發射単元的光信號則轉到步驟4 ； 步驟4 :確定處於接收単元最中心的那個對端發射單元。(這樣可以保證在接收通信機移動的情況下，在後續的發射單元切換過程中切換更少的發射單元。) 步驟5 :把本端的接收處理結果反饋給對端，使對端只打開該發射単元。
5.如權利要求I所述的智能天線，其特徵在於，發射面內發射單元的切換流程為 在發射面內切換時，分兩種情況1)對端接收單元處於本端發射單元覆蓋範圍的非重疊區；2)對端接收單元處於本端發射單元覆蓋範圍的重疊區；由於對端通信機的移動是隨機的，故我們要打開足夠多的發射單元已保證通信的連續性。對於第一種情況，根據正二十面體發射單元的分布特點，需要打開當前發射單元和其周圍的6個發射単元，共7個發射單元；對於第二種情況，需要打開當前兩個產生重疊區的發射單元和相鄰的兩個發射単元，共4個發射單元。
6.如權利要求I所述的智能天線，其特徵在於，智能天線發射面內發射單元切換具體步驟如下 步驟I :根據本端收到的反饋信息，判斷對端接收單元是否處於本端發射單元的重疊區。如果處於重疊區則轉到步驟5，否則繼續往下執行； 步驟2:根據本端收到的反饋信息，確定對端當前收到的光信號來自本端發射單元的編號X、y ； 步驟3 :打開產生重疊區的2個發射単元，根據發射単元編號確定相鄰的2個發射単元並打開； 步驟4 :將步驟3打開的4個發射単元以外的所有發射單元關閉，轉到步驟8 ； 步驟5 :根據本端收到的反饋信息，確定對端當前收到的光信號來自本端發射單元的編號X; 步驟6 :打開該單元，根據發射単元編號確定相鄰的6個發射単元並打開； 步驟7 :將步驟6打開的7個發射単元以外的所有發射單元關閉； 步驟8 :根據本端收到的反饋信息，判斷對端接收單元接收到的光信號來自本端的發射単元是否發生改變。如果改變則轉到步驟1，否則繼續執行步驟8。
7.一種適用於移動FSO系統的智能天線通信方法，其特徵在於，通信機是全雙エ的，通信雙方的通信過程一致，設通信雙方為A、B,整個通信過程如下 第I步雷射器控制單元和光開光控制単元中有光通路控制電路，該電路使得發射單元編號與雷射器和光開關具有對應關係；初始時刻，通信雙方都打開所有的發射單元。A根據每個接收單元收到的光信號功率大小，確定出接收功率最大的接收單元作為接收単元;A判斷接收單元接收到幾個B端發射單元的光信號，如果是接收到I個B端發射單元的光信號，把接收處理結果反饋給B，使B只打開該發射単元；如果是接收到多個B端發射單元的光信號，則確定處於接收單元最中心的那個B端發射單元，同樣把接收處理結果反饋給B，使B只打開該發射単元； 第2步通信機A通過接收系統接收光信號； 第3步A處理收到的光信號，從接收數據包中提取來自對端B的反饋信息，通過發射單元編號可以得到通信機B所處的位置。然後，把處理結果傳送到雷射器控制單元和光開關控制単元； 第4歩A通過光通路控制電路，雷射器控制單元完成打開雷射器的選擇，光開光控制單元控制光開關矩陣，它們一起完成發射單元編號的選擇，即控制系統根據數據與信息處理系統的處理結果來控制發射系統選擇相應的發射単元。並根據通信機B的位置，通過「同一發射面內發射單元之間的切換」以及「發射面之間的切換」； 第5步利用發射系統發送帶有本端(A)發射單元編號和對端(B)發射單元編號的光信號，完成APT功能。
全文摘要
本發明公開了一種基於正二十面體的光學智能天線，包括將正二十面體的每個面作為一個接收單元，而在每個面上配置若干有序結構的雷射發射單元，即這種結構天線的接收單元採用了接收鑲嵌發射的方式。其雷射收發陣列中的每個光收發單元與光開關陣列相關聯並受光開關陣列控制，通過控制光開關陣列的通斷從而改變一個或者多個雷射束的指向，實現捕獲、對準、在通信中進行跟蹤的(APT)天線技術。本發明天線可根據通信雙方的運動狀態相應的切換發射單元，波束跟瞄速度更高，可以有效的克服機械方法旋轉天線時慣性大、速度慢的缺點。並且在點對點快速移動的自由空間光通信(FSO)系統中實現全向空間的、精確的捕獲，對準和跟蹤功能。
文檔編號H04B10/10GK102694604SQ20121017210
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者尚韜, 李煒煦, 楊銀堂, 賈吉軍 申請人:西安電子科技大學