CN105704846A - 一种随动跟踪wifi传输装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种随动跟踪WIFI传输装置及其控制方法，装置包括云台控制器，以及与之连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、无线通信单元、WIFI单元和天线云台；还包括设置在天线云台上的定向天线，定向天线连接到WIFI单元；控制方法为：通过北斗卫星信号确定自身位置坐标，将自身坐标信息发布给其它接入点；根据整个通信接入点的坐标信息结合路由算法确定最优通信链路；通过地磁传感器来确定自身姿态信息；计算天线方位角，控制天线云台实现天线对准。本发明实现了WIFI的远距离通信，解决了使用定向天线时多接入点动态移动组网问题；使WIFI在提升通信距离、提升通信隐蔽性、提升网络抗毁性、降低电磁干扰等方面效果明显。

Description

一种随动跟踪WIFI传输装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及WIFI通信技术领域，具体为一种随动跟踪WIFI传输装置及其控制方法。

背景技术

WIFI通信是当代社会应用非常普及的一种无线通信方式。WIFI通信具有诸多优点，例如用户容量大、传输速度高、接入方便、使用广泛、组网灵活等显著的优点。现代智能终端，如手机、移动笔记本等通常都把WIFI通信功能作为标准配置之一。

民用无人飞行器尤其是多轴旋翼飞行器，具有成本低、开发容易、结构简单、用途广泛的特点，得到了相当的普及。但目前多数无人飞行器主要通过专门的遥控器实现控制，使用WIFI通信的无人机一般仅能在100米以内通信。如果无人飞行器能用WIFI实现数公里的通信，将是非常方便的。这种情况下，使用现代智能终端设备就能很方便地与对飞行器实现通信联系，借助智能终端的平台能方便地开发无人机新功能，无疑将极大地拓展无人飞行器应用领域和范围。

另一方面，随着汽车的普及，许多汽车上已具备了WIFI功能。如果汽车之间能以某种方式实现WIFI组网，在数百米范围实现WIFI互联，这无疑将是非常有价值的事情。

但遗憾的是，目前以上两种场合应用均未实现。主要原因是WIFI通信采用多进制宽带数字调制，存在频带占用宽、信号的峰平功率比高，导致发射效率低等缺点。特别是由于信号的峰平功率比高，导致发射器效率很低，使用宽带通信导致接收机灵敏度低等，因此WIFI通常只用作短距离通信。现代移动终端上的小功率WIFI通信距离一般在数十米范围内，发射效率通常低于25％，根本不适合远距离通信。要提高通信距离，就需要提高发射功率，由于发射效率低，要求发射机总消耗功率很大，电源消耗增加程度就十分显著。此外，通信功耗过高也不利于使用电池供电的系统使用。目前，在提高线性发射器效率方面，不少研究者已提出了一些列诸如：前馈、预失真等新技术，在一定程度上改善了发射效率，在窄带通信方面获得一定程度应用，宽带通信具有复杂性目前仍旧处于实验室研究阶段，尚未能达到实用化水平。

鉴于以上原因，WIFI通常仅作为短距离通信使用，许多户外通信只得使用其他方式代替。例如，民用型无人飞行器的通信方式多采用模拟通信和部分数字通信相混合的方式。图像和声音传输使用模拟调频FM方式，命令控制则使用数字频移键控FSK方式。地面车辆间的通信甚至是采用传统的对讲机。一些性能更好的通信系统则使用全数字的COFDM、QPSK等方式。这些通信方式，虽然能解决飞行器、车辆等远距离通信问题，但它属于专用性质的通信与现代智能终端使用的WIFI有很大的差异，由于通信体制完全不同，失去了使用WIFI的便利性优点。

目前使用定向天线扩展WIFI通信距离已有一定应用，定向天线阵具有比常规WIFI系统所用的全向天线有更高的增益，加上它是定向传输的，因此信号传输时能量高度集中，降低了噪声干扰，可实现远距离传输。在相同发射功率与相同接收机灵敏度情况下，定向天线阵能有效地提高通信质量，使WIFI传输距离成倍增加成为可能。在定向通信方式下，由于传输能量集中在所指方向上，对其它非传输方向的设备干扰也会很小。但是，定向天线具有方向性，需要收发系统实时对准才能建立通信，而且由于定向通信系统组网的复杂度高，所以目前都限于点对点固定位置之间的通信，例如2个高楼之间使用定向网桥实现WIFI通信等。但这些常规设计要么采用增大发射功率，要么增加天线方向性和增益来提升通信距离，没有在WIFI信号本身上寻求解决方案。并且这些设计也无法满足移动、随机、多接入点组网等实际需要。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种能随动跟踪WIFI传输装置及其控制方法，该装置采用具有自动跟踪能力的定向WIFI通信系统，实现了任意移动通信节点间的WIFI定向通信，并使通信距离成倍增加，主要技术方案如下：

一种随动跟踪WIFI传输装置，包括云台控制器，以及与云台控制器连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、WIFI单元和第1天线云台；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。

进一步的，所述WIFI单元包括WIFI主处理器和与之连接的第1射频单元，WIFI主处理器连接所述云台控制器，第1射频单元连接所述第1定向天线。

更进一步的，还包括第2定向天线，第2定向天线设置在第2天线云台上，第2天线云台连接云台控制器；所述WIFI单元还包括WIFI协处理器和第2射频单元，WIFI协处理器连接WIFI主处理器，第2射频单元连接第2定向天线。

更进一步的，所述第1定向天线和第2定向天线均为四阵元双输入激励MIMO结构，其包括底层激励输入层，所述底层激励输入层下方设有金属底面反射层，上方依次设有两个或两个以上的引向器。

更进一步的，所述第1射频单元和第2射频单元为双频模式，工作频段为2.4GHz频段和5GHz频段。

更进一步的，所述5GHz频段的射频单元包括由射频滤波器UF1、功率放大器PA、射频收发切换电子开关S1、射频滤波器UF2、天线P1顺次连接构成的发射通路；还包括接收通路，接收通路包括顺次连接到射频收发切换电子开关S1的低噪声放大器LNA和射频滤波器UF3；所述功率放大器PA为平衡放大器结构；还包括用于驱动收发切换的隔离驱动器。

一种随动跟踪WIFI传输装置的控制方法，包括：

每个节点通过北斗导航接收机接收北斗卫星信号，确定自身位置坐标；

检测与其它通信接入点的信号强度确认信道通信质量；

发布自身坐标信息和自身信道通信质量信息给其它接入点；

根据整个通信网络的坐标信息、信道质量信息结合路由算法确定最优通信链路；

通过地磁传感器确定自身姿态信息；

根据自身位置坐标、自身姿态和最优通信链路中需要指向的接入点的位置坐标计算天线方位角，控制天线云台实现天线对准；

通过加速度传感器检测自身运动过程中的起伏变化，随时调整天线云台使定向天线保持精确对准。

进一步的，所述确定最优通信链路的方法包括：

获取所有接入点的基础信息，计算出所有可能的通信链路；

检验每条通信链路的可行性；

将所有可行的通信链路根据信号通信质量排序；

选择数据通信速度最快的链路作为最优通信链路。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用自组织定向WIFI通信网络与自组织全向低功耗辅助网络互补组合的系统构架，不但解决了当前高速WIFI网络不能远距离使用的问题，最重要的是解决了定向WIFI多接入点随机动态移动组网问题，使WIFI的用途获得巨大拓展。自组织全向低功耗辅助通信网络是低速窄带通信网络，主要是辅助WIFI确定天线指向，不承担用户数据传输。尽管是低功耗发射，但它属于窄带通信接收机灵敏度很高，具有比定向WIFI更远的传输距离，其高效率特性保障了整个WIFI系统能建立起精准的定向通信。

2)本发明使用了一种能根据通信距离改变通信模式的设计，提升了远程通信质量。WIFI系统本身有自适应通信模式改变的体制。当电磁环境良好时WIFI能自动改变通信调制模式实现更高速率通信；当电磁环境情况变差时，它能自动改变通信调制方式，并使用低进制数字调试，以便减少误码。WIFI自身的这个自适应改变是适合静态方式使用的，它的通信制式切换比较慢，但在移动系统上使用时，由于环境变化快，反复切换通信模式反而使信号质量变差。本系统使用辅助系统切换WIFI的通信制式，系统通过卫星定位计算位置距离，比起WIFI系统自身的自适应改变快速的多，可使远程通信质量得到保证。

3)本发明采用新的定向天线结构，使WIFI在定向传输方面提升了收发性能，使发射信号杂散与谐波更小、接收信噪比更高。使用多层叠合PCB方式设计，具有取材容易、加工简单、安装方便、成本低廉等优势。

4)本发明采用多滤波器方式的射频前后端电路结构，有效提升了WIFI长距离通信性能。发射电路使用平衡放大器作为功率合成，提高了WIFI发射功率；使用噪声系数低于1dB的超低噪声放大器采用损耗低于0.5dB的电子切换开关提升接收机灵敏度；多滤波器设计有效抑制带外信号进入接收机，并阻止发射机谐波和杂散辐射。多种措施提高了发射信号质量和接收灵敏度。这个设计解决了WIFI长距离通信问题，与传统设计相比，本专利的WIFI收发性能提升巨大。

5)本发明提出了一种可拆分式硬件结构，最大程度降低不同使用环境下的成本，同时也不需要改变现有WIFI的基本体制，也能和现有WIFI实现正常通信，极具实用价值。

附图说明

图1为本发明随动跟踪WIFI传输装置的结构框图。

图2为本发明随动跟踪WIFI传输装置中WIFI单元的结构框图。

图3为2个WIFI系统组网的最小通信链路示意图。

图4为3个WIFI系统组网的最小通信链路示意图。

图5为4个或4个以上WIFI系统组网的最小通信链路示意图。

图6为本发明5G频段射频单元结构框图。

图7为本发明5G频段射频单元电路原理图。

图8为本发明空间大地坐标系示意图。

图9为本发明空间直角坐标系示意图。

图10为通信节点布局及通信链路规划示意图。

图11为本发明具有2个通信方向的通信链路规划示意图。

图12为本发明绕开障碍物的通信链路选择示意图。

图13为本发明最优通信链路确定方法流程框图。

图14为本发明定向MIMO天线结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明做进一步详细说明。如图1所示，一种随动跟踪WIFI传输装置，包括云台控制器，以及与云台控制器连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、第1天线云台，构成天线辅助控制系统；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。如图2所示，所述WIFI单元包括WIFI主处理器和与之连接的第1射频单元，WIFI主处理器连接所述云台控制器，第1射频单元连接所述第1定向天线。其中，WIFI输出信号通过可旋转连接的电缆与定向天线相连，确保WIFI信号能通过定向天线实现传输。

本发明采用北斗卫星对收发系统位置进行定位，天线控制系统根据收发通信机卫星定位信息进行方向角计算，并使用一种具有运动能力的云台将天线方向进行自动调节，实现方向对准。工作原理如下：云台控制器通过接收北斗卫星信号确认自身位置坐标，并把自身位置坐标通过低功耗无线通信单元组成的网络传输给所有云台控制器。这里的无线通信单元采用全向天线，使用窄带GFSK调制，并组成自组织网络，在此工作方式下无线通信效率很高，因此只需要很小的功耗就能实现非常远的通信距离。采用自组织方式的好处是，当多个接入点通信时，整个网络可以相互通信，仅需要较小的发射功率就能实现较远距离通信。对于整个通信系统而言，通过这个低功耗无线通信网，每个云台控制器实际上知道所有接入点的位置坐标，因此它能精确计算出自身定向天线应该的指向。加速度传感器的作用是系统在运动过程中，云台会出现起伏颠簸导致天线不能实时对准，但加速度传感器能检测这个起伏变化，通过自动调整云台可使定向天线保持精确对准。地磁传感器所起作用是实现通信系统自身方位的确认，以便能控制天线云台的对准。这里用户信息传输交给WIFI系统完成，对准系统通过低功耗窄带传输系统实现位置感知，协调天线系统之间的相互对准。本系统关键技术如下：

1)远程通信。采用模式控制、定向天线以及改进射频电路3个基本措施提升WIFI的通信距离。但使用定向天线后带来移动通信过程中的对准与组网困难等问题，本方案通过设计辅助通信系统解决这些问题。

通信模式控制使WIFI适合远程移动通信。如图1所示，云台控制器和WIFI单元之间具有相互连接。云台控制器通过北斗定位确定收发双方距离和信号质量控制WIFI单元的通信模式。避免在移动过程中WIFI系统自己根据信号情况切换通信模式，从而带来通信中断问题。在远距离通信模式下，WIFI的MCS值需要设定为较低数值，调整为较窄的通信带宽。

定向天线应用提升通信距离。定向天线提高了天线增益，并使收发能量集中在天线所指方向上，提高了信号传输的信噪比。在相同接收机灵敏度和发射功率的情况下，大大提高通信距离。

改进射频电路提升通信距离。如图6，图7所示。常规WIFI发射功率小，通常使用单放大器。本设计使用平衡放大器结构，使用双放大器，并用混合器进行功率分配和合成耦合，实现较大功率输出。在接收方面，使用了超低噪声前置放大，并使用多滤波器结构。在接收和发射通路都有2个滤波器。如图6所示，5GHz频段的射频单元包括由射频滤波器UF1、功率放大器PA、射频收发切换电子开关S1、射频滤波器UF2、天线P1顺次连接构成的发射通路，还包括接收通路，接收通路包括顺次连接到射频收发切换电子开关S1的低噪声放大器LNA和射频滤波器UF3。工作原理图如图7所示，这里使用了3个射频滤波器UF1、UF2、UF3，其目的是降低发射时的杂散辐射，抑制接收时的其它干扰信号，这样设置可使收发系统信噪比提高，有利于远程通信。U6及其外围元件构成低噪声放大器LNA。U1、U2、U3、U4及其外围元件构成功率放大器PA，这里采用平衡放大器，U2、U3为3dB混合桥，混合桥可使U1与U4输出的功率合成，并使U1与U4之间实现隔离，即便其中一只损坏了也不会影响另一只的正常工作，该电路能提高WIFI通信的可靠性。S1及其外围元件构成射频收发切换电子开关，实现收发电路的天线共享。U5构成隔离驱动电路，实际工作工程中U5不但是实现逻辑控制信号的驱动，更重要的是对来自WIFI处理器的杂散信号实现隔离，不让数字系统脉冲杂波进入射频电路，提高射频通信质量。此外，每个滤波器的两端都用高精度电阻设计了π型阻抗匹配网络，如图7中射频滤波器UF1一端的RF9、RF10、RF11这样的网络，RF10一端连接到射频滤波器UF1，另一端用于连接其它元件，同时RF10的两端分别通过RF9和RF11接地。在一般应用中不用这样设计，因为匹配电阻会带来一定的损耗。但这里考虑定向远程传输，匹配电阻网络可使陶瓷滤波器性能做到最佳，工作时收发通路都有2个滤波器起作用，使射频信号的带外抑制能大于50dB，两组滤波器虽然增加了传输信号的损耗，但是也降低了收发电路的带宽有利于抑制带外信号提高接收灵敏度，并降低系统噪声，适当选择滤波器的带宽控制好插入损耗就能最大程度提高通信的信噪比，有利于远程通信应用。

图7中发射通路为：5G_TX_1发射输入—UF1滤波器—U3混合桥功率分配—U1/U4功率放大器—U2混合桥功率合成—S1收发电子开关—UF2滤波器—P1天线；

接收通路为：P1天线—UF2滤波器—S1收发电子开关—U6低噪声放大器—UF3滤波器—5G_RX_1接收输出。

上述措施解决了远程通信问题，但是使用定向天线后动态对准、初始对准成为新的问题。一种情况是，当收发系统处于定向通信距离以内，但由于天线系统还没有实现对准，通信暂时没有建立起来，实际上会一直无法获知对方位置信息，最终无法建立天线对准，也就无法建立通信。另外一种可能是正常通信过程中，因为收发系统均在移动，可能被突然出现的障碍物遮挡而使通信中断，即便脱离遮挡区由于双方的位置已经改变，因为无法获知对方当前位置也会导致通信无法建立。其次，当多个WIFI系统要实现组网时遇到相当的困难，如何确定天线的方向？

这些问题的解决需要设计2个独立的定向天线，即设置第2定向天线，以及辅助通信系统才能获得解决。本系统中第2定向天线设置在第2天线云台上，第2天线云台连接云台控制器；相应的，WIFI单元需包括WIFI协处理器和第2射频单元，WIFI协处理器连接WIFI主处理器，第2射频单元连接第2定向天线。图1中给出了低功耗无线通信单元，这个辅助系统能实现各个云台处理器之间的相互通信，由于有北斗定位接收机，因此每个云台辅助系统知道所有组网WIFI的位置，因此能选择出最佳方式实现2个方向的天线指向。

图3为2个WIFI系统组网的最少通信链路示意图，图4为3个WIFI系统组网的最少通信链路示意图，图5为4个或以上WIFI系统组网的最少通信链路示意图，该方法可实现多个系统的组网，当WIFI接入数量不大时能很好地解决组网问题。

实际上，定向天线具有波瓣宽度，它辐射的信号是发散的，这在一定程度上可以减小卫星定位误差带来的影响，也使多个WIFI在通信时盲区更少，实际应用中可能建立起更多组合的通信链路，图5只是极端情况下的通信链路组建模式，图中箭头表示定向天线的指向。

定向天线结构如图14所示，该图使用MIMO方式，用双输入激励，在图14的左图为底层激励输入布局图，该层的下方还有一个金属底面反射层，中图和右图为引向器，分别在激励输入层的上方顺次排列。该天线尺寸小，使用PCB制作具有低成本、加工简单、安装方便的优点，使用多引向器结构使波束汇聚更集中，与一般4单元阵列天线相比具有更窄的主瓣波束、更低的旁瓣，使WIFI信号在长距离通信方面获得优秀性能。本专利中将天线的2个激励分别做水平极化和垂直极化有利于提升通信速率。

2)位置坐标感知。天线的指向取决于需要通信的方向，系统根据自身坐标和需要通信的坐标可计算出天线指向。下面对定向天线的控制方法做进一步的说明，其工作过程如下：

每个节点通过北斗导航接收机接收北斗卫星信号，确定自身位置坐标；

检测与其它通信接入点的信号强度确认信道通信质量；

发布自身坐标信息和自身接收信号强度信息给其它接入点；

根据整个通信网络的坐标信息、信道质量信息结合路由算法确定最优通信链路；

通过地磁传感器确定自身姿态信息；

根据自身位置坐标、自身姿态和最优通信链路中需要指向的接入点的位置坐标计算天线方位角，控制天线云台实现天线对准；

通过加速度传感器检测自身运动过程中的起伏变化，随时调整天线云台使定向天线保持精确对准。

由于北斗接收机输出信息是海拔高度、经度、维度等，是大地坐标系方式，不利于快速计算，本系统使用坐标变换方法实现大地坐标与直角坐标的转换，其计算方法为：

图8为北斗卫星所用的空间大地坐标系，P点表示某个通信节点的位置点，P点的角度B表示纬度信息，角度L表示经度信息，高度H表示海拔高度，空间大地坐标系中P点的坐标为(B，L，H)，将该坐标转换为图9所示的空间直角坐标系的坐标：以地心为原点，建立空间直角坐标系，z轴指向北极，x轴是起始子午面与赤道平面的交线，y轴位于赤道平面上且按右手系与x轴呈90°夹角，则在空间直角坐标系中点P的坐标为(X，Y，Z)。

利用在相同的原点与坐标方向的空间大地坐标系向空间直角坐标系的转换公式(1)，可求出直角空间坐标，从而实现每个通信节点的位置定位。

式(1)中，N为椭球的卯酉圈曲率半径；e为椭球的第一偏心率；a＝6377.830km，b＝6356.9088km，a为椭球长半轴即地球赤道半径，b为椭球短半轴即地球极半径。

根据上述计算原理，每个通信节点都能计算出自身在直角坐标系中的位置，通过组网通信即可描绘出整个通信网络在三维立体空间中的节点位置图。这就实现了整个网络的坐标感知。

3)最佳组网。选择整体最佳传输质量的链路实现组网。

在通信链路规划方面，本发明涉及的问题与传统通信方式存在巨大差别。原因是传统通信网络使用全向天线，通信覆盖范围内数据链路都能建立，路由规划上不存在受限问题。但定向天线只能是有限方向上的通信，多个接入点即便在覆盖范围内也必需给定优先通信。此外，传统通信中由于使用全向天线，在通信距离不远的情况下，整个网络即便有位置高度的不同，但是由于能实现通信可以看成是平面上的点组成的通信网，其通信路径规划相对简单。而定向通信方式下，起伏的高度在通信网中就变成立体空间问题，在空—地通信、空—空通信更是如此。如图10所示，假设晶格中的黑色点为通信节点，显然每个节点如果有前、后、左、右、上、下6个方向是最优的方式，但构成6天线的成本会很高，不易实现。若只有2个方向，那么整个通信网的组建必需按图5所示的原理构成串联的方式，实现的方式有多种可能。如图11所示。实际使用中显然可以根据信号质量选择其中一种作为最佳通信链路从而保障通信，如图12所示。这正是本定向通信系统的一个优点。

由图10还可以知道，相比只用2个通信方向的问题，若每个节点有3个通信方向，这个网络的通信链路就更容易规划，方向数越多越能方便地组网，全向通信显然是最简单的模式。但在有限通信方向情况下，如果节点数量较多，总会有节点需要其它节点给予中继才能建立起通信，这是定向通信带来的又一个问题。本系统建立了一种能根据通信信号质量、节点坐标位置、节点通信方向数等为参考变量的通信网络系统，使得天线指向问题得到很好的解决。其流程如图13所示，简单来说最佳规划实现过程是这样的：

获取所有接入点的基本信息，计算出所有可能的通信链路；

检验每条通信链路的可行性；

将所有可行的通信链路根据信号通信质量排序；

选择数据通信速度最快的链路作为最优通信链路。

最后将最优链路作为云台控制参数。上述链路规划中，每个天线辅助系统都通过低功耗无线单元获得相同的各种信息，在相同算法情况下各节点获得的处理结果相同，因此每个节点都可以按最佳通信链路实现天线的指向。这个网络的最佳链路处理是各自独立实现的，只要网络中的节点能实现数据共享，各个节点就能知道自身应该建立的链路，因此具有抗毁性能。当某个节点脱离网络或者损坏停止工作时，不会使整个网络瘫痪。

4)可拆分设计。根据实际需要组建系统，最大程度节约成本。

在具体实施中，很多应用情况下系统不需要那么复杂，例如点对点的通信模式。点对点模式下系统中的定向天线系统实际上只需要一路就能满足要求，第二路可作为本地设备无线接入端，也不需要云台，在这种情况下可以省去一路云台。点对点地面固定通信时，可以不需要任何云台，云台辅助控制系统也就不需要，这就是常见的WIFI系统。移动模式下，如果终端接入使用有线通信，第2射频单元以及WIFI协处理器都可以省去。对于3G/4G通信卡单元，有的情况也是不需要的，也可以省去。因此考虑实际情况将整个系统设计为可拆分使用的结构比较合理，可以降低使用成本。整机按可拆卸单元主要分成图1、图2中虚线所示A～H8个硬件部分。图1中A～E5个单元主要为云台辅助控制系统，图2中F～H3个部分为WIFI部分。8个模块在硬件上是相互独立的单元，通过接口实现互联组成系统。

第1射频单元和第2射频单元都为双频模式，射频可工作于2.4GHz～2.5GHz以及5.1GHz～5.8GHz可选择；在无人机上可使用5GHz频段，这样可以缩小天线尺寸，并降低重量，2.4GHz频段更适合车载使用。图2中3G/4G通信卡的作用是实现WIFI与3G/4G网络的通信，使得WIFI系统能在移动中接入Internet网实现资源共享。在一些情况下也可以使用交换机接口采用有线方式接入。

与传统单个随动跟踪天线方式相比，本系统采用可拆卸式结构，且具有多个随动天线，控制更为复杂，适应性更好。在无人机上，本系统主要考虑2类布局结构：第一种情况，多个随动天线处于同一水平平面上；另一种情况，多个随动天线处于垂直分布的方向上。多个随动天线处于同一水平平面上，这个布局适合地面移动平台上应用，也适合空—地通信问题，可节约占用空间；多个随动天线处于垂直分布的方向上，更适合空中无人机之间的通信使用，处于上方的云台可解决比自身坐标位置更高的通信，处于下方的云台可解决比自身坐标位置低的通信。

Claims (8)

1.一种随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，包括云台控制器，以及与云台控制器连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、WIFI单元和第1天线云台；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。

2.根据权利要求1所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，所述WIFI单元包括WIFI主处理器和与之连接的第1射频单元，WIFI主处理器连接所述云台控制器，第1射频单元连接所述第1定向天线。

3.根据权利要求2所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，还包括第2定向天线，第2定向天线设置在第2天线云台上，第2天线云台连接云台控制器；所述WIFI单元还包括WIFI协处理器和第2射频单元，WIFI协处理器连接WIFI主处理器，第2射频单元连接第2定向天线。

4.根据权利要求3所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，所述第1定向天线和第2定向天线均为四阵元双输入激励MIMO结构，其包括底层激励输入层，所述底层激励输入层下方设有金属底面反射层，上方依次设有两个或两个以上的引向器。

5.根据权利要求3所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，所述第1射频单元和第2射频单元为双频模式，工作频段为2.4GHz频段和5GHz频段。

6.根据权利要求5所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，所述5GHz频段的射频单元包括由射频滤波器UF1、功率放大器PA、射频收发切换电子开关S1、射频滤波器UF2、天线P1顺次连接构成的发射通路；还包括接收通路，接收通路包括顺次连接到射频收发切换电子开关S1的低噪声放大器LNA和射频滤波器UF3；所述功率放大器PA为平衡放大器结构；还包括用于驱动收发切换的隔离驱动器。

7.一种如权利要求3所述的随动跟踪WIFI传输装置的控制方法，其特征在于，包括：

每个节点通过北斗导航接收机接收北斗卫星信号，确定自身位置坐标；

检测与其它通信接入点的信号强度确认信道通信质量；

发布自身坐标信息和自身信道通信质量信息给其它接入点；

根据整个通信网络的坐标信息、信道质量信息结合路由算法确定最优通信链路；

通过地磁传感器确定自身姿态信息；

根据自身位置坐标、自身姿态和最优通信链路中需要指向的接入点的位置坐标计算天线方位角，控制天线云台实现天线对准；

通过加速度传感器检测自身运动过程中的起伏变化，随时调整天线云台使定向天线保持精确对准。

8.根据权利要求7述的随动跟踪WIFI传输装置的控制方法，其特征在于，所述确定最优通信链路的方法包括：

获取所有接入点的基础信息，计算出所有可能的通信链路；

检验每条通信链路的可行性；

将所有可行的通信链路根据信号通信质量排序；

选择数据通信速度最快的链路作为最优通信链路。