CN112600586B - 通信终端设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种通信终端设备，涉及通信技术领域，实现微波和光学的双模式的数据传输和波束指向的快速偏转。方法主要包括：相互连接的双模式指向自适应控制单元和双模式相位控制天线阵列单元；双模式相位控制天线阵列单元包括N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元；双模式指向自适应控制子单元计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，并将激励因子控制信号发送给收发子单元，使得收发子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位；将智控因子控制信号发送给移相子单元，使得移相子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位。

Description

通信终端设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信终端设备。
背景技术
采用微波相控阵可以实现微波波束指向的超快速偏转和精确指向，而采用光学相控阵可以实现光束指向的超快速偏转和精确指向。与传统的基于机械转向体制下的转向控制机构相比，例如微波天线机械转向伺服系统，或者光学天线的万向节等，相控阵能实现数据传输终端的信号波束形成和超快速转向。
采用光学相控阵的数据传输终端能实现较高的数据带宽和光束快速偏转，例如单路数据带宽为40Gbps，但是光链路会受到大气湍流和雾、云、雨等恶劣天气影响，严重时会引起通信链路中断，因此光链路的可用率较低。同时光通信采用视线通信，一旦遇到链路遮挡就会引起通信中断。与光学相控阵数据传输终端相比，微波相控阵数据传输终端的数据带宽较低，但是通过利用电磁波的绕射，在非视线条件下也能实现很高的可用率。
发明内容
本申请实施例提供一种通信终端设备，用于实现微波和光学的双模式的数据传输和波束指向的快速偏转。
本发明实施例提供一种通信终端设备，所述通信终端设备包括：
相互连接的双模式指向自适应控制单元和双模式相位控制天线阵列单元；所述双模式相位控制天线阵列单元用于接收和发送微波信号和光信号，所述双模式相位控制天线阵列单元包括N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元；
所述双模式指向自适应控制子单元利用联合指向自适应控制算法计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，并将所述激励因子控制信号发送给所述收发子单元，使得所述收发子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位；将所述智控因子控制信号发送给所述移相子单元，使得所述移相子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位。
本发明提供一种通信终端设备，包括：相互连接的双模式指向自适应控制单元和双模式相位控制天线阵列单元；所述双模式相位控制天线阵列单元用于接收和发送微波信号和光信号，所述双模式相位控制天线阵列单元包括N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元；所述双模式指向自适应控制子单元利用联合指向自适应控制算法计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，并将所述激励因子控制信号发送给所述收发子单元，使得所述收发子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位；将所述智控因子控制信号发送给所述移相子单元，使得所述移相子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位。通过以上技术，本发明通过采用微波和光学双模式相控阵的通信终端设计，在有效减少设备体积和重量的同时，实现了微波和光信号的双模式同时、全双工数据传输，波束指向快速偏转的联合自适应控制以及智能参数设置，最终提高通信终端的数据带宽、可用率、波束指向精度和偏转响应速度等技术指标。
附图说明
图1为本申请第一实施例提供的通信终端设备的组成图；
图2为本申请第二实施例提供的双模式相位控制天线阵列单元结构图；
图3为本申请第二实施例提供的双模式相位控制天线阵列单元结构图；
图4为本申请第三实施例提供的双模式相位控制天线阵列单元结构图；
图5为本申请第四实施例提供的双模式相位控制天线阵列单元结构图；
图6为本申请第五实施例提供的双模式相位控制天线阵列单元结构图；
图7为本申请第六实施例提供的双模式相控子单元组成图；
图8为第七实施例提供的子阵元的空间指向矢量示意图；
图9A为第七实施例提供的双模式指向自适应控制子单元的控制流程图;
图9B为第七实施例提供的双模式指向自适应控制子单元的控制流程图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
第一实施例
请参阅图1，所示为本发明第一实施例当中的通信终端设备，所述通信终端设备具体包括：与双模式数据处理单元和双模式指向自适应控制单元相互连接的双模式相位控制天线阵列单元；所述双模式相位控制天线阵列单元能同时最优化地发射和接收微波信号和光学信号，实现阵列微波波束和光束的指向快速偏转，以及高带宽、双模式同时、全双工的数据传输。
所述双模式相位控制天线阵列单元用于接收所述双模式指向自适应控制单元发送的控制信号，所述双模式数据处理单元和所述双模式相位控制天线阵列单元之间传输电信号。
具体的，双模式数据处理单元一方面接收从双模式相控阵子单元中收发子单元传送来的经过解调、解码的用户数据，进行针对数据包的相应后续处理，例如拆帧和上层协议处理。另一方面，从用户数据接口接收用户数据，进行针对数据包的相应处理，例如成帧和上层协议处理，再传送给双模式相控阵子单元中的收发子单元，由它进行后续的数字信号处理、编码和调制。调制类型可以采用OOK、PPM、BPSK、QPSK多种调制方式，本发明实施例不做具体限定。
其中，双模式相位控制天线阵列单元包括：N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元。具体的，双模式相位控制天线阵列单元中的N个双模式相控子单元可以相同，也可以互不相同；N个双模式相控子单元之间的间距可以相同，也可以互不相同。N个双模式相控子单元可以在阵列中以规则的形式排列，也可以以不规则的形式排列，本发明实施例不做具体限定。
具体的，所述双模式辐射子单元包括：M个光学天线、固定件、光波导、后端光学组件、P个微波天线、微波馈电波导、微波反射面。其中，M大于等于1，P大于等于1，所述光学天线用于接收和发射所述光信号，所述微波天线用于接收和发射所述微波信号。
M个光学天线组成光学天线的口径，用于接收和发射光信号。P个微波天线组成微波天线的口径，用于接收和发射微波信号。双模式辐射子单元采用光学天线和微波天线共用口径的天线设计，能同时发射和接收微波信号和光信号，其中微波信号工作在微波频段和毫米波频段，例如频率大约在300Hz～3000GHz之间，光信号工作在可见光、近红外、中红外和远红外波段。光学天线采用透镜式光学天线的形式，例如透镜。光学天线的材料采用对于微波具有极高透过率的材料，不影响微波天线的发射和接收。微波天线的振子位置也不影响光学天线的发射和接收。
在本发明实施例中，双模式相控天线阵列单元主要功能是：一方面根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，自适应地控制各个双模式相控子单元中的移相子单元，同时根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，自适应地控制各个双模式相控子单元中的收发子单元。使各个双模式相控子单元中的双模式辐射子单元能够接收一定方向上的微波信号和光信号，并利用收发子单元分别进行微波信号或光信号的解调、解码处理、捕跟处理和数字信号处理，再把输出信号传送给双模式数据处理单元进行后续的数据处理；另一方面，收发子单元收到双模式数据处理单元送来的数据，首先进行数字信号处理、数据编码，然后根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，进行微波信号或光信号的调制，再根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，通过移相子单元对各路微波或光信号进行相应的信号幅度加权和相位移相，再进行微波信号和光学信号的分别放大，然后通过双模式辐射子单元把微波或光信号发射到空间信道。
进一步的，如图1所示，所述通信终端设备还包括：智能参数设置单元、温控单元和稳压单元；所述智能参数设置单元与所述双模式相位控制天线阵列单元、双模式数据处理单元、和双模式指向自适应控制单元连接；
智能参数设置单元主要实现微波和光学双模式链路的参数估计和最优化设置。智能参数设置单元首先实时读取各个相控阵子单元、双模式数据处理单元和联合指向自适应控制单元的参数信息，同时提取由对端通信终端设备发送来的微波和光学接收信号中的导频信号，再利用深度神经网络的反向传播Back Propagation算法，同时结合利用导频信号所计算得到的误码率最小作为评判标准，得到参数的最佳估计，并完成相应的阈值设置。
所述温控单元，用于实现通信终端设备的温度控制。
所述稳压单元，用于实现通信终端设备的电源稳压控制。
本发明提供一种通信终端设备，包括：与双模式数据处理单元和双模式指向自适应控制单元相互连接的双模式相位控制天线阵列单元；所述双模式相位控制天线阵列单元用于接收所述双模式指向自适应控制单元发送的控制信号，所述双模式数据处理单元和所述双模式相位控制天线阵列单元之间传输电信号；所述双模式相位控制天线阵列单元包括N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元；所述双模式辐射子单元包括M个光学天线、固定件、光波导、后端光学组件、P个微波天线、微波馈电波导、微波反射面；其中，所述光学天线用于接收和发射所述光信号，所述微波天线用于接收和发射所述微波信号。
通过以上技术，本发明通过采用微波和光学双模式相控阵的通信终端设计，在有效减少设备体积和重量的同时，实现了微波和光信号的双模式同时、全双工数据传输，波束指向快速偏转的联合自适应控制以及智能参数设置，最终提高通信终端的数据带宽、可用率、波束指向精度和偏转响应速度等技术指标。例如，在微波和光链路条件都较好时，实现微波和光链路的指向快速偏转、高速数据传输、参数估计和优化；当遇到恶劣天气等光链路条件较差时，则通过双模式指向自适应控制单元，使系统采用微波链路传输高优先级的重要数据，并实现微波和光链路的参数估计和最优化设置。
第二实施例
请参阅图2和图3，所示为本发明第二实施例当中双模式辐射子单元的结构图和双模式相位控制天线阵列单元结构图，该双模式辐射子单元中的固定件包括圆环固定件和直条固定件。
所述P个微波天线和所述微波馈电波导的组合构成全向微波天线，所述全向微波天线内中空设置有用于传输所述光信号的光波导，所述M个光学天线的组合构成透镜组件。具体的，全向微波天线采用鞭状天线或圆柱状天线的形式，M个光学天线采用透镜形式，M个光学天线的组合构成透镜组件。光波导为光纤或集成光波导的形式，例如具有较大纤芯口径的多模光纤或少模光纤，或者是具有较大口径的集成光波导。
所述固定件一端连接所述全向微波天线，另一端连接所述透镜组件，用于将所述透镜组件固定在所述全向微波天线的顶端。具体的，透镜组件通过圆环固定件和直条固定件被固定在全向微波天线的上方，直条固定件一端连接所述全向微波天线，另一端通过连接圆环固定件将透镜组件固定在所全向微波天线的顶端。这种设计使得微波天线和光学天线等效口径的中心一致，从而实现微波天线和光学天线共用口径的双模式天线形式。
所述全向微波天线的底端固定在光具座上，其顶端位于所述透镜组件的焦点处，并在其顶端的端口处装有所述后端光学组件，用于所述透镜组件和所述光波导之间的光信号耦合。以便更好地汇聚接收光信号或发射光信号，保证光信号的质量。光具座的上表面采用反射微波信号的材料，设计为微波反射面。
在本发明提供的实施例中，圆环固定件和直条固定件可采用对于微波具有很高透过率的材料，仅作为固定件，不作为微波天线的一部分进行设计。此时，双模式辐射子单元中的微波天线为全向微波天线，即内部中空的鞭状或圆柱状微波天线。
直条固定件作为与微波天线的一部分，采用直条固定件与鞭状或圆柱状微波天线相结合的一体化设计，形成一个偶极子微波天线，黑色线条的部分为作为微波天线一部分的直条固定件，4种不同形状的直条固定件（作为微波天线一部分的直条固定件）。
第三实施例
请参阅图4，所示为本发明第三实施例当中双模式辐射子单元的结构图和双模式相位控制天线阵列单元结构图，所述固定件包括圆环固定件和直条固定件；
所述P个微波天线为偶极子微波天线，所述M个光学天线的组合构成透镜组件；偶极子微波天线的振子在所述透镜组件的外侧，所述偶极子微波天线和所述透镜组件通过所述圆环固定件和所述直条固定件固定在光具座上，所述直条固定件的内部设置有微波馈电波导。这种设计使得微波天线和光学天线口径的中心一致，从而实现微波天线和光学天线共用口径的双模式天线形式。
在两个所述直条固定件的中心设置有所述光波导，例如具有较大纤芯口径的多模光纤或少模光纤，或者是具有较大口径的集成光波导。所述光波导的一端与所述直条固定件顶端设置的所述后端光学组件相连，另一端位于光具座的光学接口处，与所述光具座内部的所述移相子单元相连，所述光具座中相互对应的微波接口和所述光学接口的中心相一致。光具座的上表面采用反射微波信号的材料，设计为微波反射面。
对于本发明实施例，圆环固定件和直条固定件都分别采用对于微波具有很高透过率的材料，仅作为固定件，不作为微波天线的一部分进行设计。
圆环固定件和直条固定件都作为与微波天线的一部分，采用固定件与偶极子微波天线相结合的一体化设计，形成一个具有定向性的微波天线。
第四实施例
请参阅图5，所示为本发明第四实施例当中提供的双模式相位控制天线阵列单元结构图，所述固定件包括圆环固定件和竖直固定件；
所述P个微波天线为螺旋微波天线，每个所述螺旋微波天线具有R个圆环，螺旋微波天线的底端被固定在光具座上；
双模式辐射子单元的P个微波天线采用螺旋天线形式，M个光学天线采用透镜形式，形成透镜组件。微波和光学天线采用共用口径的双模式天线形式。每个螺旋天线具有R个圆环，R大于等于1。
所述M个光学天线的组合构成透镜组件；所述透镜组件通过所述圆环固定件固定在所述螺旋微波天线的R个圆环的中心，所述螺旋微波天线起到支撑和固定所述透镜组件的作用，所述竖直固定件的一端位于所述透镜组件的焦点处，另一端固定在所述光具座上；
所述竖直固定件的内部设置有所述光波导，所述竖直固定件的顶端设置有后端光学组件，所述光波导的一端与位于所述后端光学组件的焦点处，另一端位于所述光具座的光学接口处，与所述光具座内部的移相子单元相连。光具座的上表面采用反射微波信号的材料，设计为微波反射面。
透镜组件通过圆环固定件被固定在螺旋天线的R个圆环的中心，螺旋微波天线起到支撑和固定透镜组件的作用，螺旋微波天线的底端被固定在天线阵列的光具座上。这种设计使得微波和光学天线口径的中心一致，从而实现微波和光学天线共用口径的双模式天线形式。
圆环固定件采用对于微波具有很高透过率的材料，仅作为固定件，不作为微波天线的一部分进行设计。竖直固定件内部中空设计，其顶端装有后端光学组件，用于耦合光信号，竖直固定件内置有光波导，例如具有较大纤芯口径的多模光纤或少摸光纤，或者是具有较大口径的集成光波导。其内部的光波导一端与位于透镜焦点的后端光学组件相连，另一端位于光具座的光学接口处，与光具座内部的移相子单元相连。
在本发明实施例中，圆环固定件作为与螺旋微波天线的一部分（图中黑色内圆环部分为圆环固定件），形成一个圆环固定件与螺旋天线一体化设计的螺旋微波天线形式。
圆环固定件也可以采用对于微波具有很高透过率的材料，仅作为透镜固定件，不作为微波天线的一部分进行设计。
第五实施例
请参阅图6所示为本发明第五实施例当中双模式相位控制天线阵列单元结构图，所述固定件为圆环固定件；
所述P个微波天线为螺旋微波天线和圆柱状微波天线，每个所述螺旋微波天线具有R个圆环，R大于等于1，螺旋微波天线的底端被固定在光具座上；螺旋微波天线和圆柱状微波天线和光学天线采用共用等效口径的双模式天线形式。
所述M个光学天线的组合构成透镜组件；所述透镜组件通过所述圆环固定件固定在所述螺旋微波天线的R个圆环的中心，所述螺旋微波天线起到支撑和固定所述透镜组件的作用，所述圆柱状微波天线的顶端位于所述透镜组件的焦点处，底端固定在所述光具座上；
所述圆柱状微波天线为中空设置有用于传送光信号的光波导，其内置有微波振子和所述微波馈电波导，所述光波导的一端与位于所述后端光学组件的中心处，另一端位于所述光具座的光学接口处，与所述光具座内部的移相子单元相连。
具体的，圆柱状微波天线的底端固定在天线阵列的光具座上，其顶端位于光学透镜组件的焦点处，并在其顶端的端口处装有后端光学组件，用于透镜组件和光波导之间的光信号耦合，以便更好地汇聚接收光信号或发射光信号，保证光信号的质量。鞭状或圆柱状微波天线的内部为中空设计，内置有微波振子和用于传送微波信号的微波馈电波导，以及用于传送光信号的光波导，例如具有较大纤芯口径的多模光纤或少模光纤，或者是具有较大口径的集成光波导。内置光波导的一端与位于圆柱微波天线顶端的后端光学组件相连，内置光波导的另一端位于光具座的光学接口处，与光具座内部的移相子单元相连。
第六实施例
参考图1和图7所示，本发明实施例提供一种双模式相控子单元组成图，双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元，具体内容如下所示：
所述移相子单元根据所述双模式指向自适应控制单元发送的智控因子控制信号，对所述收发子单元传送来的微波信号和光信号进行幅度加权和相位移相，再将经过幅度加权和相位移相的微波信号和光信号发送给所述双模式辐射子单元；
所述移相子单元根据所述双模式指向自适应控制单元发送的智控因子控制信号，对所述双模式辐射子单元传送来的微波信号和光信号进行幅度加权和相位移相，再将经过幅度加权和相位移相的微波信号和光信号传送给所述收发子单元。
具体的，所述移相子单元包括：一个微波移相器、一个光学移相器、一个微波放大器、一个光学放大器、两个滤波器和两个分束器；所述微波放大器和所述微波移相器对所述微波信号进行幅度加权和相位移相；所述光学放大器和所述光学移相器对所述光信号进行幅度加权和相位移相。滤波器和分束器，将经过幅度加权和相位移相的微波信号和光信号区别出来并分别进行放大，再把放大的微波信号和光信号发送给双模式辐射子单元或收发子单元。
移相子单元根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，一方面，针对收发子单元传送来的微波和光信号，进行两种信号的幅度加权和相位移相，然后再通过滤波器和分束器，把需要发送的微波和光信号区别出来并分别进行放大，再把放大的双模式信号传送给双模式辐射子单元；另一方面，针对双模式辐射子单元传送来的微波和光信号，进行两种信号的幅度加权和相位移相，然后再把加权后的微波和光信号传送给收发子单元。
通过控制移相子单元的移相器的外加控制电信号，使移相子单元进行微波信号和光信号的移相处理。通过控制移相子单元放大器的输入电流，使移相子单元进行微波信号和光信号的幅值加权处理。微波移相器可以采用电控、光控、磁控和机械控制移相器多种形式，例如可编程数字移相器。光学移相器可以采用多种光相位调制器的形式，例如液晶相位调制器、MEMS微机电系统相位调制器和光波导相位调制器。
在本发明实施例中，所述收发子单元根据所述双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，对所述移相子单元传送来的微波信号和光信号，依次进行解调、解码、捕跟处理和数字信号处理，再把经过处理得到的电信号传送给所述双模式数据处理单元；所述收发子单元根据所述双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，对所述双模式数据处理单元传送来的电信号，依次进行电信号处理、编码、调制处理，再把经过处理得到的微波信号和光信号传送给所述移相子单元；通过控制所述收发子单元中调制解调模块的输入电流，使所述收发子单元进行微波信号和光信号的幅值加权和相位移相处理。
具体的，所述收发子单元包括：微波调制/解调模块、光调制/解调模块和信号编解码和电信号处理器模块。
对于本发明实施例，能实现双模式收发信号的调制和解调、编码和解码、双模式收发信号的捕获、跟踪和瞄准、数字信号处理。收发子单元根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，一方面，接收移相子单元传送来的双模式接收信号，依次进行解调、解码、捕跟处理和数字信号处理，再把经过处理得到的电信号传送给双模式数据处理单元；另一方面，收发子单元接收双模式数据处理单元传送来的双模式发射信号，依次进行数字信号处理、编码、调制处理，再把经过处理得到的信号传送给移相子单元。
通过控制收发子单元调制解调器的输入电流，使收发子单元进行微波信号和光信号的幅值加权和相位移相处理。
本发明提供的实施例，一方面根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，自适应地控制各个双模式相控子单元中的移相子单元，同时根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，自适应地控制各个双模式相控子单元中的收发子单元。使各个双模式相控子单元中的双模式辐射子单元能够接收一定方向上的微波信号和光信号，并利用收发子单元分别进行微波或光信号的解调、解码处理，再把输出信号传送给双模式数据处理单元进行后续的数据处理。另一方面，收发子单元收到双模式数据处理单元送来的数据，首先进行数字信号处理、数据编码，然后根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，进行微波或光信号的调制，再根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，通过移相子单元对各路微波或光信号进行相应的信号幅度加权和相位移相，再分别进行微波信号和光信号的放大，然后通过双模式辐射子单元把微波或光信号发射到空间信道。
第七实施例
请参阅图1、图8、图9A和图9B，所示为本发明第一实施例当中的通信终端设备，相互连接的双模式指向自适应控制单元和双模式相位控制天线阵列单元；所述双模式相位控制天线阵列单元用于接收和发送微波信号和光信号。
其中，双模式相位控制天线阵列单元包括：N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元，N大于等于1。天线阵列中的N个相控子单元可以相同，也可以互不相同。N个相控子单元之间的相互间距可以相同，也可以互不相同。N个相控子单元可以在阵列中以规则的形式排列，也可以以不规则的形式排列。
双模式相控天线阵列单元的主要功能：一方面根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，自适应地控制各个双模式相控子单元中的移相子单元，同时根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，自适应地控制各个双模式相控子单元中的收发子单元。这样，使双模式相控天线阵列单元能够接收一定方向上的微波信号和光信号，并利用移相子单元和收发子单元分别进行微波或光信号的低噪声放大、解调、解码、捕跟处理和数字信号处理，再把输出信号传送给双模式数据处理单元进行后续的数据处理。另一方面，双模式相控天线阵列单元的收发子单元收到双模式数据处理单元送来的数据，首先进行数字信号处理、数据编码，然后根据双模式指向自适应控制单元传送来的激励因子控制信号，进行微波或光信号的调制，再根据双模式指向自适应控制单元传送来的智控因子控制信号，通过移相子单元对各路微波或光信号进行信号幅度加权和相位移相，分别进行微波信号和光信号的高功率放大，然后通过辐射子单元把微波或光信号发射到空间信道。
具体的，双模式指向自适应控制子单元利用联合指向自适应控制算法计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，并将激励因子控制信号发送给所述收发子单元，使得所述收发子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位；将所述智控因子控制信号发送给所述移相子单元，使得所述移相子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位。
本发明基于双模式相位控制阵列天线的数据传输终端设计，通过双模式指向自适应控制子单元，结合双模式指向自适应控制算法，完成微波和光学双模式的多波束、多方向的指向控制，以及高精度联合捕获、跟踪和指向控制；由于采用数字电控实现双模式信号的幅值加权和相位移相，因此可以实现很高的指向偏转速度和精度。
具体的，本发明通过采用微波和光学双模式相控阵的通信终端设计，在有效减少设备体积和重量的同时，实现了微波和光信号的双模式同时、全双工数据传输，波束指向快速偏转的联合自适应控制以及智能参数设置，最终提高通信终端的数据带宽、可用率、波束指向精度和偏转响应速度等技术指标。例如，在微波和光链路条件都较好时，实现微波和光链路的指向快速偏转、高速数据传输、参数估计和优化；当遇到恶劣天气等光链路条件较差时，则通过双模式指向自适应控制单元，使系统采用微波链路，传输高优先级的重要数据，并实现微波和光链路的参数估计和最优化设置。
在本实施例中，所述双模式指向自适应控制子单元利用联合指向自适应控制算法计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，包括：
在本地终端与远端终端的捕获、跟踪、数据传输阶段，所述双模式指向自适应控制子单元首先从所述定位子单元中获取微波信号预期指向，然后发射微波信号以捕获远端终端，并与远端终端之间传递带有远端终端位置信息的握手信号；所述双模式指向自适应控制子单元根据握手信号计算光学信号预期指向和扫描范围，发射光学信号以捕获远端终端；所述双模式指向自适应控制子单元根据返回握手信号的微波功率最大值位置和光功率最大值位置，确定微波信号最佳指向和光学信号最佳指向；
具体的，在本端和远端终端的最初捕获阶段，本端终端首先发送确定指向的相控阵微波信号，并采用波束较宽的相控阵微波信号进行螺旋扫描，直到捕获到远端数据终端。这时远端终端收到相控阵微波信号以后，返回一个微波捕获应答信号。然后，本端终端根据微波捕获应答信号计算光学信号预期指向和扫描范围。在微波信号的指向覆盖范围以内，本端数据传输终端发送相控阵光学信号，并采用波束较窄的相控阵光学信号进行螺旋扫描，直到光学信号捕获到远端终端，则远端终端返回一个光学捕获应答信号，双方的数据传输终端进入粗跟踪阶段。
在粗跟踪阶段，双方的终端传递握手信号。本端终端的双模式指向自适应控制子单元，通过扫描返回握手信号的微波功率最大值位置和光功率最大值位置，确定微波信号的最佳指向和光信号的最佳指向。
所述双模式指向自适应控制子单元根据所述微波信号预期指向和其约束条件，或者所述光学信号预期指向和其约束条件，利用联合指向自适应控制算法，通过拟合计算求解出每个双模式相控子单元当前时刻所对应的激励因子控制信号和智控因子控制信号。并实时传送给移相子单元和收发子单元，从而实时改变微波信号或者光信号的阵列远场合成指向，最终实现两个终端的微波信号或者光信号的指向对准。随后，两个终端分别发射和接收双模式相控阵信号，进行跟踪和数据传输。
所述双模式指向自适应控制单元包括一个定位子单元和一个双模式指向自适应控制子单元；
所述双模式指向自适应控制子单元从所述定位子单元处实时地获取天线阵列空 间位置信息和阵列法线的指向信息、远端终端空间位置信息，根据所述天线阵列空间位置 信息和所述远端终端空间位置信息确定微波信号预期指向
Figure 85076DEST_PATH_IMAGE001
。
选取双模式相位控制天线阵列单元的边缘夹角位置上一个双模式相控子单元作 为第1个双模式相控子单元，以第1个双模式相控阵子单元的第1个微波子单元的位置作为 直角坐标系的原点
Figure 528827DEST_PATH_IMAGE002
，以双模式相控天线阵列所在的平面作为直角坐标系x轴和y轴 所确定的平面，双模式相位控制天线阵列单元中的其它双模式相控子单元的位置以此为基 准来表示；确定双模式相位控制天线阵列单元的法线方向，并以此作为所述直角坐标系的z 轴方向，其它指向角度以此为基准来表示。
其中，定位子单元包括一个惯性导航系统、一个定位器、一个星敏器和一个远端终端位置数据库。定位子单元利用星敏器和定位器，例如北斗或全球定位系统GPS定位器，提供地球参考坐标系中的终端空间位置信息，测量确定第1个相控阵子单元的第1个微波子单元的绝对空间位置，并以此作为双模式相控天线阵列直角坐标系原点的绝对空间位置，天线阵列中的其它子单元位置以此为基准来表示；同时定位子单元利用星敏器和定位器，测量确定双模式相控天线阵列的法线方向，并以此作为双模式相控天线阵列直角坐标系的z轴方向，随后的其它指向角度以此为基准来表示。
定位子单元利用惯性导航系统来实时地测量终端空间位置信息，并把测量的终端空间位置信息实时地传送给双模式指向自适应控制子单元。定位子单元的远端终端位置数据库包含一个或多个远端终端的空间位置信息，定位子单元根据系统要求把空间位置信息传送给双模式指向自适应控制子单元。
双模式指向自适应控制子单元，一方面，从定位子单元处实时地获取天线阵列位置信息和阵列法线的指向信息、远端终端空间位置信息，同时实时地接收智能参数设置单元实时传送来的设置参数，并计算出各个双模式辐射子单元当前的双模式天线方向图函数，并确定双模式微波信号的预期指向。或者在本地终端捕获到远端终端以后，根据远端终端传递来的带有远端终端位置信息的握手信号，确定光学信号预期指向和扫描范围。
另一方面，双模式指向自适应控制子单元根据当前确定的双模式微波信号或者光信号的预期指向，以及相应约束条件，利用联合指向自适应控制算法，通过拟合计算，求解出每个双模式相控子单元当前时刻所对应的激励因子和智控因子。通过拟合找到一组激励因子和智控因子的合适参数，使在当前预期指向条件下表达式的等号成立，或者表达式近似相等且误差小于一个阈值，从而求得表达式激励因子和智控因子的解。
第三个方面，双模式指向自适应控制子单元给各个移相子单元发送智控因子控制信号，利用移相子单元，分别改变微波或者光信号的加权幅值和移相相位。同时，双模式指向自适应控制子单元给各个收发子单元发送激励因子控制信号，利用收发子单元，分别改变微波或者光信号的加权幅值和移相相位。这样，双模式指向自适应控制子单元最终改变发射和接收的微波信号指向或者光学信号指向。
在发明实施例中，沿y轴依次排开的一维双模式相控天线阵列单元的相控子单元 组成图，其各个子阵元之间采用非等间距的方式，位于直角坐标系的坐标原点
Figure 463153DEST_PATH_IMAGE003
的第 1个相控阵子单元的第1个微波子阵元如图中所示，基于该坐标原点去获取所述直角坐标中 的
Figure 486604DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 26039DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 171849DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 528226DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 417684DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 811625DEST_PATH_IMAGE009
，和远端终端的E点坐标
Figure 862758DEST_PATH_IMAGE010
，其中：
所述
Figure 709360DEST_PATH_IMAGE011
为各个微波子阵元或光学子阵元的空间指向矢量；
所述
Figure 871351DEST_PATH_IMAGE005
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 182116DEST_PATH_IMAGE012
个微波子阵元或光学子阵元与 远场E点之间的距离；
所述
Figure 138570DEST_PATH_IMAGE006
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 475398DEST_PATH_IMAGE012
个微波子阵元或光学子阵元与原 点子阵元之间的距离；
所述
Figure 237818DEST_PATH_IMAGE007
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 357084DEST_PATH_IMAGE012
个微波子阵元或光学子阵元的 波长；
所述
Figure 468128DEST_PATH_IMAGE008
为空间指向矢量
Figure 492585DEST_PATH_IMAGE011
与y轴的夹角；
Figure 261958DEST_PATH_IMAGE009
为各个微波子阵元或光学子阵元的空间指向矢量表示为其与原点矢量相比 的信号传输距离差，
Figure 219418DEST_PATH_IMAGE013
。
针对实际应用，实现通信的A、B两个终端相距非常远，即A、B两个数据传输终端之 间距离大于或远大于
Figure 29593DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 292078DEST_PATH_IMAGE015
是双模式相控天线阵列的直径，
Figure 848830DEST_PATH_IMAGE017
是信 号波长，则A数据终端的各个微波子阵元向B数据终端发出和接收的微波射线近似相互平 行，A数据终端的各个光学子阵元向B数据终端发出和接收的光束射线也近似相互平行，均 满足远场近似条件。
在第
Figure 942688DEST_PATH_IMAGE018
个双模式相控阵元中，每一个子阵元在天线阵列坐标中位置顺序表示为
Figure 723431DEST_PATH_IMAGE019
，其中
Figure 4371DEST_PATH_IMAGE020
表示双模式相控阵元的序数，
Figure 99235DEST_PATH_IMAGE021
表示微波子阵元的序数且
Figure 844337DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 749976DEST_PATH_IMAGE024
表示光学 子阵元的序数且
Figure 770409DEST_PATH_IMAGE025
。在直角坐标系中，采用空间指向矢量
Figure 419696DEST_PATH_IMAGE011
表示A、B两个数据传输 终端之间的微波和光学信号空间指向，其中矢量幅值表示距离为
Figure 737414DEST_PATH_IMAGE005
，其与原点矢量相 比的信号传输距离差为
Figure 905DEST_PATH_IMAGE009
，位于坐标原点的第1个相控阵子单元的第1个微波子阵元的 空间指向矢量为原点矢量
Figure 256437DEST_PATH_IMAGE026
。B数据传输终端位于远场E点处，坐标为
Figure 958683DEST_PATH_IMAGE010
，其微 波场强是A数据终端的各个微波子阵元在E处所产生场强的叠加，其光强是A数据终端的各 个光学子阵元在E处所产生光强的叠加。
各个微波子阵元或光学子阵元与原点之间的距离为
Figure 616060DEST_PATH_IMAGE006
。
Figure 109840DEST_PATH_IMAGE013
, 其中，
Figure 118247DEST_PATH_IMAGE027
为空间指向矢量
Figure 358604DEST_PATH_IMAGE011
与y轴的夹角，
Figure 136067DEST_PATH_IMAGE028
是各个空间指 向矢量
Figure 803678DEST_PATH_IMAGE011
与z轴的夹角，
Figure 299381DEST_PATH_IMAGE029
。微波子阵元和光学子阵元的远场方向图函数都 能表示成
Figure 77850DEST_PATH_IMAGE030
，其中
Figure 709820DEST_PATH_IMAGE031
分别为直角坐标系参变量。在坐标
Figure 82420DEST_PATH_IMAGE032
的
Figure 534261DEST_PATH_IMAGE033
点 处方向图函数为
Figure 116421DEST_PATH_IMAGE034
。
第
Figure 134056DEST_PATH_IMAGE035
个子阵元与远场E点的距离为幅值
Figure 143469DEST_PATH_IMAGE036
，在远场E点处第
Figure 348185DEST_PATH_IMAGE035
个子阵元 的远场微波场强为：
Figure 734036DEST_PATH_IMAGE037
阵列的远场微波场强为阵列中各个子阵元产生的微波场强之和，表示为：
Figure 75019DEST_PATH_IMAGE038
阵列的远场光强为阵列中各个子阵元产生的光强之和，表示为：
Figure 275841DEST_PATH_IMAGE039
其中：
Figure 764591DEST_PATH_IMAGE040
：
Figure 422974DEST_PATH_IMAGE041
为阵列的远场微波场强，
Figure 884043DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 500838DEST_PATH_IMAGE041
的幅值，
Figure 476884DEST_PATH_IMAGE001
为
Figure 142220DEST_PATH_IMAGE041
的相位，
Figure 520112DEST_PATH_IMAGE001
也是当前确定的微波信号预期指向。
Figure 527382DEST_PATH_IMAGE043
：
Figure 446184DEST_PATH_IMAGE044
为阵列的远场光学场强，
Figure 462682DEST_PATH_IMAGE045
为
Figure 616452DEST_PATH_IMAGE044
的幅值，
Figure 122519DEST_PATH_IMAGE046
为
Figure 994529DEST_PATH_IMAGE044
的相位，
Figure 611455DEST_PATH_IMAGE047
也是当前确定的光学信号预期指向。
Figure 150890DEST_PATH_IMAGE048
：模式控制参数。在计算阵列的远场微波场强
Figure 31121DEST_PATH_IMAGE041
时，
Figure 653077DEST_PATH_IMAGE048
=1 表示为双模 式天线阵列元素为微波子阵元；
Figure 11377DEST_PATH_IMAGE048
=0表示为双模式天线阵列元素为光学子阵元。在计 算阵列的远场光强
Figure 405318DEST_PATH_IMAGE044
时，
Figure 456451DEST_PATH_IMAGE048
=1 为双模式天线阵列元素为光学子阵元；
Figure 116102DEST_PATH_IMAGE048
=0为 双模式天线阵列元素为微波子阵元。
Figure 261782DEST_PATH_IMAGE049
=
Figure 260962DEST_PATH_IMAGE050
为智控因子控制信号，
Figure 529001DEST_PATH_IMAGE051
为幅值，
Figure 879211DEST_PATH_IMAGE052
为相位。
Figure 97090DEST_PATH_IMAGE053
为激励因子控制信号，
Figure 950777DEST_PATH_IMAGE054
为幅值，
Figure 327400DEST_PATH_IMAGE055
为相位。
Figure 961644DEST_PATH_IMAGE030
为第w个相控子单元中第
Figure 199858DEST_PATH_IMAGE012
个微波子阵元或光学子阵元的远 场方向图函数。在坐标
Figure 485215DEST_PATH_IMAGE032
的
Figure 783472DEST_PATH_IMAGE057
点处方向图函数为
Figure 357542DEST_PATH_IMAGE034
。
Figure 665026DEST_PATH_IMAGE058
为远场参数，且
Figure 739643DEST_PATH_IMAGE059
。
针对一维双模式相控天线阵列单元，由于各个子阵元与原点之间的距离不同，所 产生的信号相位差为
Figure 208802DEST_PATH_IMAGE060
。
数据传输终端采用微波波束引导光束进行捕获的方式，即先采用波束较宽的微波波束来捕获远端数据传输终端，当微波波束捕获成功后，本端数据传输终端会收到远端数据传输终端传来的微波捕获应答信号，本端数据终端利用微波捕获应答信号中包含的远端数据传输终端的空间位置信息，采用波束较窄的光学信号扫描来捕获远端数据传输终端。
因此，光学信号仅需要在微波波束的覆盖范围以内的较小范围内进行扫描。采用 约束条件：
Figure 552058DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 115764DEST_PATH_IMAGE062
为微波指向最大误 差，
Figure 313396DEST_PATH_IMAGE063
为光学指向最大误差。为了使终端性能最优，计算时采用微波信号和光信 号的幅值均大于某一阈值
Figure 15772DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 49588DEST_PATH_IMAGE065
的条件，即
Figure 682563DEST_PATH_IMAGE066
。
具体的，在满足约束条件
Figure 282172DEST_PATH_IMAGE067
下，所述双模式指向自适应控制子单元 通过计算下述公式得到变量集合
Figure 610909DEST_PATH_IMAGE068
对应的微波信号指向：
Figure 866441DEST_PATH_IMAGE069
Figure 303108DEST_PATH_IMAGE070
其中，
Figure 226064DEST_PATH_IMAGE071
表示求复数的相位角的运算，
Figure 270244DEST_PATH_IMAGE041
为双模式相位控制天线阵列单元的 远场微波场强，
Figure 262339DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 253429DEST_PATH_IMAGE041
的幅值；
所述
Figure 280160DEST_PATH_IMAGE048
模式控制参数，在计算所述远场微波场强
Figure 964082DEST_PATH_IMAGE041
时，
Figure 440544DEST_PATH_IMAGE048
=1 表示微波子 阵元，
Figure 235325DEST_PATH_IMAGE048
=0表示光学子阵元；
Figure 850983DEST_PATH_IMAGE072
表示双模式相控子单元的序数，
Figure 236965DEST_PATH_IMAGE021
表示微波子阵元的序 数且
Figure 469232DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 536545DEST_PATH_IMAGE073
表示光学子阵元的序数且
Figure 819759DEST_PATH_IMAGE074
；
所述
Figure 829172DEST_PATH_IMAGE075
为原点阵元与所述E点坐标之间的距离；
所述
Figure 33888DEST_PATH_IMAGE076
在E点坐标
Figure 891510DEST_PATH_IMAGE077
的方向图函数；
设置变量集合
Figure 481761DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure 209545DEST_PATH_IMAGE079
；
Figure 901558DEST_PATH_IMAGE080
变量集合的初值
Figure 622258DEST_PATH_IMAGE081
；
Figure 83326DEST_PATH_IMAGE082
所述
Figure 434542DEST_PATH_IMAGE064
为预置阈值。
具体的，所述双模式指向自适应控制子单元通过下述公式计算指向误差平方
Figure 348271DEST_PATH_IMAGE083
：
Figure 623395DEST_PATH_IMAGE084
Figure 786824DEST_PATH_IMAGE085
Figure 794095DEST_PATH_IMAGE086
判断
Figure 506705DEST_PATH_IMAGE083
是否小于微波指向误差平方的阈值
Figure 257623DEST_PATH_IMAGE087
，所述
Figure 942551DEST_PATH_IMAGE087
为双模式相控天 线阵列的微波信号预期指向；
若小于
Figure 183040DEST_PATH_IMAGE088
，则根据所述变量集合
Figure 789470DEST_PATH_IMAGE089
确定智控因子控制信号
Figure 406396DEST_PATH_IMAGE049
和激励因子控 制信号
Figure 430984DEST_PATH_IMAGE090
，并设置移相子单元和收发子单元；
若大于等于
Figure 360150DEST_PATH_IMAGE088
且
Figure 735768DEST_PATH_IMAGE091
，则针对设置的迭代步长
Figure 77757DEST_PATH_IMAGE092
，沿负导数方向更新变量
Figure 488009DEST_PATH_IMAGE093
，
Figure 522830DEST_PATH_IMAGE094
；所述双模式指向自适应控制子单元计算所述 变量集合
Figure 385744DEST_PATH_IMAGE095
对应的微波信号指向，直至根据所述变量集合
Figure 62582DEST_PATH_IMAGE095
确定的
Figure 530604DEST_PATH_IMAGE083
小于
Figure 998975DEST_PATH_IMAGE088
， 得到所述变量集合
Figure 145923DEST_PATH_IMAGE095
对应的智控因子控制信号
Figure 829714DEST_PATH_IMAGE049
和激励因子控制信号
Figure 745717DEST_PATH_IMAGE090
。
具体的，
Figure 138653DEST_PATH_IMAGE095
中的四个变量的计算公式如下所示：
Figure 959847DEST_PATH_IMAGE096
需要说明的是，由于微波信号的波束较宽，在第一次进行捕获时，发出一个微波光束能覆盖远处的一个较大的范围，易于捕获到远端数据传输终端，捕获到远端终端后，远端终端传回的微波捕获应答信号里带有远端数据传输终端当前的空间位置信息（这个位置信息比较准确，可以比本端数据传输终端的数据库里的位置信息准确，而且是远端终端当前真实的位置），因此采用微波波束引导光束的捕获方式，减少捕获时间，增加捕获精度。
进一步的，在根据所述变量集合
Figure 463641DEST_PATH_IMAGE095
确定智控因子控制信号
Figure 686680DEST_PATH_IMAGE049
和激励因子控 制信号
Figure 250517DEST_PATH_IMAGE097
，并设置移相子单元和收发子单元之后，所述双模式指向自适应控制子单元 判断是否收到远端数据终端返回的微波捕获应答信号；
若未收到返回的微波捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元以当前微波 信号指向
Figure 827516DEST_PATH_IMAGE098
为中心，进行微波信号螺旋扫描，直到收到远端终端返回的微波捕获应答信 号；
具体的，双模式指向自适应控制子单元根据当前的微波信号指向，判断当前微波 信号是否捕获成功，即是否收到远端数据终端返回的微波捕获应答信号，如果没有收到返 回的微波捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元以当前微波信号指向
Figure 869422DEST_PATH_IMAGE098
为中 心，进行微波信号螺旋扫描，直到收到远端数据终端返回的微波捕获应答信号。
若收到返回的微波捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元根据所述微波 捕获应答信号携带的远端终端的位置信息且满足
Figure 9285DEST_PATH_IMAGE061
，确定光学信号预期指向
Figure 478444DEST_PATH_IMAGE047
；其中， 所述
Figure 274230DEST_PATH_IMAGE062
为微波指向最大误差，所述
Figure 182143DEST_PATH_IMAGE063
为光学指向最大误差；
在满足约束条件
Figure 130508DEST_PATH_IMAGE099
下，所述双模式指向自适应控制子单元 通过计算下述公式得到变量集合
Figure 19835DEST_PATH_IMAGE068
对应的光学信号
Figure 850388DEST_PATH_IMAGE100
指向：
Figure 480434DEST_PATH_IMAGE101
Figure 752146DEST_PATH_IMAGE102
其中，
Figure 77954DEST_PATH_IMAGE103
为双模式相位控制天线阵列单元的远场光学场强，
Figure 395803DEST_PATH_IMAGE045
为
Figure 35732DEST_PATH_IMAGE044
的幅值；
所述
Figure 958688DEST_PATH_IMAGE048
模式控制参数，在计算所述远场光学场强
Figure 455398DEST_PATH_IMAGE044
时，
Figure 260543DEST_PATH_IMAGE048
=1表示光 学子阵元；
Figure 238250DEST_PATH_IMAGE048
=0表示微波子阵元；
Figure 812451DEST_PATH_IMAGE104
表示双模式相控子单元的序数，
Figure 230794DEST_PATH_IMAGE021
表示微波子阵元 的序数且
Figure 710186DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 239388DEST_PATH_IMAGE073
表示光学子阵元的序数且
Figure 120625DEST_PATH_IMAGE074
；
所述
Figure 709869DEST_PATH_IMAGE075
为原点阵元与所述E点坐标之间的距离；
所述
Figure 942136DEST_PATH_IMAGE034
在E点坐标
Figure 275028DEST_PATH_IMAGE077
的方向图函数；
设置变量集合
Figure 7842DEST_PATH_IMAGE105
；
Figure 830305DEST_PATH_IMAGE079
；
Figure 284289DEST_PATH_IMAGE106
变量集合的初值
Figure 889714DEST_PATH_IMAGE081
；
Figure 293013DEST_PATH_IMAGE107
所述
Figure 473328DEST_PATH_IMAGE108
为预置阈值。
其中，所述双模式指向自适应控制子单元通过下述公式计算指向误差平方
Figure 899761DEST_PATH_IMAGE109
Figure 886040DEST_PATH_IMAGE110
Figure 347109DEST_PATH_IMAGE111
判断
Figure 701254DEST_PATH_IMAGE112
是否小于光学指向误差平方的阈值
Figure 880563DEST_PATH_IMAGE113
，所述
Figure 342637DEST_PATH_IMAGE114
为双 模式相控天线阵列的光学信号预期指向。
若小于
Figure 454950DEST_PATH_IMAGE113
，则根据所述变量集合
Figure 993378DEST_PATH_IMAGE068
确定智控因子控制信号
Figure 643671DEST_PATH_IMAGE049
和激励因子 控制信号
Figure 660169DEST_PATH_IMAGE090
，并设置移相子单元和收发子单元；
若大于等于
Figure 141835DEST_PATH_IMAGE113
且
Figure 585585DEST_PATH_IMAGE091
，则变量集合
Figure 9262DEST_PATH_IMAGE115
，
Figure 829450DEST_PATH_IMAGE094
；所述双模式指向自适应控制子单元计算所述变量集合
Figure 368885DEST_PATH_IMAGE095
对应的光学信号指 向，直至根据所述变量集合
Figure 983537DEST_PATH_IMAGE095
确定的
Figure 342843DEST_PATH_IMAGE116
，得到变量集合
Figure 763460DEST_PATH_IMAGE095
对 应的智控因子控制信号
Figure 642554DEST_PATH_IMAGE117
和激励因子控制信号
Figure 942954DEST_PATH_IMAGE090
，并设置移相子单元和收发子单 元。
具体的，
Figure 602606DEST_PATH_IMAGE118
中的四个变量的计算公式如下所示：
Figure 16794DEST_PATH_IMAGE119
进一步的，在根据所述变量集合
Figure 812712DEST_PATH_IMAGE095
确定智控因子控制信号
Figure 34746DEST_PATH_IMAGE049
和激励因子控 制信号
Figure 103065DEST_PATH_IMAGE090
，并设置移相子单元和收发子单元之后，双模式指向自适应控制子单元根据 当前的光学信号指向，判断当前光学信号是否捕获成功，即是否收到远端数据终端返回的 光学捕获应答信号，如果没有收到返回的光学捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子 单元以当前光学信号指向
Figure 68747DEST_PATH_IMAGE100
为中心，进行光学信号螺旋扫描，直到收到远端数据终 端返回的光学捕获应答信号。
如果收到了返回的光学捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元在当前微波信号和光学信号的指向下，终端进行双模式信号的跟踪和数据传输，并定时判断当前光学信号是否丢失，或本次数据传输是否结束。如果当前光学信号没有丢失且本次数据传输没有结束，则还保持当前双模式信号的跟踪和数据传输状态；如果当前光学信号已丢失，或者本次数据传输已结束，则继续下一步判断微波信号是否丢失，或本次数据传输是否结束。如果当前微波信号没有丢失且本次数据传输没有结束，则重新进行光学信号的指向和捕获过程；如果当前微波信号已丢失，或本次数据传输已结束，则重新进行双模式指向自适应控制过程。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通信终端设备，其特征在于，所述设备包括：
相互连接的双模式指向自适应控制单元和双模式相位控制天线阵列单元；所述双模式相位控制天线阵列单元用于接收和发送微波信号和光信号，所述双模式相位控制天线阵列单元包括N个双模式相控子单元，每个双模式相控子单元包括依次连接的双模式辐射子单元、移相子单元和收发子单元；
所述双模式指向自适应控制子单元通过拟合计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，并将所述激励因子控制信号发送给所述收发子单元，使得所述收发子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位；将所述智控因子控制信号发送给所述移相子单元，使得所述移相子单元分别改变微波信号或光信号的加权幅值和移相相位。
2.根据权利要求1所述的通信终端设备，其特征在于，所述双模式指向自适应控制子单元通过拟合计算当前时刻的激励因子控制信号和智控因子控制信号，包括：
所述双模式指向自适应控制子单元根据所述微波信号预期指向、所述光信号预期指向和约束条件，通过拟合计算求解出每个双模式相控子单元当前时刻所对应的激励因子控制信号和智控因子控制信号。
3.根据权利要求2所述的通信终端设备，其特征在于，所述双模式指向自适应控制单元包括一个定位子单元和一个双模式指向自适应控制子单元；
所述双模式指向自适应控制子单元从所述定位子单元处实时地获取天线阵列空间位置信息和阵列法线的指向信息、远端终端空间位置信息；
根据所述天线阵列空间位置信息和所述远端终端空间位置信息确定微波信号预期指向
Figure 219197DEST_PATH_IMAGE001
；
选取双模式相位控制天线阵列单元中左侧第一个双模式相控子单元作为第1个双模式相控子单元，以第1个双模式相控阵子单元的第1个微波子单元的位置作为直角坐标系的原点
Figure 659406DEST_PATH_IMAGE002
，双模式相位控制天线阵列单元中的其它双模式相控子单元的位置以此为基准来表示；
确定双模式相位控制天线阵列单元的法线方向，并以此作为所述直角坐标系的z轴方向，其它指向角度以此为基准来表示。
4.根据权利要求3所述的通信终端设备，其特征在于，通过所述定位子单元获取所述直角坐标中的
Figure 588048DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 408980DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 815690DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 375985DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 944369DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 724369DEST_PATH_IMAGE008
，远端终端的E点坐标
Figure 403612DEST_PATH_IMAGE009
；
所述
Figure 818412DEST_PATH_IMAGE003
为各个微波子阵元或光学子阵元的空间指向矢量；
所述
Figure 354436DEST_PATH_IMAGE010
第w个双模式相控子单元中第
Figure 81784DEST_PATH_IMAGE011
个微波子阵元或光学子阵元与远场E点之间的距离；
所述
Figure 892614DEST_PATH_IMAGE005
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 161921DEST_PATH_IMAGE011
个微波子阵元或光学子阵元与原点子阵元之间的距离；
所述
Figure 370311DEST_PATH_IMAGE006
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 623438DEST_PATH_IMAGE011
个微波子阵元或光学子阵元的波长；
所述
Figure 910063DEST_PATH_IMAGE007
为空间指向矢量
Figure 329149DEST_PATH_IMAGE003
与y轴的夹角；
Figure 681819DEST_PATH_IMAGE013
为各个微波子阵元或光学子阵元的空间指向矢量与原点矢量相比的信号传输距离差，
Figure 804758DEST_PATH_IMAGE014
。
5.根据权利要求4所述的通信终端设备，其特征在于，在满足约束条件
Figure 314237DEST_PATH_IMAGE015
条件下，所述双模式指向自适应控制子单元通过计算下述公式得到变量集合
Figure 97385DEST_PATH_IMAGE016
对应的微波信号指向：
Figure 95078DEST_PATH_IMAGE017
Figure 989085DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 651272DEST_PATH_IMAGE019
为双模式相位控制天线阵列单元的远场微波场强，
Figure 402060DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 412348DEST_PATH_IMAGE019
的幅值；
所述
Figure 375624DEST_PATH_IMAGE021
为模式控制参数，在计算所述远场微波场强
Figure 859695DEST_PATH_IMAGE019
时，
Figure 751690DEST_PATH_IMAGE021
=1 表示微波子阵元，
Figure 485160DEST_PATH_IMAGE021
=0表示光学子阵元；
Figure 502662DEST_PATH_IMAGE022
表示双模式相控子单元的序数，
Figure 841239DEST_PATH_IMAGE023
表示微波子阵元的序数，
Figure 933829DEST_PATH_IMAGE024
表示光学子阵元的序数；
所述
Figure 593743DEST_PATH_IMAGE025
为原点阵元与所述E点坐标之间的距离；
所述
Figure 429981DEST_PATH_IMAGE026
是在所述E点坐标
Figure 918337DEST_PATH_IMAGE027
处的方向图函数；
设置变量集合
Figure 385091DEST_PATH_IMAGE028
Figure 827573DEST_PATH_IMAGE029
Figure 906650DEST_PATH_IMAGE030
为迭代步数参量；
Figure 219820DEST_PATH_IMAGE031
为迭代次数；
变量集合的初值
Figure 123054DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure 822806DEST_PATH_IMAGE033
Figure 204109DEST_PATH_IMAGE034
为表示微波子阵元的个数；
Figure 404408DEST_PATH_IMAGE035
为智控因子，
Figure 9702DEST_PATH_IMAGE036
为幅值，
Figure 925312DEST_PATH_IMAGE037
为相位；
Figure 641464DEST_PATH_IMAGE038
为激励因子，
Figure 696270DEST_PATH_IMAGE039
为幅值，
Figure 472465DEST_PATH_IMAGE040
为相位；
所述
Figure 845678DEST_PATH_IMAGE041
为预置阈值。
6.根据权利要求5所述的通信终端设备，其特征在于，所述双模式指向自适应控制子单元通过下述公式计算指向误差平方
Figure 327038DEST_PATH_IMAGE042
：
Figure 203727DEST_PATH_IMAGE043
Figure 885244DEST_PATH_IMAGE044
Figure 716059DEST_PATH_IMAGE045
判断
Figure 508435DEST_PATH_IMAGE042
是否小于指向误差平方的阈值
Figure 770789DEST_PATH_IMAGE046
；
若小于
Figure 59425DEST_PATH_IMAGE046
，则根据所述变量集合
Figure 672809DEST_PATH_IMAGE016
确定智控因子控制信号
Figure 268876DEST_PATH_IMAGE047
和激励因子控制信号
Figure 683939DEST_PATH_IMAGE048
；
若大于等于
Figure 707259DEST_PATH_IMAGE046
且
Figure 577912DEST_PATH_IMAGE049
，则变量集合
Figure 243249DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 450502DEST_PATH_IMAGE051
；所述
Figure 379143DEST_PATH_IMAGE052
为迭代步长；
所述双模式指向自适应控制子单元计算所述变量集合
Figure 435961DEST_PATH_IMAGE053
对应的微波信号指向，直至根据所述变量集合
Figure 872365DEST_PATH_IMAGE053
确定的
Figure 229397DEST_PATH_IMAGE042
小于
Figure 892722DEST_PATH_IMAGE046
，得到所述变量集合
Figure 702415DEST_PATH_IMAGE053
对应的智控因子控制信号
Figure 694509DEST_PATH_IMAGE054
和激励因子控制信号
Figure 109310DEST_PATH_IMAGE055
；
所述
Figure 910913DEST_PATH_IMAGE056
为双模式相控天线阵列的微波信号预期指向。
7.根据权利要求5所述的通信终端设备，其特征在于，所述双模式指向自适应控制子单元判断是否收到远端数据终端返回的微波捕获应答信号；
若未收到返回的微波捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元以当前微波信号指向
Figure 443787DEST_PATH_IMAGE057
为中心，进行微波信号螺旋扫描，直到收到远端终端返回的微波捕获应答信号；
若收到返回的微波捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元根据所述微波捕获应答信号携带的远端终端的位置信息且满足
Figure 457880DEST_PATH_IMAGE058
，确定光信号预期指向
Figure 553618DEST_PATH_IMAGE059
；其中，所述
Figure 260543DEST_PATH_IMAGE060
为微波指向最大误差，所述
Figure 44828DEST_PATH_IMAGE061
为光学指向最大误差；
在满足约束条件
Figure 629656DEST_PATH_IMAGE062
下，所述双模式指向自适应控制子单元通过计算下述公式得到变量集合
Figure 284628DEST_PATH_IMAGE063
对应的光信号指向：
Figure 932428DEST_PATH_IMAGE064
Figure 469589DEST_PATH_IMAGE065
其中，
Figure 123686DEST_PATH_IMAGE066
为双模式相位控制天线阵列单元的远场光学场强，
Figure 164323DEST_PATH_IMAGE067
为
Figure 977165DEST_PATH_IMAGE068
的幅值；
所述
Figure 736043DEST_PATH_IMAGE069
模式控制参数，在计算所述远场光学场强
Figure 161208DEST_PATH_IMAGE066
时，
Figure 823395DEST_PATH_IMAGE069
=1表示光学子阵元；
Figure 308603DEST_PATH_IMAGE069
=0表示微波子阵元；
Figure 313032DEST_PATH_IMAGE070
表示双模式相控子单元的序数，
Figure 73046DEST_PATH_IMAGE071
表示微波子阵元的序数，
Figure 589741DEST_PATH_IMAGE072
表示光学子阵元的序数；
所述
Figure 980271DEST_PATH_IMAGE073
为原点阵元与所述E点坐标之间的距离；
所述
Figure 681117DEST_PATH_IMAGE074
是在所述E点坐标
Figure 713664DEST_PATH_IMAGE075
处的方向图函数；
设置变量集合
Figure 350444DEST_PATH_IMAGE076
Figure 911875DEST_PATH_IMAGE077
Figure 601483DEST_PATH_IMAGE079
为光学子阵元的个数；
变量集合的初值
Figure 4432DEST_PATH_IMAGE080
；
Figure 495718DEST_PATH_IMAGE081
所述
Figure 228051DEST_PATH_IMAGE082
为预置阈值。
8.根据权利要求7所述的通信终端设备，其特征在于，所述双模式指向自适应控制子单元通过下述公式计算指向误差平方
Figure 404954DEST_PATH_IMAGE083
：
Figure 12260DEST_PATH_IMAGE084
Figure 387747DEST_PATH_IMAGE085
Figure 58025DEST_PATH_IMAGE086
判断
Figure 722224DEST_PATH_IMAGE087
是否小于光学指向误差平方的阈值
Figure 150799DEST_PATH_IMAGE088
；
若小于
Figure 115212DEST_PATH_IMAGE088
，则根据所述变量集合
Figure 221971DEST_PATH_IMAGE089
确定智控因子控制信号
Figure 639046DEST_PATH_IMAGE090
和激励因子控制信号
Figure 853733DEST_PATH_IMAGE091
；
若大于等于
Figure 672653DEST_PATH_IMAGE088
且
Figure 652111DEST_PATH_IMAGE092
，则变量集合
Figure 57947DEST_PATH_IMAGE093
；
所述双模式指向自适应控制子单元计算所述变量集合
Figure 577790DEST_PATH_IMAGE094
对应的光信号指向，直至根据所述变量集合
Figure 286769DEST_PATH_IMAGE094
确定的
Figure 233866DEST_PATH_IMAGE087
小于
Figure 126998DEST_PATH_IMAGE088
，得到所述变量集合
Figure 919373DEST_PATH_IMAGE094
对应的智控因子控制信号
Figure 680262DEST_PATH_IMAGE090
和激励因子控制信号
Figure 424358DEST_PATH_IMAGE091
；
所述
Figure 568901DEST_PATH_IMAGE088
为双模式相控天线阵列的光信号预期指向。
9.根据权利要求8所述的通信终端设备，其特征在于，所述双模式指向自适应控制子单元判断是否收到远端数据终端返回的光学捕获应答信号；
若未收到返回的光学捕获应答信号，则双模式指向自适应控制子单元以当前光信号指向
Figure 657643DEST_PATH_IMAGE095
为中心，进行光信号螺旋扫描，直到收到远端终端返回的光学捕获应答信号。
10.根据权利要求1所述的通信终端设备，其特征在于，所述设备还包括：智能参数设置单元、温控单元和稳压单元；
所述智能参数设置单元与所述双模式相位控制天线阵列单元、双模式数据处理单元、和所述双模式指向自适应控制单元连接；
所述温控单元，用于实现通信终端设备的温度控制；
所述稳压单元，用于实现通信终端设备的电源稳压控制。
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