CN112600604B - 通信终端设备 - Google Patents

通信终端设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112600604B
CN112600604B CN202110242398.XA CN202110242398A CN112600604B CN 112600604 B CN112600604 B CN 112600604B CN 202110242398 A CN202110242398 A CN 202110242398A CN 112600604 B CN112600604 B CN 112600604B
Authority
CN
China
Prior art keywords
microwave
optical
dual
mode
subunit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110242398.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112600604A (zh
Inventor
王宇宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Yongwei Zhengxin Electronic Technology Development Co ltd
Original Assignee
Beijing Yongwei Zhengxin Electronic Technology Development Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Yongwei Zhengxin Electronic Technology Development Co ltd filed Critical Beijing Yongwei Zhengxin Electronic Technology Development Co ltd
Priority to CN202110242398.XA priority Critical patent/CN112600604B/zh
Publication of CN112600604A publication Critical patent/CN112600604A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112600604B publication Critical patent/CN112600604B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0691—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using subgroups of transmit antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/28—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the amplitude
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/0874—Hybrid systems, i.e. switching and combining using subgroups of receive antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/088—Hybrid systems, i.e. switching and combining using beam selection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本申请提供了一种通信终端设备，涉及通信技术领域，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。方法主要包括：双模式相位控制天线阵列单元用于接收双模式指向自适应控制单元发送的控制信号，双模式数据处理单元和双模式相位控制天线阵列单元之间传输电信号；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；其中，光学天线用于接收和发射光信号，微波天线用于接收和发射微波信号。

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：
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。
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。
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 818844DEST_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 267143DEST_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 453405DEST_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 379772DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 600669DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 954290DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 627848DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 357907DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 167731DEST_PATH_IMAGE009
，和远端终端的E点坐标
Figure 692253DEST_PATH_IMAGE010
，其中：
所述
Figure 649845DEST_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 787522DEST_PATH_IMAGE005
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 576487DEST_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 412856DEST_PATH_IMAGE006
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 857743DEST_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 398446DEST_PATH_IMAGE007
为第w个双模式相控子单元中第
Figure 245179DEST_PATH_IMAGE012
个微波子阵元或光学子阵元的 波长；
所述
Figure 986870DEST_PATH_IMAGE008
为空间指向矢量
Figure 981371DEST_PATH_IMAGE011
与y轴的夹角；
Figure 263448DEST_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 167950DEST_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 470755DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 562339DEST_PATH_IMAGE015
是双模式相控天线阵列的直径，
Figure 648107DEST_PATH_IMAGE016
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 266170DEST_PATH_IMAGE017
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 615243DEST_PATH_IMAGE018
，其中
Figure 584336DEST_PATH_IMAGE019
表示双模式相控阵元的序数，
Figure 208215DEST_PATH_IMAGE020
表示微波子阵元的序数且
Figure 87310DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 466339DEST_PATH_IMAGE022
表示光学 子阵元的序数且
Figure 594832DEST_PATH_IMAGE023
。在直角坐标系中，采用空间指向矢量
Figure 225664DEST_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 818319DEST_PATH_IMAGE005
，其与原点矢量相 比的信号传输距离差为
Figure 837091DEST_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 656143DEST_PATH_IMAGE024
。B数据传输终端位于远场E点处，坐标为
Figure 215300DEST_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 803407DEST_PATH_IMAGE006
。
Figure 524238DEST_PATH_IMAGE013
, 其中，
Figure 824727DEST_PATH_IMAGE025
为空间指向矢量
Figure 921996DEST_PATH_IMAGE011
与y轴的夹角，
Figure 630189DEST_PATH_IMAGE026
是各个空间 指向矢量
Figure 787501DEST_PATH_IMAGE011
与z轴的夹角，
Figure 581144DEST_PATH_IMAGE027
。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 482104DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 513645DEST_PATH_IMAGE029
分别为直角坐标系参变量。在坐标
Figure 513962DEST_PATH_IMAGE030
的
Figure 388377DEST_PATH_IMAGE031
点处方向图函数为
Figure 765132DEST_PATH_IMAGE032
。
第
Figure 182338DEST_PATH_IMAGE033
个子阵元与远场E点的距离为幅值
Figure 681452DEST_PATH_IMAGE034
，在远场E点处第
Figure 184109DEST_PATH_IMAGE033
个子 阵元的远场微波场强为：
Figure 426872DEST_PATH_IMAGE035
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 698584DEST_PATH_IMAGE036
Figure 368600DEST_PATH_IMAGE037
Figure 358553DEST_PATH_IMAGE038
Figure 342689DEST_PATH_IMAGE039
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 265646DEST_PATH_IMAGE040
Figure 106563DEST_PATH_IMAGE041
Figure 583812DEST_PATH_IMAGE042
Figure 168377DEST_PATH_IMAGE043
其中：
Figure 414681DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 426500DEST_PATH_IMAGE045
为阵列的远场微波场强，
Figure 391045DEST_PATH_IMAGE046
为
Figure 779301DEST_PATH_IMAGE045
的幅值，
Figure 880112DEST_PATH_IMAGE001
为
Figure 62832DEST_PATH_IMAGE045
的 相位，
Figure 514673DEST_PATH_IMAGE001
也是当前确定的微波信号预期指向。
Figure 441040DEST_PATH_IMAGE047
：
Figure 413936DEST_PATH_IMAGE048
为阵列的远场光学场强，
Figure 33136DEST_PATH_IMAGE049
为
Figure 706694DEST_PATH_IMAGE048
的幅值，
Figure 436753DEST_PATH_IMAGE050
为
Figure 246577DEST_PATH_IMAGE048
的相位，
Figure 36678DEST_PATH_IMAGE051
也是当前确定的光学信号预期指向。
Figure 197532DEST_PATH_IMAGE052
：模式控制参数。在计算阵列的远场微波场强
Figure 465703DEST_PATH_IMAGE045
时，
Figure 130033DEST_PATH_IMAGE052
=1 表示为双模 式天线阵列元素为微波子阵元；
Figure 91036DEST_PATH_IMAGE052
=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 270345DEST_PATH_IMAGE048
时，
Figure 217572DEST_PATH_IMAGE052
=1 为双模式天线阵列元素为光学子阵元；
Figure 392202DEST_PATH_IMAGE052
=0为 双模式天线阵列元素为微波子阵元。
Figure 461789DEST_PATH_IMAGE053
=
Figure 597235DEST_PATH_IMAGE054
为智控因子控制信号，
Figure 207208DEST_PATH_IMAGE055
为幅值，
Figure 111710DEST_PATH_IMAGE056
为相位。
Figure 148936DEST_PATH_IMAGE057
为激励因子控制信号，
Figure 771679DEST_PATH_IMAGE058
为幅值，
Figure 857446DEST_PATH_IMAGE059
为相 位。
Figure 944351DEST_PATH_IMAGE028
为第w个相控子单元中第
Figure 90161DEST_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 59254DEST_PATH_IMAGE030
的
Figure 214292DEST_PATH_IMAGE031
点处方向图函数为
Figure 93387DEST_PATH_IMAGE032
。
Figure 472415DEST_PATH_IMAGE060
为远场参数，且
Figure 804171DEST_PATH_IMAGE061
。
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 559637DEST_PATH_IMAGE062
。
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 293238DEST_PATH_IMAGE063
，
Figure 108747DEST_PATH_IMAGE064
为微波指向最大误 差，
Figure 927799DEST_PATH_IMAGE065
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 221377DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 600362DEST_PATH_IMAGE067
的条件，即
Figure 462139DEST_PATH_IMAGE068
。
具体的，在满足约束条件
Figure 893120DEST_PATH_IMAGE069
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 865756DEST_PATH_IMAGE070
对应的微波信号指向：
Figure 433003DEST_PATH_IMAGE071
Figure 465681DEST_PATH_IMAGE072
其中，
Figure 383959DEST_PATH_IMAGE073
表示求复数的相位角的运算，
Figure 894706DEST_PATH_IMAGE045
为双模式相位控制天线阵列单元的 远场微波场强，
Figure 582039DEST_PATH_IMAGE046
为
Figure 785618DEST_PATH_IMAGE045
的幅值；
所述
Figure 332137DEST_PATH_IMAGE052
模式控制参数，在计算所述远场微波场强
Figure 36788DEST_PATH_IMAGE045
时，
Figure 985152DEST_PATH_IMAGE052
=1表示微波子 阵元，
Figure 94054DEST_PATH_IMAGE052
=0表示光学子阵元；
Figure 721344DEST_PATH_IMAGE074
表示双模式相控子单元的序数，
Figure 839473DEST_PATH_IMAGE075
表示微波子阵元的序数 且
Figure 501399DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 46780DEST_PATH_IMAGE076
表示光学子阵元的序数且
Figure 161367DEST_PATH_IMAGE077
；
所述
Figure 817607DEST_PATH_IMAGE078
为原点阵元与所述E点坐标之间的距离；
所述
Figure 334039DEST_PATH_IMAGE079
在E点坐标
Figure 50323DEST_PATH_IMAGE080
的方向图函数；
设置变量集合
Figure 652205DEST_PATH_IMAGE081
；
Figure 112137DEST_PATH_IMAGE082
；
Figure 483075DEST_PATH_IMAGE083
变量集合的初值
Figure 698156DEST_PATH_IMAGE084
；
Figure 397121DEST_PATH_IMAGE085
所述
Figure 785378DEST_PATH_IMAGE066
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 886189DEST_PATH_IMAGE086
：
Figure 68908DEST_PATH_IMAGE087
Figure 514890DEST_PATH_IMAGE088
Figure 441258DEST_PATH_IMAGE089
判断
Figure 396575DEST_PATH_IMAGE090
是否小于微波指向误差平方的阈值
Figure 281355DEST_PATH_IMAGE091
，所述
Figure 954913DEST_PATH_IMAGE092
为双模式相 控天线阵列的微波信号预期指向；
若小于
Figure 419392DEST_PATH_IMAGE093
，则根据所述变量集合
Figure 494796DEST_PATH_IMAGE094
确定智控因子控制信号
Figure 284897DEST_PATH_IMAGE053
和激励因子控 制信号
Figure 180172DEST_PATH_IMAGE095
，并设置移相子单元和收发子单元；
若大于等于
Figure 917184DEST_PATH_IMAGE093
且
Figure 971727DEST_PATH_IMAGE096
，则针对设置的迭代步长
Figure 542517DEST_PATH_IMAGE097
，沿负导数方向更新变量
Figure 315301DEST_PATH_IMAGE098
，
Figure 262528DEST_PATH_IMAGE099
；所述双模式指向自适应控制子单元计算所述 变量集合
Figure 171579DEST_PATH_IMAGE100
对应的微波信号指向，直至根据所述变量集合
Figure 178849DEST_PATH_IMAGE100
确定的
Figure 438929DEST_PATH_IMAGE101
，得到所述变量集合
Figure 924268DEST_PATH_IMAGE100
对应的智控因子控制信号
Figure 625508DEST_PATH_IMAGE053
和激励因子控 制信号
Figure 397155DEST_PATH_IMAGE095
。
具体的，
Figure 285476DEST_PATH_IMAGE100
中的四个变量的计算公式如下所示：
Figure 699140DEST_PATH_IMAGE102
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 458149DEST_PATH_IMAGE100
确定智控因子控制信号
Figure 666276DEST_PATH_IMAGE053
和激励因子控 制信号
Figure 510735DEST_PATH_IMAGE095
，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 462511DEST_PATH_IMAGE103
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 76026DEST_PATH_IMAGE103
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 720634DEST_PATH_IMAGE104
，确定光学信号预期指向
Figure 52389DEST_PATH_IMAGE051
；其中，所述
Figure 807856DEST_PATH_IMAGE064
为微波指向最大误差，所述
Figure 338194DEST_PATH_IMAGE065
为光学指向最大误 差；
在满足约束条件
Figure 356966DEST_PATH_IMAGE105
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 904579DEST_PATH_IMAGE070
对应的光学信号
Figure 463736DEST_PATH_IMAGE106
指向：
Figure 51843DEST_PATH_IMAGE108
Figure 38254DEST_PATH_IMAGE109
其中，
Figure 344601DEST_PATH_IMAGE110
为双模式相位控制天线阵列单元的的远场光学场强，
Figure 441870DEST_PATH_IMAGE049
为
Figure 884484DEST_PATH_IMAGE048
的幅值；
所述
Figure 307375DEST_PATH_IMAGE052
模式控制参数，在计算所述远场光学场强
Figure 835440DEST_PATH_IMAGE048
时，
Figure 736399DEST_PATH_IMAGE052
=1表示光 学子阵元；
Figure 299099DEST_PATH_IMAGE052
=0表示微波子阵元；
Figure 627312DEST_PATH_IMAGE111
表示双模式相控子单元的序数，
Figure 642673DEST_PATH_IMAGE112
表示微波子阵元的 序数且
Figure 81744DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 498950DEST_PATH_IMAGE022
表示光学子阵元的序数且
Figure 998065DEST_PATH_IMAGE077
；
所述
Figure 500721DEST_PATH_IMAGE113
为原点阵元与所述E点坐标之间的距离；
所述
Figure 743484DEST_PATH_IMAGE032
在E点坐标
Figure 280775DEST_PATH_IMAGE080
的方向图函数；
设置变量集合
Figure 950791DEST_PATH_IMAGE114
；
Figure 675165DEST_PATH_IMAGE115
；
Figure 721618DEST_PATH_IMAGE116
变量集合的初值
Figure 113416DEST_PATH_IMAGE084
；
Figure 954333DEST_PATH_IMAGE117
所述
Figure 493899DEST_PATH_IMAGE067
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 953830DEST_PATH_IMAGE118
Figure 324769DEST_PATH_IMAGE119
Figure 8691DEST_PATH_IMAGE120
判断
Figure 301132DEST_PATH_IMAGE121
是否小于光学指向误差平方的阈值
Figure 299175DEST_PATH_IMAGE122
，所述
Figure 790199DEST_PATH_IMAGE123
为双模式相控天线阵列的光学信号预期指向。
若小于
Figure 848285DEST_PATH_IMAGE124
，则根据所述变量集合
Figure 159181DEST_PATH_IMAGE070
确定智控因子控制信号
Figure 978493DEST_PATH_IMAGE053
和激励因子 控制信号
Figure 589603DEST_PATH_IMAGE095
，并设置移相子单元和收发子单元；
若大于等于
Figure 818590DEST_PATH_IMAGE124
且
Figure 616782DEST_PATH_IMAGE096
，则变量集合
Figure 222207DEST_PATH_IMAGE125
，
Figure 422244DEST_PATH_IMAGE099
；所述双模式指向自适应控制子单元计算所述变量集合
Figure 822132DEST_PATH_IMAGE100
对应的光学信号指 向，直至根据所述变量集合
Figure 107620DEST_PATH_IMAGE100
确定的
Figure 516736DEST_PATH_IMAGE126
，得到变量集合
Figure 571279DEST_PATH_IMAGE100
对 应的智控因子控制信号
Figure 469965DEST_PATH_IMAGE127
和激励因子控制信号
Figure 118115DEST_PATH_IMAGE095
，并设置移相子单元和收发子单 元。
具体的，
Figure 189977DEST_PATH_IMAGE100
中的四个变量的计算公式如下所示：
Figure 974393DEST_PATH_IMAGE128
Figure 106297DEST_PATH_IMAGE129
进一步的，在根据所述变量集合
Figure 976164DEST_PATH_IMAGE100
确定智控因子控制信号
Figure 117296DEST_PATH_IMAGE053
和激励因子控 制信号
Figure 756218DEST_PATH_IMAGE095
，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 59024DEST_PATH_IMAGE106
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：
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；
其中，所述光学天线用于接收和发射光信号，所述微波天线用于接收和发射微波信号,N，M，P均大于等于2。
2.根据权利要求1所述的通信终端设备，其特征在于，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；
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；
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。
3.根据权利要求1所述的通信终端设备，其特征在于，所述固定件包括圆环固定件和直条固定件；
所述P个微波天线为双极子微波天线，所述M个光学天线的组合构成透镜组件；所述双极子微波天线在所述透镜组件的两侧，所述双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，
在两个所述直条固定件的中心设置有所述光波导；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。
4.根据权利要求1所述的通信终端设备，其特征在于，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；
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，R大于等于1；
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。
5.根据权利要求1所述的通信终端设备，其特征在于，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，螺旋微波天线的底端被固定在光具座上；
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；
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，所述圆柱状微波天线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。
6.根据权利要求1-5任一所述的通信终端设备，其特征在于，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。
7.根据权利要求6所述的通信终端设备，其特征在于，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；
所述滤波器和所述分束器，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所述双模式辐射子单元或所述收发子单元。
8.根据权利要求1-5任一所述的通信终端设备，其特征在于，
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、解码和捕跟处理，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。
9.根据权利要求8所述的通信终端设备，其特征在于，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。
10.根据权利要求1-5任一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。
CN202110242398.XA 2021-03-05 2021-03-05 通信终端设备 Active CN112600604B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110242398.XA CN112600604B (zh) 2021-03-05 2021-03-05 通信终端设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110242398.XA CN112600604B (zh) 2021-03-05 2021-03-05 通信终端设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112600604A CN112600604A (zh) 2021-04-02
CN112600604B true CN112600604B (zh) 2021-05-28

Family

ID=75210215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110242398.XA Active CN112600604B (zh) 2021-03-05 2021-03-05 通信终端设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112600604B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012047734A2 (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Brandt Innovative Technologies, Inc. Apparatuses, systems, and methods for electromagnetic protection
CN106207487A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 中国空空导弹研究院 一种毫米波八木天线及其制备方法
CN111213393A (zh) * 2017-08-17 2020-05-29 苹果公司 基于地理位置信息选择用于侧行链路通信的资源
CN112042234A (zh) * 2018-04-17 2020-12-04 高通股份有限公司 毫米波接入网络中的用户设备功率优化

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012047734A2 (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Brandt Innovative Technologies, Inc. Apparatuses, systems, and methods for electromagnetic protection
CN106207487A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 中国空空导弹研究院 一种毫米波八木天线及其制备方法
CN111213393A (zh) * 2017-08-17 2020-05-29 苹果公司 基于地理位置信息选择用于侧行链路通信的资源
CN112042234A (zh) * 2018-04-17 2020-12-04 高通股份有限公司 毫米波接入网络中的用户设备功率优化

Also Published As

Publication number Publication date
CN112600604A (zh) 2021-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8094081B1 (en) Dual band radio frequency (RF) and optical communications antenna and terminal design methodology and implementation
US20120068880A1 (en) System and Method for Dual-Band Antenna Pointing, Acquisition, And Tracking
EP2443699B1 (en) Improvements in or relating to antennas
US10116058B2 (en) Multi-aperture planar lens antenna system
EP2456099B1 (en) Capturing device, capturing method, and capturing program
US10333593B2 (en) Systems and methods of antenna design for full-duplex line of sight transmission
CN103190084B (zh) 一种全双工通信装置和方法
JP2021016154A (ja) フェーズドアレイアンテナからモデムへのリアルタイム多重化システムおよびその方法
Jung et al. Cassegrain antenna with hybrid beam steering scheme for mobile satellite communications
CN108141266B (zh) 通信装置和操作通信装置的方法
JP7204934B2 (ja) Ａｐｔサブシステム及び宇宙機通信システム
CN106252899A (zh) 一种阵列天线波束成形系统及其波束扫描方法
EP3335273B1 (en) Method of tracking steerable antennas on platforms to form an rf communication link
CN112600604B (zh) 通信终端设备
CN112600586B (zh) 通信终端设备
EP1562257A1 (en) Antenna motion tracking for short range wireless mobile communication system
CN109193154A (zh) 一种毫米波圆极化多波束平板圆柱介质透镜天线
CN209001148U (zh) 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线
TW471197B (en) Integrated type bi-direction feed-in electromagnetic apparatus
CN113382572B (zh) 电子设备和天线调整方法
Derakhshandeh et al. Underwater Wireless Laser-Based Communications Using Optical Phased Array Antennas
KR102209380B1 (ko) 안테나 어레이의 지향성을 개선하는 rf 렌즈 장치 및 그를 포함하는 송수신 안테나 시스템
JP2012191281A (ja) 無線通信装置
WO2002065574A1 (en) Scanning antenna systems
JPH05175933A (ja) 屋内通信方式

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant