CN117713951A - 一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统及通信方法 - Google Patents

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CN117713951A CN202311684201.3A CN202311684201A CN117713951A CN 117713951 A CN117713951 A CN 117713951A CN 202311684201 A CN202311684201 A CN 202311684201A CN 117713951 A CN117713951 A CN 117713951A
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Abstract

本发明提供了一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统及通信方法，本发明系统包括信号发射子系统、信号接收子系统、天线对准子系统，信号发射子系统由光信号发射机、单载流子光电二极管(PD)、功率放大器(PA)组成，信号接收子系统由低噪声放大器(LNA)、混频器(mixer)、电信号接收机组成，天线对准子系统由太赫兹天线、两轴转台、控制器组成。信号发射子系统和信号接收子系统通过频分双工的方式完成通信功能并且为天线对准子系统提供接收功率的计算结果，天线对准子系统通过时分双工的方式完成天线的捕获对准和跟踪瞄准。在天线捕获对准完成后，通信两端同时进行有效数据的收发以及天线的跟踪瞄准。

Description

一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统及通信方法
技术领域
本发明涉及太赫兹通信领域，尤其涉及一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统及通信方法。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz的电磁波，基于太赫兹波的通信系统具有频谱资源丰富、传输速率高的优点，是高速无线通信的一项关键技术。太赫兹通信信号的生成方式包括传统基于电子学的倍频方案和基于微波光子学的光电混合方式，其中光电混合方式具备调制带宽大、信号杂散小的优势，得到了较大关注。然而，相比于已被广泛应用的微波，太赫兹波的频率高、在空间传播过程中信号衰减严重，需要高增益天线进行补偿。天线的高增益意味着较小的波束宽度，因此对天线对准的精度提出了较高的要求。例如，在远距离传输中，需使用50dBi以上增益的天线，其波束宽度仅有几毫弧，天线对准的精度需达到毫弧甚至亚毫弧的级别。
现有的太赫兹无线通信系统中，天线对准的过程通常借助于波束宽度更小的激光，通过人为观察激光发射或投射位置进行初步的对准，然后进行天线位置的手动微调。这种方式对操作人员的要求高，且天线对准所需时间长。特别是在远距离传输时，天线位置的手动微调通常涉及到两端天线的调整，需要操作人员来回往返通信系统两端所在位置进行天线的微调，或者增加一位操作人员在对端进行调整。另外，当一端的天线移动位置时，需要操作人员再次上站对天线进行对准调整。
在自动化天线对准技术中，需要将位置信息调制在发送信号中，并借助全向天线交换收发双方的位置信息。这种方法所需的系统结构复杂，并且占用了一部分数据传输资源。
发明内容
为了降低太赫兹通信对准的复杂性、节约天线对准的时间、简化系统结构，本发明提出了一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统及通信方法，信号发射子系统和信号接收子系统通过频分双工的方式完成通信功能并且为天线对准子系统提供接收功率的计算结果，天线对准子系统通过时分双工的方式完成天线的捕获对准和跟踪瞄准。在天线捕获对准完成后，通信两端同时进行有效数据的收发以及天线的跟踪瞄准。
本发明采用的技术方案具体如下：
一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统，包括：
信号发射子系统，用于产生太赫兹发射信号；
信号接收子系统，用于对接收到的太赫兹信号进行解析并将计算得到的接收功率发送至天线对准子系统；
天线对准子系统，用于根据来自信号接收子系统的接收功率进行自动的天线对准；所述天线对准子系统包括太赫兹天线、两轴转台、控制器；其中，太赫兹天线具有方向性，用于在特定方向上发射太赫兹波并接收太赫兹波，控制器用于判断天线指向的最佳角度位置并向两轴转台发送角度更改指令，两轴转台用于接收和执行来自控制器的角度更改指令以改变太赫兹天线的指向并且向控制器发送位置反馈信息。
进一步地，控制器向两轴转台发送的角度更改指令，可为单一角度位置，称之为定位点，也可为多个角度位置，称之为扫描轨迹点；其中，角度位置包括水平角度和俯仰角度。
进一步地，控制器按照预先设定的激活时间段，仅在激活时间段内向两轴转台发送角度更改指令，以实现两端天线对准子系统的时分半双工的工作方式。所述激活时间段是指满足如下条件的时刻：tnow≥tstart且0<mod(tnow-tstart,Tself+Tpeer)<Tself，其中，tnow为当前时刻、tstart为预先设定的本端激活初始时刻、Tself为预先设定的本端激活时长、Tpeer为预先设定的对端激活时长。本端激活初始时刻tstart与对端的激活初始时刻t′start满足tstart-t′start＝Tpeer或者t′start-tstart＝Tself。
进一步地，通信两端的控制器具有相同的当前时刻值，或者，两端控制器的当前时刻值具有小于阈值或者固定的偏差。若存在小于阈值或者固定的偏差，在判断激活时间段之前，需要进行时间校准或者设置预留保护时间段，以保证两端天线对准子系统的实际激活时间段互不重叠。
进一步地，控制器实时接收来自信号接收子系统的太赫兹接收信号的功率数值和来自两轴转台的位置反馈信息，根据多个角度位置的接收功率判断天线指向的最佳角度位置并驱动两轴转台转至对应位置，或者根据多个角度位置的接收功率判断天线指向的多个较佳角度位置并驱动两轴转台进行扫描。来自信号接收子系统的接收功率和来自两轴转台的位置反馈信息可以相同的时间间隔被控制器接收，也可以不同的时间间隔被控制器接收，控制器需要匹配定位点角度位置的接收功率或者多个扫描轨迹点的接收功率。
进一步地，两轴转台受控制器控制，可完成水平方向或/和垂直方向的转动，并向控制器发送位置反馈信息。在转动时，水平方向和垂直方向可以依次转动也可以同时转动。两轴转台接收来自控制器的角度更改指令，可为单一角度位置，也可为多个角度位置。对于单一角度位置的指令，当水平方向到达指定的水平角度并且垂直方向到达指定的俯仰角度时，指令执行完成。对于多个角度位置的指令，首先根据第一个角度位置进行转动，当水平方向到达第一个角度位置中包含的水平角度并且垂直方向到达第一个角度位置中包含的俯仰角度时，第一个角度位置转动完成；然后根据第二个角度位置进行转动，直至所有角度位置均完成转动，指令执行完成。在发送位置反馈信息时，两轴转台可以固定时间间隔反馈当前位置信息，或者每完成一个角度位置的转动时反馈位置信息；若以固定时间间隔反馈当前位置信息时，位置反馈信息包括水平角度值和俯仰角度值；若每完成一个角度位置的转动时反馈位置信息，位置反馈信息可包含水平角度值和俯仰角度值，也可为位置到达标志信息。
进一步地，还包括双工器，所述信号发射子系统和信号接收子系统工作在不同的频率，通过双工器以频分双工的方式共用太赫兹天线。
进一步地，所述信号发射子系统由光信号发射机、单载流子光电二极管和功率放大器组成；其中，光信号发射机将数据编码调制在光载波上以产生光信号，单载流子光电二极管将光载波变频至太赫兹频段以产生太赫兹发射信号，功率放大器对太赫兹信号进行放大。
进一步地，所述信号接收子系统由低噪声放大器、混频器、电信号接收机组成；其中，低噪声放大器对接收到的太赫兹信号进行低噪声放大，混频器用于将太赫兹信号下变频至中频信号，电信号接收机对中频信号进行解调和解码并将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统的控制器。
进一步地，在信号发射过程中，数据首先经过光信号发射机和单载流子光电二极管转变为太赫兹信号，然后经过功率放大器、双工器，最后由太赫兹天线发送出去。在信号接收过程中，太赫兹波到达太赫兹天线后，首先经过双工器、低噪声放大器、混频器，然后进入电信号接收机。
进一步地，太赫兹天线、双工器、功率放大器、单载流子光电二极管、低噪声放大器、混频器一同安装在两轴转台上，随转台一起转动。
进一步地，所述控制器还存储有天线的初始对准角度，包括初始水平角度和初始俯仰角度，用于初始化天线的指向。
进一步地，所述天线指向的最佳角度位置为太赫兹波的发射和到达角度与天线最大增益的角度位置一致或两者的差异在允许的范围内。
一种所述具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的通信方法，包括：
在初始指向阶段，天线对准子系统将天线转动至初始对准角度，信号发射子系统产生参考信号或者保持静默，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统或者保持静默。具体地，在天线对准子系统中，控制器向两轴转台发送包含初始对准角度的角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后转动至初始对准角度并向控制器发送位置反馈信息；控制器接收到初始对准角度的反馈信息后，初始指向阶段完成，进入捕获对准阶段。
在捕获对准阶段，天线对准子系统寻找最佳角度位置，信号发射子系统和信号接收子系统做辅助。具体地，通信两端的信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统，通信两端未进行有效数据通信；天线对准子系统中，控制器根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台进行轨迹点扫描，然后根据各扫描轨迹点的接收功率寻找天线指向的最佳角度位置并发送角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后完成转动并向控制器发送位置反馈信息。当控制器按照第一判断标准判定天线处于对准状态时，捕获对准阶段完成，进入跟踪瞄准阶段。
在跟踪瞄准阶段，信号发射子系统和信号接收子系统进行有效的数据通信，天线对准子系统做辅助。具体地，信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效的数据通信；天线对准子系统中，控制器对接收功率进行监测，当满足第二判断标准判定天线对准存在偏差时，根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台进行轨迹点扫描，然后根据各扫描轨迹点的接收功率对天线指向的最佳角度位置进行跟踪和瞄准并发送角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后完成转动并向控制器发送位置反馈信息。当控制器按照第三判断标准判定天线对准偏差较大时，重新进入捕获对准阶段，捕获对准完成后进入跟踪瞄准，依次循环。
进一步地，所述第一判断标准为接收功率与信号接收子系统灵敏度的差值超过第一阈值；所述第二判断标准为接收功率减小超过第二阈值；所述第三判断标准为功率与信号接收子系统灵敏度的差值小于第三阈值。
本发明的有益效果是：
本发明提出的具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统和通信方法，可实现自动化的天线对准，无需人工参与，对准速度快。另外，系统结构简单，无需借助全向天线或其他频段的天线进行辅助，并且天线对准功能的实现不会占用数据传输资源。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的激活时间段的示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的通信方法的流程图；
图5为本发明另一实施例提供的一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的通信方法的流程图；
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。
在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
本发明提供的一种具备天线对准功能的太赫兹通信系统，如图1所示，它包括：
信号发射子系统，用于产生太赫兹发射信号；
信号接收子系统，用于对接收到的太赫兹信号进行解析并将计算得到的接收功率发送至天线对准子系统；
天线对准子系统，用于根据来自信号接收子系统的接收功率进行自动的天线对准；
双工器，用于实现发射和接收的频分双工的工作方式；信号发射子系统和信号接收子系统工作在不同的频率，通过双工器以频分双工的方式共用太赫兹天线。
具体地，如图2所示，信号发射子系统包括光信号发射机、单载流子光电二极管(PD)、功率放大器(PA)；其中，光信号发射机将数据编码调制在光载波上以产生光信号，单载流子光电二极管将光载波变频至太赫兹频段以产生太赫兹信号，功率放大器对太赫兹信号进行放大。信号接收子系统包括低噪声放大器(LNA)、混频器(mixer)、电信号接收机；其中，低噪声放大器对接收到的太赫兹信号进行低噪声放大，混频器将太赫兹信号下变频至中频信号，电信号接收机对中频信号进行解调和解码并将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统。天线对准子系统包括太赫兹天线、两轴转台、控制器；其中，太赫兹天线具有方向性，用于在特定方向上发射太赫兹波并接收太赫兹波，两轴转台用于接收和执行来自控制器的角度更改指令以改变太赫兹天线的指向并且向控制器发送位置反馈信息，控制器根据来自电信号接收器的接收功率和来自两轴转台的位置反馈信息判断天线指向的最佳角度位置并向两轴转台发送角度更改指令。太赫兹天线、双工器、功率放大器、单载流子光电二极管、低噪声放大器、混频器一同安装在两轴转台上，随两轴转台一起转动；转动分为水平方向和垂直方向，水平方向和垂直方向可以依次转动也可以同时转动。
本发明中，两端控制器具有相同的当前时刻值或者当前时刻值具有小于阈值的偏差或者具有固定的偏差，两端控制器各自按照预先设定的激活时间段，仅在激活时间段内向两轴转台发送角度更改指令，以实现两端天线对准子系统的时分半双工的工作方式。其中，角度更改指令，可为单一角度位置，也可为多个角度位置，角度位置包括水平角度和俯仰角度。其中，激活时间段是指满足如下条件的时刻：tnow≥tstart且0<mod(tnow-tstart,Tself+
Tpeer)<Tself，tnow表示当前时刻、tstart表示预先设定的本端激活初始时刻、Tself表示预先设定的本端激活时长、Tpeer表示预先设定的对端激活时长；本端激活初始时刻tstart与对端的激活初始时刻ts ′ tart满足tstart-ts ′ tart＝Tpeer或者ts ′ tart-tstart＝Tself。若两端控制器的当前时刻值具有小于阈值或者固定的偏差，在判断激活时间段之前，需要进行时间校准或者设置预留保护时间段，以保证两端天线对准子系统的实际激活时间段互不重叠。在寻找天线指向的最佳角度位置时，天线对准子系统以扫描的方式获取多个角度位置的接收功率，作为一种可选的实施方案，激活时间段的分配示意图如图3所示，本端激活初始时刻tstart与对端的激活初始时刻ts ′ tart满足ts ′ tart-tstart＝Tself，本端激活时长Tself、对端激活时长Tpeer大于等于两轴转台完成一轮扫描所需的时间，以便通信两端在一个激活时间段内即可完成扫描并判断最佳角度位置。
作为一种可选的实施方案，控制器的可配置信息包括初始对准角度、激活时间段，均具有默认值，配置时可由工程人员手动输入。初始对准角度信息包括初始水平角度和初始俯仰角度，具体是指太赫兹天线的初始对准位置信息，可根据本端的经纬度和高度信息、对端的经纬度和高度信息计算得到。激活时间段信息包括本端激活初始时刻tstart、本端激活时长Tself、对端激活时长Tpeer，用于实现两端天线对准子系统的时分半双工的工作方式。
本发明系统在信号发射过程中，数据首先经过光信号发射机和单载流子光电二极管转变为太赫兹信号，然后经过功率放大器、双工器，最后由太赫兹天线发送出去。在信号接收过程中，太赫兹波到达太赫兹天线后，首先经过双工器、低噪声放大器、混频器，然后进入电信号接收机。在天线对准过程中，控制器实时接收来自信号接收子系统的太赫兹接收信号的功率数值和来自两轴转台的位置反馈信息，根据多个角度位置的接收功率判断天线指向的最佳角度位置并驱动两轴转台转至对应位置，或者根据多个角度位置的接收功率判断天线指向的多个较佳角度位置并驱动两轴转台进行扫描；来自信号接收子系统的接收功率和来自两轴转台的位置反馈信息可以相同的时间间隔被控制器接收，也可以不同的时间间隔被控制器接收，控制器需要匹配定位点角度位置的接收功率或者多个扫描轨迹点的接收功率。两轴转台接收来自控制器的角度更改指令，可为单一角度位置，也可为多个角度位置；对于单一角度位置的指令，当水平方向到达指定的水平角度并且垂直方向到达指定的俯仰角度时，指令执行完成；对于多个角度位置的指令，首先根据第一个角度位置进行转动，当水平方向到达第一个角度位置中包含的水平角度并且垂直方向到达第一个角度位置中包含的俯仰角度时，第一个角度位置转动完成；然后根据第二个角度位置进行转动，直至所有角度位置均完成转动，指令执行完成。在发送位置反馈信息时，两轴转台可以固定时间间隔反馈当前位置信息，或者每完成一个角度位置的转动时反馈位置信息；若以固定时间间隔反馈当前位置信息时，位置反馈信息包括水平角度值和俯仰角度值；若每完成一个角度位置的转动时反馈位置信息，位置反馈信息可包含水平角度值和俯仰角度值，也可为位置到达标志信息。作为一种可选的实施方案，来自接收子系统的接收功率具有固定的时间间隔，来自两轴转台的位置反馈信息在每完成一个角度位置的转动时反馈位置信息；控制器接收到位置反馈信息后，根据接收信息的时刻值去查找相应时刻的接收功率值。
图4为本发明一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的通信方法，在通信两端上电完成后，首先进入初始指向阶段，信号发射子系统可产生参考信号或者保持静默，信号接收子系统可计算接收功率并发送给天线对准子系统或者保持静默。天线对准子系统的控制器向两轴转台发送包含初始对准角度的角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后转动至初始对准角度并向控制器发送位置反馈信息；控制器接收到初始对准角度的反馈信息后，初始指向阶段完成，进入捕获对准阶段。
在捕获对准阶段，天线对准子系统寻找最佳角度位置，信号发射子系统和信号接收子系统做辅助。具体包括：通信两端的信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统，通信两端未进行有效数据通信；天线对准子系统中，控制器根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台进行轨迹点扫描，然后根据各扫描轨迹点的接收功率寻找天线指向的最佳角度位置并发送角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后完成转动并向控制器发送位置反馈信息。当控制器按照第一判断标准判定天线处于对准状态时，捕获对准阶段完成，进入跟踪瞄准阶段。
在跟踪瞄准阶段，信号发射子系统和信号接收子系统进行有效的数据通信，天线对准子系统做辅助。具体包括：信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效的数据通信；天线对准子系统中，控制器对接收功率进行监测，当满足第二判断标准判定天线对准存在偏差时，根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台进行轨迹点扫描，然后根据各扫描轨迹点的接收功率对天线指向的最佳角度位置进行跟踪和瞄准并发送角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后完成转动并向控制器发送位置反馈信息。当控制器按照第三判断标准判定天线对准偏差较大时，重新进入捕获对准阶段，捕获对准完成后进入跟踪瞄准，依次循环。
其中，所述第一判断标准为接收功率与信号接收子系统灵敏度的差值超过第一阈值；所述第二判断标准为接收功率减小超过第二阈值；所述第三判断标准为功率与信号接收子系统灵敏度的差值小于第三阈值。
下面结合一具体实施例对上述方法做进一步说明：
首先，对控制器的初始对准角度、激活时间段进行配置。例如，设通信两端分别为A端和B端，A端的上电时间为2023/7/27 10:00:00(表示2023年7月27日10点零分零秒)，B端的上电时间为2023/7/27 11:00:00；工程人员将A端控制器的激活时间段配置为tstart＝2023/7/27 11:30:00、本端激活时长Tself＝10秒、对端激活时长Tpeer＝10秒；B端配置为tstart＝2023/7/27 11:30:10、本端激活时长Tself＝10秒、对端激活时长Tpeer＝10秒；两端的控制器通过光纤与同一服务器连接，在信息交互后具有相同的当前时刻值；初始对准角度根据本端的经纬度和高度信息、对端的经纬度和高度信息计算得到，经纬度和高度信息通过站点规划信息获得，站点规划信息为前期规划站点时通过GPS和高度计获得的位置信息。
在设备上电后，通信两端的工作流程示例图如图5所示：
11:30:00前，为通信两端的初始指向阶段。通信两端的控制器分别发送包含初始对准角度的角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后执行指令并向控制器发送位置反馈信息，信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统。控制器接收到初始对准角度的反馈信息后，初始指向阶段完成，进入捕获对准阶段。
11:30:00至11:30:10为A端的激活时间段，A端进入捕获对准阶段。A端的控制器向两轴转台发送角度更改指令并接收位置反馈信息和功率值，然后根据各扫描轨迹点的功率寻找并驱动转台转至最佳角度位置，两轴转台收到指令后进行转动。B端的控制器不发送任何指令、两轴转台处于静止状态。通信两端的信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统。
11:30:10至11:30:20为B端的激活时间段，B端首先进入捕获对准阶段，然后进入跟踪瞄准阶段。B端的控制器首先向两轴转台发送角度更改指令并接收位置反馈信息和功率值，然后根据各扫描轨迹点的功率寻找并驱动转台转至最佳角度位置，两轴转台收到指令后进行转动；信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统；当控制器按照第一判断标准判定天线处于对准状态时，捕获对准阶段完成，进入跟踪瞄准阶段；在跟踪瞄准阶段，控制器对接收功率进行监测，信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统。A端的控制器不发送任何指令、两轴转台处于静止状态，信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统；当信号接收子系统计算得到的接收功率满足第一判断时，信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效的数据通信。
11:30:20至11:30:30为A端的激活时间段，A端按照第一判断标准判定天线处于对准状态，进入跟踪瞄准阶段。A端的控制器对接收功率进行监测，B端的控制器不发送任何指令、两轴转台处于静止状态；两端的信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效的数据通信。
11:30:30至13:40:10，通信两端处于跟踪瞄准阶段，信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效数据通信；控制器在各自的激活时间段内监测接收功率。
13:40:10至13:40:20为B的激活时间段，处于跟踪瞄准阶段。B的控制器对接收功率进行监测，当满足第二判断标准判定天线对准存在偏差时，控制两轴转台进行轨迹点扫描，然后根据各扫描轨迹点的接收功率对天线指向的最佳角度位置进行跟踪和瞄准并发送角度更改指令，两轴转台在接收到角度更改指令后完成转动并向控制器发送位置反馈信息；A端的控制器不发送任何指令、两轴转台处于静止状态。两端的信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效的数据通信。本实施例中，第二判断标准为功率减小5％。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
以上仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统，其特征在于，包括：
信号发射子系统，用于产生太赫兹发射信号；
信号接收子系统，用于对接收到的太赫兹信号进行解析并将计算得到的接收功率发送至天线对准子系统；
天线对准子系统，用于根据来自信号接收子系统的接收功率进行自动的天线对准；所述天线对准子系统包括太赫兹天线、两轴转台、控制器；其中，太赫兹天线具有方向性，用于在特定方向上发射太赫兹波并接收太赫兹波，两轴转台用于接收和执行来自控制器的角度更改指令以改变太赫兹天线的指向并且向控制器发送位置反馈信息，控制器用于实时接收来自信号接收子系统的接收功率数值和来自两轴转台的位置反馈信息，根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台进行轨迹点扫描，根据扫描得到的接收功率大小-位置关系结果判断天线指向的最佳角度位置并驱动两轴转台转动至对应位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激活时间段是指满足如下条件的时刻：tnow≥tstart且0<mod(tnow-tstart,Tself+Tpeer)<Tself；其中，tnow为当前时刻、tstart为本端激活初始时刻、Tself为本端激活时长、Tpeer为对端激活时长，本端激活初始时刻tstart与对端的激活初始时刻ts ′ tart满足tstart-ts ′ tart＝Tpeer或者ts ′ tatt-tstart＝Tself。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括双工器，所述信号发射子系统和信号接收子系统工作在不同的频率，通过双工器以频分双工的方式共用太赫兹天线。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发射子系统由光信号发射机、单载流子光电二极管和功率放大器组成；其中，光信号发射机将数据编码调制在光载波上以产生光信号，单载流子光电二极管将光载波变频至太赫兹频段以产生太赫兹发射信号，功率放大器对太赫兹信号进行放大。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号接收子系统由低噪声放大器、混频器、电信号接收机组成；其中，低噪声放大器对接收到的太赫兹信号进行低噪声放大，混频器用于将太赫兹信号下变频至中频信号，电信号接收机对中频信号进行解调和解码并将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统的控制器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通信两端的控制器具有相同的当前时刻值，或者，两端控制器的当前时刻值具有小于阈值或者固定的偏差。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述最佳角度位置为太赫兹波的发射和到达角度与天线最大增益的角度位置一致或两者的差异在允许的范围内。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，太赫兹天线、双工器、功率放大器、单载流子光电二极管、低噪声放大器、混频器一同安装在两轴转台上，随转台一起转动。
9.一种权利要求1-8任一项所述具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统的通信方法，其特征在于，包括：
在初始指向阶段，天线对准子系统将太赫兹天线转动至初始对准角度，信号发射子系统产生参考信号或者保持静默，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统或者保持静默；控制器在收到初始对准角度的反馈信息后，进入捕获对准阶段；
在捕获对准阶段，信号发射子系统产生参考信号，信号接收子系统计算接收功率并发送给天线对准子系统，通信两端未进行有效数据通信；天线对准子系统中，控制器根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台进行转动以寻找天线指向的最佳角度位置；当控制器按照第一判断标准判定天线处于对准状态时，捕获对准阶段完成，进入跟踪瞄准阶段；
在跟踪瞄准阶段，信号发射子系统产生参考信号和有效数据信息，信号接收子系统对接收到的数据信息进行解析并且将计算得到的接收功率发送给天线对准子系统，通信两端进行有效的数据通信；天线对准子系统中，控制器对接收功率进行监测，当满足第二判断标准判定天线对准存在偏差时，根据预先设定的激活时间段，以时分半双工的方式控制两轴转台转动以寻找天线指向的最佳角度位置；当控制器按照第三判断标准判定天线对准偏差较大时，重新进入捕获对准阶段，捕获对准完成后进入跟踪瞄准，依次循环。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一判断标准为接收功率与信号接收子系统灵敏度的差值超过第一阈值；所述第二判断标准为接收功率减小超过第二阈值；所述第三判断标准为功率与信号接收子系统灵敏度的差值小于第三阈值。
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