移動雷射通信系統光學智慧型天線波束形成方法研究

《移動雷射通信系統光學智慧型天線波束形成方法研究》是依託西安電子科技大學，由尚韜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：移動雷射通信系統光學智慧型天線波束形成方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：尚韜
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

由於大氣效應和目標相對運動的影響非常顯著，基於步進電機或振鏡等傳統機械方法的捕獲、對準和跟蹤（APT）技術無法滿足移動（特別是快速移動）雷射通信（FSO）要求。本項目針對移動FSO的定位問題，研究基於光學智慧型天線波束形成的理論和方法，探索目標運動情況下的APT新途徑。為此，分析了不同通信距離和不同運動速度對智慧型波束形成的影響，提出光學智慧型天線模型；提出一種等距（或不等距）和基本（或稀疏）陣元分布方法，解決光學智慧型天線的效率問題；提出一種可改善定位精度和通信性能的信號光與信標光合二為一技術；研究不同通信範圍和運動速度下的波束形成機制和定位策略，提出一套完善而高效的光學智慧型天線波束形成控制方法。本研究所提出的理論和方法，對於各種複雜運動情況下雷射通信質量和機動靈活性的提高具有獨特優勢，對移動FSO系統的實時精確APT技術具有重要的意義。

結題摘要

無線雷射通信（WLC）的高頻寬，保密性好，抗干擾強等優勢使其成為通信領域的研究熱點。由於大氣效應和目標相對運動的影響非常顯著，基於步進電機或振鏡等傳統機械方法的捕獲、對準和跟蹤（APT）技術無法滿足移動（特別是快速移動）WLC要求。本項目研究基於光學智慧型天線波束形成的理論和方法，探索目標運動情況下的APT新途徑。 為此，分析了不同通信距離和不同運動速度對智慧型波束形成的影響，提出了光學智慧型天線模型，該天線採用自轉掃描的工作方式和多收發單元陣列分布。同時提出了一種等距和基本陣元分布方法，解決光學智慧型天線的效率問題。針對非連續通信中的波束切換問題，研究了不同通信範圍和運動速度下的波束形成機制和定位策略，首次提出了一種基於誤差修正卡爾曼預測算法（EC-KPA）的波束控制方法。考慮到天線移動的隨機性和大氣影響，針對EC-KPA和傳統卡爾曼預測算法（KPA）的預測精度，我們的仿真結果顯示，相比於KPA，在弱噪聲環境下EC-KPA的預測精度提高了77.6%，而在強噪聲環境下的預測精度提高了91.8%。同時，我們還就預測算法的誤差對波束切換的影響進行了仿真分析，結果顯示我們提出的波束控制方法是適合該天線的，且該天線完全可以滿足高速移動情況下無線雷射通信的跟瞄要求。上述提出的理論和方法，對於各種複雜運動情況下雷射通信質量和機動靈活性的提高具有獨特優勢，對移動WLC系統的實時精確APT技術具有重要的意義。目前，針對多節點間WLC組網的研究報導相對較少，也是該領域的一項新的挑戰。我們在借鑑傳統無線網路組網技術的基礎上，提出了一種適用於多個用戶節點間WLC組網的拓撲形成算法——LDT算法和詳細的動態應對準則——NM準則。仿真結果表明，相比於已有的算法，LDT算法形成的拓撲結構結合NM準則，在網路連通性和可靠性方面有了明顯提高。為大規模WLC通信網路的套用做了很好的前期探索。