一种列车与地面基站的自由空间光通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种列车与地面基站的自由空间光通信方法，包括以下步骤：在列车行进过程中，获得列车当前时刻的运行速度和位置；在预先获得的轨道数据库中查询列车当前所在轨道的属性信息；根据列车当前时刻的运行速度、列车当前时刻的位置及列车当前所在轨道的属性信息，预估列车的FSO设备下一时刻的位置；调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，以使地面基站的FSO设备与列车的FSO设备保持在彼此光束范围内。应用本发明专利技术实施例所提供的方法，可以缩短列车与地面基站的ATP耗时，使得列车与地面基站间实现长时间、高可靠的FSO通信。本发明专利技术还公开了一种列车与地面基站的自由空间光通信装置，具有相应技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种列车与地面基站的自由空间光通信方法及装置
本专利技术涉及通信
，特别是涉及一种列车与地面基站的自由空间光通信方法及装置。
技术介绍
随着通信技术的快速发展，列车通信网络技术也得到了快速发展。列车通信网络被誉为列车的“大脑”和“神经”，主要用于保障列车安全与提升交通服务质量。随着列车控制对象的逐渐增多，列车对实时性、可靠性、安全性和智能化的要求越来越高，大数据、云计算、物联网等各种网络应用和需求增长越来越迅速，使得列车通信网络所需带宽越来越大。为了保障列车的行车安全以及为列车与乘客提供实时信息服务，高速运动的列车与地面基站之间须保持大速率的无线通信。自由空间光(FreeSpaceOptic，FSO)通信即适用于列车与地面基站间的高速无线通信，其具有大带宽、无电磁干扰、频谱不受限等特点。列车在行进过程中，列车上的FSO设备可与地面基站的FSO设备彼此之间完成捕获、跟踪、瞄准(Acqusition，Tracking，Pointing，ATP)，即可进行自由空间光通信。如图1所示，列车的FSO设备与地面基站的FSO设备彼此在对方的光束范围内，即可进行自由空间光通信。由于现有的吉比特级高速率激光器的功率有限，加之激光在自由空间中传输会受到雾霾等较严重的大气衰减，因此自由空间光通信时的激光发散角往往设计的较小。自由空间光通信为视距范围内(LineofSight，LOS)的点对点通信，在通信之前，必须使接收方的镜头处于发送光束范围内。一般情况下，发散角为1mrad的光束在1km外只会形成直径为1m的光斑，因此，若收发双方在通信前不能完成对准，哪怕角度有一点偏差，都很难实现彼此通信。对于高速运动的列车来说，列车与地面基站之间不仅需要实现ATP，而且对ATP的完成时间还有着较高要求。例如，对于时速360km/h的高铁来说，其1s的移动距离为100m，受限于大气传输衰减及轨道线路弯曲度，地面基站的间距不宜过长。假设地面基站的间距为1km，则意味着高铁每隔10s就必须完成一次与不同地面基站间的漫游切换。若切换时ATP占据过多时间，则意味着列车与地面基站之间的稳定通信时长过少，大大影响通信质量。在现有技术中，通过增大发散角来扩大接收区域。这种方案以增加发射功率和缩短通信距离为代价，换取发散角的增大，从而扩大接收区域，虽然降低了ATP的实现难度，但由于轨道长度经常达上千公里乃至更长，缩短地面基站间距会使得轨道沿线的地面基站数目大大增加，使得基站建设成本大幅上升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种列车与地面基站的自由空间光通信方法及装置，以使列车与地面基站在短时间内快速完成ATP，实现列车与地面基站间长时间、高可靠的自由空间光通信。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种列车与地面基站的自由空间光通信方法，包括：在列车行进过程中，获得所述列车当前时刻的运行速度；确定所述列车当前时刻的位置；根据所述列车当前时刻的位置，在预先获得的轨道数据库中查询所述列车当前所在轨道的属性信息；根据所述列车当前时刻的运行速度、所述列车当前时刻的位置及所述列车当前所在轨道的属性信息，预估所述列车的自由空间光FSO设备下一时刻的位置；根据所述列车的FSO设备下一时刻的位置，调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，以使所述地面基站的FSO设备与所述列车的FSO设备保持在彼此光束范围内。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述获得所述列车当前时刻的运行速度，包括：通过一种或多种测速源获得所述列车当前时刻的运行速度，所述测速源为所述列车上设置的速度传感器、所述列车所在轨道上设置的测速器、地面基站上设置的测速设备或所述列车上设置的定位装置。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述测速源为所述列车上设置的速度传感器，所述通过一种或多种测速源获得所述列车当前时刻的运行速度，包括：接收第一地面基站发送的所述列车当前时刻的运行速度，所述列车当前时刻的运行速度为：所述第一地面基站在与所述列车通信过程中，接收的所述列车发送的通过所述速度传感器测得的速度。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述列车当前时刻的运行速度为多种测速源对运行速度的测量结果的加权平均值。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述根据所述列车的FSO设备下一时刻的位置，调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，包括：确定与所述列车的FSO设备下一时刻的位置对应的第二地面基站，如果所述第二地面基站不是当前与所述列车通信的地面基站，则在所述列车与当前通信的地面基站的通信过程中，调整所述第二地面基站的FSO设备的镜头，使所述列车下一时刻的位置在所述第二地面基站的FSO设备的镜头的光束范围内。一种列车与地面基站的自由空间光通信装置，包括：运行速度获得模块，用于在列车行进过程中，获得所述列车当前时刻的运行速度；当前位置确定模块，用于确定所述列车当前时刻的位置；轨道属性查询模块，用于根据所述列车当前时刻的位置，在预先获得的轨道数据库中查询所述列车当前所在轨道的属性信息；下一时刻位置预估模块，用于根据所述列车当前时刻的运行速度、所述列车当前时刻的位置及所述列车当前所在轨道的属性信息，预估所述列车的自由空间光FSO设备下一时刻的位置；FSO设备调整模块，用于根据所述列车的FSO设备下一时刻的位置，调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，以使所述地面基站的FSO设备与所述列车的FSO设备保持在彼此光束范围内。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述运行速度获得模块，具体用于：通过一种或多种测速源获得所述列车当前时刻的运行速度，所述测速源为所述列车上设置的速度传感器、所述列车所在轨道上设置的测速器、地面基站上设置的测速设备或所述列车上设置的定位装置。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述测速源为所述列车上设置的速度传感器，所述运行速度获得模块，具体用于：接收第一地面基站发送的所述列车当前时刻的运行速度，所述列车当前时刻的运行速度为：所述第一地面基站在与所述列车通信过程中，接收的所述列车发送的通过所述速度传感器测得的速度。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述列车当前时刻的运行速度为多种测速源对运行速度的测量结果的加权平均值。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述FSO设备调整模块，具体用于：确定与所述列车的FSO设备下一时刻的位置对应的第二地面基站，如果所述第二地面基站不是当前与所述列车通信的地面基站，则在所述列车与当前通信的地面基站的通信过程中，调整所述第二地面基站的FSO设备的镜头，使所述列车下一时刻的位置在所述第二地面基站的FSO设备的镜头的光束范围内。应用本专利技术实施例所提供的技术方案，在列车行进过程中，获得列车当前时刻的运行速度，确定列车当前时刻的位置，根据列车当前时刻的位置，在预先获得的轨道数据库中查询列车当前所在轨道的属性信息，根据列车当前时刻的运行速度、列车当前时刻的位置及列车当前所在轨道的属性信息，可以预估列车的FSO设备下一时刻的位置，根据该位置，可以调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，以使地面基站的FSO设备与列车的FSO设备保持在彼此光束范围内，可以缩短列车的FSO设备与地面基站的FSO设备的ATP耗时，使得列车与地面基站间实现长时间、高可靠的FSO通信。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种列车与地面基站的自由空间光通信方法，其特征在于，包括：在列车行进过程中，获得所述列车当前时刻的运行速度；确定所述列车当前时刻的位置；根据所述列车当前时刻的位置，在预先获得的轨道数据库中查询所述列车当前所在轨道的属性信息；根据所述列车当前时刻的运行速度、所述列车当前时刻的位置及所述列车当前所在轨道的属性信息，预估所述列车的自由空间光FSO设备下一时刻的位置；根据所述列车的FSO设备下一时刻的位置，调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，以使所述地面基站的FSO设备与所述列车的FSO设备保持在彼此光束范围内。

【技术特征摘要】
1.一种列车与地面基站的自由空间光通信方法，其特征在于，包括：在列车行进过程中，获得所述列车当前时刻的运行速度；确定所述列车当前时刻的位置；根据所述列车当前时刻的位置，在预先获得的轨道数据库中查询所述列车当前所在轨道的属性信息；根据所述列车当前时刻的运行速度、所述列车当前时刻的位置及所述列车当前所在轨道的属性信息，预估所述列车的自由空间光FSO设备下一时刻的位置；根据所述列车的FSO设备下一时刻的位置，调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，以使所述地面基站的FSO设备与所述列车的FSO设备保持在彼此光束范围内。2.根据权利要求1所述的列车与地面基站的自由空间光通信方法，其特征在于，所述获得所述列车当前时刻的运行速度，包括：通过一种或多种测速源获得所述列车当前时刻的运行速度，所述测速源为所述列车上设置的速度传感器、所述列车所在轨道上设置的测速器、地面基站上设置的测速设备或所述列车上设置的定位装置。3.根据权利要求2所述的列车与地面基站的自由空间光通信方法，其特征在于，所述测速源为所述列车上设置的速度传感器，所述通过一种或多种测速源获得所述列车当前时刻的运行速度，包括：接收第一地面基站发送的所述列车当前时刻的运行速度，所述列车当前时刻的运行速度为：所述第一地面基站在与所述列车通信过程中，接收的所述列车发送的通过所述速度传感器测得的速度。4.根据权利要求2所述的列车与地面基站的自由空间光通信方法，其特征在于，所述列车当前时刻的运行速度为多种测速源对运行速度的测量结果的加权平均值。5.根据权利要求1至4任一项所述的列车与地面基站的自由空间光通信方法，其特征在于，所述根据所述列车的FSO设备下一时刻的位置，调整相应地面基站的FSO设备的镜头角度，包括：确定与所述列车的FSO设备下一时刻的位置对应的第二地面基站，如果所述第二地面基站不是当前与所述列车通信的地面基站，则在所述列车与当前通信的地面基站的通信过程中，调整所述第二地面基站的FSO设备的镜头，使所述列车下一时刻的位置在所述第二地面基站的FSO设备的镜头的光束范围内。6.一种列...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，唐军，张泰然，王大君，蒋国涛，陆琦，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43