【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
1、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。
2、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。
3、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。
技术实现思路>
1、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，本专利技术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。
2、本专利技术采用的技术方案具体如下：
3、一种具备自动对准功能的光电太赫兹通信系统，包括：
4、信号发射子系统，用于产生太赫兹发射信号；
5、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；
6、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。
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、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。
12、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。
13、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。
14、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。
15、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。
16、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。
17、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，用于初始化天线的本文档来自技高网...
【技术保护点】
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：
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
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：
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。
...【技术特征摘要】
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：
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...
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