本技术涉及一种适用于高海况环境的无人船对星通信天线系统和波束成形技术。该系统由阵列天线、波束成形控制器和无人船姿态传感器组成。技术方法涵盖横摇角度的感知、预测及波束成形控制,以实现在恶劣海况下稳定通信。
背景技术
随着船舶航行、海上救援、环境监测和海洋矿产勘探等海上活动的急剧增加,海上通信的重要性日益突出。然而,由于缺乏基站部署,5G无线网络难以用于远洋海上通信。其全球范围内的无缝覆盖及强大的回程传输能力,成为满足海洋领域日益增长的宽带通信需求的理想选择。因此,低轨卫星辅助的海上通信系统,尤其是卫星辅助的海上物联网系统,已成为学术界与产业界的研究热点。通常部署海上无人平台将从浮标和传感器收集的载荷数据上传到卫星。
由于海洋环境中的海浪波动影响,海上无人平台会产生六自由度运动,包括线性运动和旋转运动。因此,船载天线的高度和角度随着海浪的变化而发生改变。由于卫星与海上无人平台之间通信距离较长,天线倾斜对通信链路的影响尤为显著,可能导致信号强度减弱、信道衰落加剧,以及通信链路的不稳定与频繁中断。
传统的解决方案通常为无人平台设计宽幅天线来提高波束方向图的鲁棒性或使用带指向机构的高增益天线。宽波束宽度天线有助于在角度变化范围内实现可接受的增益衰减。然而,增加波束宽度不可避免地会导致天线增益的降低,使得难以应对由于与卫星的长距离通信而导致的严重路径衰落。另一方面,对于高增益定向天线方案,必须采用机械控制的指向机构来补偿平台角度倾斜,使天线对准卫星方向。然而,这种带指向机构的定向天线体积庞大且价格昂贵。在海事通信天线的设计中,平衡波束宽度和天线增益一直是一项具有挑战性的任务。此外,一旦天线设计好,其辐射方向图即固定,难以灵活应对卫星辅助海上通信的高动态场景。
实现思路