一种随动跟踪wifi传输装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及WIFI通信技术领域，具体为一种随动跟踪WIFI传输装置及其控制方 法。
【背景技术】
[0002] WIFI通信是当代社会应用非常普及的一种无线通信方式。WIFI通信具有诸多优 点，例如用户容量大、传输速度高、接入方便、使用广泛、组网灵活等显著的优点。现代智能 终端，如手机、移动笔记本等通常都把WIFI通信功能作为标准配置之一。
[0003] 民用无人飞行器尤其是多轴旋翼飞行器，具有成本低、开发容易、结构简单、用途 广泛的特点，得到了相当的普及。但目前多数无人飞行器主要通过专口的遥控器实现控制， 使用WIFI通信的无人机一般仅能在100米W内通信。如果无人飞行器能用WIFI实现数公里 的通信，将是非常方便的。运种情况下，使用现代智能终端设备就能很方便地与对飞行器实 现通信联系，借助智能终端的平台能方便地开发无人机新功能，无疑将极大地拓展无人飞 行器应用领域和范围。
[0004] 另一方面，随着汽车的普及，许多汽车上已具备了 WIFI功能。如果汽车之间能W某 种方式实现WIFI组网，在数百米范围实现WIFI互联，运无疑将是非常有价值的事情。
[0005] 但遗憾的是，目前W上两种场合应用均未实现。主要原因是WIFI通信采用多进制 宽带数字调制，存在频带占用宽、信号的峰平功率比高，导致发射效率低等缺点。特别是由 于信号的峰平功率比高，导致发射器效率很低，使用宽带通信导致接收机灵敏度低等，因此 WIFI通常只用作短距离通信。现代移动终端上的小功率WIFI通信距离一般在数十米范围 内，发射效率通常低于25 %，根本不适合远距离通信。要提高通信距离，就需要提高发射功 率，由于发射效率低，要求发射机总消耗功率很大，电源消耗增加程度就十分显著。此外，通 信功耗过高也不利于使用电池供电的系统使用。目前，在提高线性发射器效率方面，不少研 究者已提出了一些列诸如:前馈、预失真等新技术，在一定程度上改善了发射效率，在窄带 通信方面获得一定程度应用，宽带通信具有复杂性目前仍旧处于实验室研究阶段，尚未能 达到实用化水平。
[0006] 鉴于W上原因，WIFI通常仅作为短距离通信使用，许多户外通信只得使用其他方 式代替。例如，民用型无人飞行器的通信方式多采用模拟通信和部分数字通信相混合的方 式。图像和声音传输使用模拟调频FM方式，命令控制则使用数字频移键控FSK方式。地面车 辆间的通信甚至是采用传统的对讲机。一些性能更好的通信系统则使用全数字的C0FDM、 QPSK等方式。运些通信方式，虽然能解决飞行器、车辆等远距离通信问题，但它属于专用性 质的通信与现代智能终端使用的WIFI有很大的差异，由于通信体制完全不同，失去了使用 WIFI的便利性优点。
[0007] 目前使用定向天线扩展WIFI通信距离已有一定应用，定向天线阵具有比常规WIFI 系统所用的全向天线有更高的增益，加上它是定向传输的，因此信号传输时能量高度集中， 降低了噪声干扰，可实现远距离传输。在相同发射功率与相同接收机灵敏度情况下，定向天 线阵能有效地提高通信质量，使WIFI传输距离成倍增加成为可能。在定向通信方式下，由于 传输能量集中在所指方向上，对其它非传输方向的设备干扰也会很小。但是，定向天线具有 方向性，需要收发系统实时对准才能建立通信，而且由于定向通信系统组网的复杂度高，所 W目前都限于点对点固定位置之间的通信，例如2个高楼之间使用定向网桥实现WIFI通信 等。但运些常规设计要么采用增大发射功率，要么增加天线方向性和增益来提升通信距离， 没有在WIFI信号本身上寻求解决方案。并且运些设计也无法满足移动、随机、多接入点组网 等实际需要。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明提出一种能随动跟踪WIFI传输装置及其控制方法，该装置 采用具有自动跟踪能力的定向WIFI通信系统，实现了任意移动通信节点间的WIFI定向通 信，并使通信距离成倍增加，主要技术方案如下：
[0009] 一种随动跟踪WIFI传输装置，包括云台控制器，W及与云台控制器连接的加速度 传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、WIFI单元和第1天线云 台；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。
[0010] 进一步的，所述WIFI单元包括WIFI主处理器和与之连接的第1射频单元，WIFI主处 理器连接所述云台控制器，第1射频单元连接所述第1定向天线。
[0011] 更进一步的，还包括第2定向天线，第2定向天线设置在第2天线云台上，第2天线云 台连接云台控制器;所述WIFI单元还包括WIFI协处理器和第2射频单元，WIFI协处理器连接 WIFI主处理器，第2射频单元连接第2定向天线。
[0012] 更进一步的，所述第1定向天线和第2定向天线均为四阵元双输入激励MIMO结构， 其包括底层激励输入层，所述底层激励输入层下方设有金属底面反射层，上方依次设有两 个或两个W上的引向器。
[0013] 更进一步的，所述第1射频单元和第2射频单元为双频模式，工作频段为2.4G化频 段和5G化频段。
[0014] 更进一步的，所述5G化频段的射频单元包括由射频滤波器UFl、功率放大器PA、射 频收发切换电子开关S1、射频滤波器UF2、天线Pl顺次连接构成的发射通路;还包括接收通 路，接收通路包括顺次连接到射频收发切换电子开关Sl的低噪声放大器LNA和射频滤波器 UF3;所述功率放大器PA为平衡放大器结构;还包括用于驱动收发切换的隔离驱动器。
[0015] -种随动跟踪WIFI传输装置的控制方法，包括：
[0016] 每个节点通过北斗导航接收机接收北斗卫星信号，确定自身位置坐标；
[0017] 检测与其它通信接入点的信号强度确认信道通信质量；
[0018] 发布自身坐标信息和自身信道通信质量信息给其它接入点；
[0019] 根据整个通信网络的坐标信息、信道质量信息结合路由算法确定最优通信链路；
[0020] 通过地磁传感器确定自身姿态信息；
[0021 ]根据自身位置坐标、自身姿态和最优通信链路中需要指向的接入点的位置坐标计 算天线方位角，控制天线云台实现天线对准；
[0022]通过加速度传感器检测自身运动过程中的起伏变化，随时调整天线云台使定向天 线保持精确对准。
[0023] 进一步的，所述确定最优通信链路的方法包括：
[0024] 获取所有接入点的基础信息，计算出所有可能的通信链路；
[0025] 检验每条通信链路的可行性；
[0026] 将所有可行的通信链路根据信号通信质量排序；
[0027] 选择数据通信速度最快的链路作为最优通信链路。
[002引本发明的有益效果是：
[0029] 1)本发明采用自组织定向WIFI通信网络与自组织全向低功耗辅助网络互补组合 的系统构架，不但解决了当前高速WIFI网络不能远距离使用的问题，最重要的是解决了定 向WIFI多接入点随机动态移动组网问题，使WIFI的用途获得巨大拓展。自组织全向低功耗 辅助通信网络是低速窄带通信网络，主要是辅助WIFI确定天线指向，不承担用户数据