号的驱 动，更重要的是对来自WIFI处理器的杂散信号实现隔离，不让数字系统脉冲杂波进入射频 电路，提高射频通信质量。此外，每个滤波器的两端都用高精度电阻设计了n型阻抗匹配网 络，如图7中射频滤波器UFl-端的RF9、RF10、RFl 1运样的网络，RFlO-端连接到射频滤波器 UF1，另一端用于连接其它元件，同时RFlO的两端分别通过RF9和RFll接地。在一般应用中不 用运样设计，因为匹配电阻会带来一定的损耗。但运里考虑定向远程传输，匹配电阻网络可 使陶瓷滤波器性能做到最佳，工作时收发通路都有2个滤波器起作用，使射频信号的带外抑 制能大于50地，两组滤波器虽然增加了传输信号的损耗，但是也降低了收发电路的带宽有 利于抑制带外信号提高接收灵敏度，并降低系统噪声，适当选择滤波器的带宽控制好插入 损耗就能最大程度提高通信的信噪比，有利于远程通信应用。
[0054] 图7中发射通路为:5G_TX_1发射输入一UFl滤波器一U3混合桥功率分配一U1/U4功 率放大器一 U2混合桥功率合成一Sl收发电子开关一 UF2滤波器一 Pl天线；
[0055] 接收通路为:Pl天线一UF2滤波器一Sl收发电子开关一U6低噪声放大器一 UF3滤波 器一5G_RX_1接收输出。
[0056] 上述措施解决了远程通信问题，但是使用定向天线后动态对准、初始对准成为新 的问题。一种情况是，当收发系统处于定向通信距离W内，但由于天线系统还没有实现对 准，通信暂时没有建立起来，实际上会一直无法获知对方位置信息，最终无法建立天线对 准，也就无法建立通信。另外一种可能是正常通信过程中，因为收发系统均在移动，可能被 突然出现的障碍物遮挡而使通信中断，即便脱离遮挡区由于双方的位置已经改变，因为无 法获知对方当前位置也会导致通信无法建立。其次，当多个WIFI系统要实现组网时遇到相 当的困难，如何确定天线的方向？
[0057] 运些问题的解决需要设计2个独立的定向天线，即设置第2定向天线，W及辅助通 信系统才能获得解决。本系统中第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;相应的，WIFI单元需包括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。图1中给出了低功耗无线通信单元，运个辅助系统 能实现各个云台处理器之间的相互通信，由于有北斗定位接收机，因此每个云台辅助系统 知道所有组网WIFI的位置，因此能选择出最佳方式实现2个方向的天线指向。
[005引图3为2个WIFI系统组网的最少通信链路示意图，图4为3个WIFI系统组网的最少通 信链路示意图，图5为4个或W上WIFI系统组网的最少通信链路示意图，该方法可实现多个 系统的组网，当WIFI接入数量不大时能很好地解决组网问题。
[0059] 实际上，定向天线具有波瓣宽度，它福射的信号是发散的，运在一定程度上可W减 小卫星定位误差带来的影响，也使多个WIFI在通信时盲区更少，实际应用中可能建立起更 多组合的通信链路，图5只是极端情况下的通信链路组建模式，图中箭头表示定向天线的指 向。
[0060] 定向天线结构如图14所示，该图使用MIMO方式，用双输入激励，在图14的左图为底 层激励输入布局图，该层的下方还有一个金属底面反射层，中图和右图为引向器，分别在激 励输入层的上方顺次排列。该天线尺寸小，使用PCB制作具有低成本、加工简单、安装方便的 优点，使用多引向器结构使波束汇聚更集中，与一般4单元阵列天线相比具有更窄的主瓣波 束、更低的旁瓣，使WIFI信号在长距离通信方面获得优秀性能。本专利中将天线的2个激励 分别做水平极化和垂直极化有利于提升通信速率。
[0061] 2)位置坐标感知。天线的指向取决于需要通信的方向，系统根据自身坐标和需要 通信的坐标可计算出天线指向。下面对定向天线的控制方法做进一步的说明，其工作过程 如下：
[0062] 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；
[0063] 检测与其它通信接入点的信号强度确认信道通信质量；
[0064] 发布自身坐标信息和自身接收信号强度信息给其它接入点；
[0065] 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；
[0066] 通过地磁传感器确定自身姿态信息；
[0067] 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；
[0068] 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。
[0069] 由于北斗接收机输出信息是海拔高度、经度、维度等，是大地坐标系方式，不利于 快速计算，本系统使用坐标变换方法实现大地坐标与直角坐标的转换，其计算方法为：
[0070] 图8为北斗卫星所用的空间大地坐标系，P点表示某个通信节点的位置点，P点的角 度B表示缔度信息，角度L表示经度信息，高度H表示海拔高度，空间大地坐标系中P点的坐 标为(B，L，H)，将该坐标转换为图9所示的空间直角坐标系的坐标：W地屯、为原点，建立空间 直角坐标系，Z轴指向北极，X轴是起始子午面与赤道平面的交线，y轴位于赤道平面上且按 右手系与X轴呈90°夹角，则在空间直角坐标系中点P的坐标为(X，Y，Z)。
[0071] 利用在相同的原点与坐标方向的空间大地坐标系向空间直角坐标系的转换公式 (1)，可求出直角空间坐标，从而实现每个通信节点的位置定位。
[0073] 式（I)中，
N为楠球的卯酉圈曲率半径；
e为楠球的第一 偏屯、率;a = 6377.830km，b = 6356.9088km，a为楠球长半轴即地球赤道半径，b为楠球短半轴 即地球极半径。
[0074] 根据上述计算原理，每个通信节点都能计算出自身在直角坐标系中的位置，通过 组网通信即可描绘出整个通信网络在=维立体空间中的节点位置图。运就实现了整个网络 的坐标感知。
[0075] 3)最佳组网。选择整体最佳传输质量的链路实现组网。
[0076] 在通信链路规划方面，本发明设及的问题与传统通信方式存在巨大差别。原因是 传统通信网络使用全向天线，通信覆盖范围内数据链路都能建立，路由规划上不存在受限 问题。但定向天线只能是有限方向上的通信，多个接入点即便在覆盖范围内也必需给定优 先通信。此外，传统通信中由于使用全向天线，在通信距离不远的情况下，整个网络即便有 位置高度的不同，但是由于能实现通信可W看成是平面上的点组成的通信网，其通信路径 规划相对简单。而定向通信方式下，起伏的高度在通信网中就变成立体空间问题，在空一地 通信、空一空通信更是如此。如图10所示，假设晶格中的黑色点为通信节点，显然每个节点 如果有前、后、左、右、上、下6个方向是最优的方式，但构成6天线的成本会很高，不易实现。 若只有2个方向，那么整个通信网的组建必需按图5所示的原理构成串联的方式，实现的方 式有多种可能。如图11所示。实际使用中显然可W根据信号质量选择其中一种作为最佳通 信链路从而保障通信，如图12所示。运正是本定向通信系统的一个优点。
[0077] 由图10还可W知道，相比只用2个通信方向的问题，若每个节点有3个通信方向，运 个网络的通信链路