[發明專利]一種利用反射鏡快速搜索的路徑優化方法

有效

• 申請號: 202110449045.7
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113300767B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 柯熙政;趙錦
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/50;H04B10/61;H04B10/67;G01C21/34
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 徐瑤

本發明公開的一種利用反射鏡快速搜索的路徑優化方法，具體按照以下步驟實施：步驟1，建立球坐標系坐標將反射鏡面看作是在一個球形坐標系內的旋轉；步驟2，建立光斑脫靶量與反射鏡旋轉角度之間對應關系，利用電機控制進行反射鏡的角度的旋轉；根據二維旋轉反射鏡模塊在接收端的控制回路，建立對應的光斑脫靶量與反射鏡旋轉角度之間的關系；步驟3，按照步驟1方法進行尋優，通過步驟2中反射鏡上光斑脫靶量與反射鏡旋轉角度對應關系進行控制驅動，完成利用反射鏡的快速搜索，提高無線激光通信系統的鏈路建立速度。該方法能夠進行反射鏡在小角度內的偏轉，就可以實現激光束能到達接收端視場內，提高通信鏈路的建立速度。

技術領域

本發明屬于無線激光通信技術領域，具體涉及一種利用反射鏡快速搜索的路徑優化方法。

背景技術

無線激光通信是點對點的通信，光束發散角很小，需要精確對準后才能實現通信。建立激光光束的捕獲、對準和跟蹤系統可以保證鏈路的長時間穩定、有效，而通信鏈路的快速建立是進行無線激光通信的前提。

如今在無線激光通信系統中，將反射鏡模塊架設在無人機作為中繼的研究已經相繼開展。當激光從發送端出射，先到達反射鏡面上，然后由于反射鏡的反射作用使激光的傳輸方向發生改變，從反射鏡面向接收端進行傳輸。對于基于反射鏡的無線激光通信系統，其通信鏈路的建立速度很大程度都依賴于反射鏡的搜索方法。反射鏡從初始姿態調整到目標姿態，實現小角度內的偏轉，使光束到達接收端，而在實際中，接收端捕獲到發端發出的光束仍需要較長時間，通信鏈路的快速建立問題亟待解決。因此，如何利用反射鏡進行快速搜索已經成為無線激光通信的研究領域之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用反射鏡快速搜索的路徑優化方法，能夠進行反射鏡在小角度內的偏轉，就可以實現激光束能到達接收端視場內，減少不必要的掃描時間，提高通信鏈路的建立速度。

本發明所采用的技術方案是，一種利用反射鏡快速搜索的路徑優化方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，路徑優化

建立球坐標系坐標當進行二維旋轉反射鏡模塊中的反射鏡俯仰和旋轉角度調整時，將反射鏡面看作是在一個球形坐標系內的旋轉；利用隨機并行梯度下降算法對反射鏡在三維方向的偏轉角度進行自動循環迭代優化，迭代循環結束之后，使得反射鏡的偏轉角度達到最小，實現利用反射鏡的激光折轉傳輸；

步驟2，控制反射鏡的角度旋轉

建立光斑脫靶量與反射鏡旋轉角度之間對應關系，利用電機控制進行反射鏡的角度的旋轉；根據二維旋轉反射鏡模塊在接收端的控制回路，建立對應的光斑脫靶量與反射鏡旋轉角度之間的關系；

步驟3，按照步驟1方法進行尋優，通過步驟2中反射鏡上光斑脫靶量與反射鏡旋轉角度對應關系進行控制驅動，完成利用反射鏡的快速搜索，提高無線激光通信系統的鏈路建立速度。

本發明的特征還在于，

步驟1的具體過程如下：

步驟1.1，初始化

建立球坐標系坐標在已建立球坐標系坐標上，設定隨機生成反射鏡的初始角度姿態性能評價函數

步驟1.2，校正迭代

已知第j次的迭代結果，進行第j+1次迭代，產生相互獨立且符合伯努利分布的隨機的三維方向偏轉角度Δθ，為第j次迭代時的反射鏡角度姿態，Δθ_j為第j次迭代時所產生的隨機三維方向偏轉角度；將偏轉角度和分別施加給反射鏡，并計算對應偏轉角度變化后的系統評價函數和由和計算出系統評價函數變化量δJ^(j)；

步驟1.3，校正更新

反射鏡偏轉角度控制量的迭代公式：