一种基于可重构全息超表面的卫星通信装置及其优化方法与流程

技术特征：
1.一种基于可重构全息超表面的卫星通信装置，其特征在于，包括：偏置电压控制模块，用于预设偏置电压调节间隔；可重构全息超表面，与所述偏置电压控制模块连接，用于根据预设的偏置电压调节间隔对接收到的电磁波的振幅进行调节；数字波束成形模块，与所述可重构全息超表面连接，用于对所述可重构全息超表面发射的电磁波进行预处理；卫星追踪模块，与所述可重构全息超表面连接，用于根据卫星位置确定所述可重构全息超表面的波束指向。2.根据权利要求1所述的基于可重构全息超表面的卫星通信装置，其特征在于，所述可重构全息超表面包括：馈源、波导和超材料辐射单元阵列；所述馈源和所述超材料辐射单元阵列均设置在所述波导上；所述超材料辐射单元阵列包括多个超材料辐射单元；所述馈源发出电磁波，电磁波以导波的形式在所述波导上传播，所述超材料辐射单元对接收到的电磁波辐射振幅进行调节。3.根据权利要求2所述的基于可重构全息超表面的卫星通信装置，其特征在于，所述超材料辐射单元包括：金属底板、介质层、刻蚀有互补电感电容谐振环的微带线和液晶层；所述介质层设在所述金属底板上；所述微带线设置在所述介质层上；所述液晶层设置在所述微带线上；将偏置电压施加在所述液晶层上，所述液晶层的电容值随着施加的偏置电压的改变而改变，进而改变所述互补电感电容谐振环的互感。4.根据权利要求3所述的基于可重构全息超表面的卫星通信装置，其特征在于，在所述微带线上刻蚀环形槽以形成一个闭合环；所述闭合环上贴合一个金属贴片形成互补电感电容谐振环谐振器。5.根据权利要求4所述的基于可重构全息超表面的卫星通信装置，其特征在于，所述金属贴片的最长边上均设置有“t”型槽。6.根据权利要求2所述的基于可重构全息超表面的卫星通信装置，其特征在于，所述超材料辐射单元阵列的个数有多个；两个超材料辐射单元阵列之间设置一个馈源，以构成一个电磁波传输
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接收模块；所述可重构全息超表面上设置有多个所述电磁波传输
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接收模块。7.一种基于可重构全息超表面的卫星通信优化方法，其特征在于，应用于如权利要求1
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6任意一项所述的基于可重构全息超表面的卫星通信装置中；所述基于可重构全息超表面的卫星通信优化方法包括：获取可重构全息超表面接收到的电磁波的初始辐射振幅和地面站与卫星信号矩阵；根据所述初始辐射振幅和地面站与卫星信号矩阵确定数字波束成形方案；采用迭代优化算法根据所述初始辐射振幅确定最优的全息波束成形方案；将所述数字波束成形方案和所述全息波束成形方案作为系统数据速率最大化问题的初始解，对所述系统数据速率最大化问题进行迭代求解，直至相邻迭代次数间的卫星总数据速率的差值小于预设阈值时，输出的数字波束成形方案和全息波束成形方案为最优解。8.根据权利要求7所述的基于可重构全息超表面的卫星通信优化方法，其特征在于，所
述采用迭代优化算法根据所述初始辐射振幅确定最优的全息波束成形方案，具体包括：初始化所述初始辐射振幅；引入辅助变量，基于所述初始辐射振幅确定用户速率最大化问题；基于所述辅助变量和所述用户速率最大化问题确定优化后的辅助变量；引入拉格拉日乘子，基于所述优化后的辅助变量确定全息波束成形方案；采用次梯度法更新所述拉格拉日乘子后，检验确定的所述全息波束成形方案是否收敛，若不收敛，则返回步骤“基于所述辅助变量和所述用户速率最大化问题确定优化后的辅助变量”，若收敛，则得到最优的全息波束成形方案。

技术总结
本发明涉及一种基于可重构全息超表面的卫星通信装置及其优化方法。该卫星通信装置包括：偏置电压控制模块、可重构全息超表面、数字波束成形模块和卫星追踪模块。偏置电压控制模块预设偏置电压调节间隔；可重构全息超表面根据预设的偏置电压调节间隔对接收到的电磁波的振幅进行调节；数字波束成形模块对可重构全息超表面发射的电磁波进行预处理；卫星追踪模块根据卫星位置确定可重构全息超表面的波束指向。本发明通过采用可重构全息超表面和偏置电压控制模块，可以根据预设的偏置电压调节间隔对接收到的电磁波的振幅进行调节，填补了现有技术中没有采用RHS辅助的卫星通信追踪以及优化方法的技术空白。优化方法的技术空白。优化方法的技术空白。


技术研发人员：邓若琪 张雨童 张浩波
受保护的技术使用者：杭州腓腓科技有限公司
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2021/11/30