工业物联网场景中的通感一体化天线阵列需要在同一硬件平台上同时完成设备间通信与目标感知两项任务。通信功能要求天线阵列在工厂车间的复杂传播环境中维持稳定的数据链路，支持设备状态监控、控制指令下发和固件升级等业务的速率需求。感知功能则要求天线阵列通过发射探测信号并接收回波来检测人员、车辆和移动设备的位置与运动状态，为生产调度和安全防护提供环境信息。通信和感知对天线阵列的工作频率、阵列规模和波束形态提出了不同的要求。通信链路追求较宽的波束覆盖以维持多设备连接的连续性，感知功能则追求较窄的波束宽度以提高角度分辨率和目标定位精度。通感一体化天线阵列的设计需在通信速率与感知精度之间建立约束关系，通过阵列参数和信号处理策略的协同优化在两项功能之间取得平衡。
通信速率对天线阵列的核心需求体现在信道容量和链路可靠性两个维度。工业物联网中的通信流量包含周期性传感器数据上报和事件触发的控制指令，两类业务的速率需求和数据包长度不同。传感器数据上报的速率需求较低但接入设备数量多，要求天线阵列具备多用户空间复用能力以同时服务大量终端。控制指令的速率需求较高但数据包较短，要求天线阵列在特定方向上提供高增益以降低传输时延和误包率。天线阵列的孔径尺寸和单元数量决定了空间自由度和波束增益的上限，孔径越大则空间分辨率越高，能够支持的并发数据流数量越多。在工业环境中，金属设备和机械结构对电磁波的反射和散射使信道呈现丰富的多径特征，多径分量在通信链路中可以作为空间复用的自由度来源，但在感知链路中会形成虚假目标回波。天线阵列设计需利用多径中的空间信息提升通信容量，同时通过信号处理手段抑制多径对感知的干扰。
感知精度对天线阵列的需求集中在角度分辨率和测距精度两个层面。角度分辨率由阵列孔径和波束宽度决定，孔径越大则波束越窄，能够分辨的两个目标之间的角度间隔越小。在工业安全防护应用中，感知系统需要区分距离较近的人员和设备，角度分辨率的要求较高。测距精度由信号带宽和时延估计精度决定，宽带信号提供更高的距离分辨率，但工业物联网的可用频谱资源有限，信号带宽受到管制约束。天线阵列在感知模式下的波束扫描范围需覆盖工厂车间的关键区域，扫描的角速度和波束驻留时间影响感知数据的更新率。在通感一体化系统中，感知波束和通信波束需在时间上分时共享或空间上分区隔离，分时共享方式下感知波束的扫描会占用通信时间，降低通信吞吐量，空间分区方式下通信和感知使用不同的子阵列，降低了硬件资源的利用率。
通信与感知对天线阵列参数的约束在阵列布局层面呈现直接的冲突。通信模式倾向于采用较宽的波束宽度以覆盖多个方向的终端设备，这要求阵列单元之间的间距较小或采用幅度加权展宽波束。感知模式倾向于采用较窄的波束宽度以提高角度分辨率，这要求阵列孔径较大且单元间距适中。在给定的安装空间内，阵列单元的数量和间距需要同时满足两项功能的约束。一种折中方案是采用可重构阵列架构，通过射频开关改变阵列的有效孔径和单元间距，在通信模式下配置为宽波束子阵列，在感知模式下配置为全孔径阵列。可重构架构的切换时间影响两种功能之间的过渡效率，切换过程中通信或感知功能会短暂中断。另一种方案是采用重叠子阵列结构，通信子阵列和感知子阵列共享部分单元，通过信号处理在数字域分离两种功能。重叠子阵列的资源共享程度需要在通信容量损失和感知精度提升之间权衡。
波形设计是通感一体化天线阵列实现功能协同的关键环节。通信和感知对发射波形的需求不同，通信波形需要携带调制信息并满足频谱掩模要求，感知波形需要具备良好的自相关和互相关特性以支持时延和多普勒估计。通感一体化波形设计采用正交频分复用信号同时承载通信数据和感知探测功能，通信数据调制在子载波上，感知功能利用同一信号的包络和相位进行时延估计。天线阵列的波束赋形权值在波形设计阶段需与波形参数联合优化，使发射信号在通信方向上满足数据解调的信噪比要求，在感知方向上满足目标探测的功率需求。波形和波束的联合优化问题涉及多目标优化，通信速率和感知精度作为两个目标函数，其权重根据当前业务需求动态调整。在通信负载较低时增加感知功能的资源分配比例，在感知任务空闲时提高通信吞吐量。
通感一体化天线阵列在工业物联网中的工程验证需在真实车间环境中测量通信和感知性能。测试场景包含多台工业设备、移动机器人和人员，天线阵列安装于车间顶部或设备侧方。通信性能评估指标包括数据吞吐量、时延和丢包率，感知性能评估指标包括目标检测概率、角度估计误差和距离估计误差。测试数据表明，在通信和感知分时工作的模式下，通信吞吐量相比纯通信模式有所下降，下降幅度与感知波束扫描的占空比相关。在空间分区模式下，通信和感知同时工作的干扰水平在可接受范围内，但感知子阵列的孔径缩减导致角度分辨率下降。当前，通感一体化天线阵列在工业物联网中的应用正处于原型验证阶段，阵列架构、波形设计和资源分配策略正在通过实测数据迭代优化，为工业场景中通信与感知功能的深度融合提供技术基础。相关设计方法和验证流程已形成初步框架，为后续标准化工作提供参考。
