无线电干扰源定位方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线电监测技术，具体的讲，涉及一种飞机的无线电干扰源定位方法 与系统。
【背景技术】
[0002] 自2004年4月以来，民用航空频段108~137MHz时常受到地面无线电信号干扰，严 重威胁到民航客机的飞行安全。目前针对这种干扰源的定位主要利用移动监测车，于机场 及飞机航路附近对民航专用频段进行监测，重点监测民航专用频段信号使用情况，分析是 否属正常民航业务信号，是否在台站库中登记，并对异常信号进行分析，对非法信号进行定 位。但是，基于现有的监测手段及设施，对民航频段的监测和保护是有缺失的。当出现恶意 干扰时，干扰涉及视频传输设备、有线电视信号泄漏、调频广播电台、大功率无绳电话等多 种干扰，特别是非法设置、违规使用的黑广播，对地空通信的影响最为严重。现有的监测、测 向技术，因接收天线高度有限，地面传播损耗大，难以覆盖干扰源存在的区域范围，不能快 速、准确的发现、压制和定位地面干扰源。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种无线电干扰源定位方法与系统，通过捕捉干扰信号经 民航飞机散射后落到地面的信号，利用飞机运动产生的多普勒频移和飞机的飞行状态等信 息计算干扰源的位置，从而解决现有监测、测向方法难以快速、准确定位干扰源的技术难 题。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0005] -种无线电干扰源定位方法，其包括如下步骤：
[0006] a.使用八通道数字天线阵列接收飞机对干扰源的散射信号，记录散射信号的频谱 及对应的时间；
[0007] b.使用ADS-B(自动相关监视广播)接收机接收飞机的数据链广播，解码后获得飞 机的飞行状态参数；
[0008] c.根据所述的频谱及时间信息，计算干扰源的方位角，并获取多普勒频移；
[0009] d.根据多普勒频移及飞机的飞行状态参数，计算干扰源的位置曲线，结合干扰源 的方位信息，实现对所述干扰源的定位。
[0010] 步骤a还包括:根据飞机散射截面积选择地面监测点、天线阵列的水平方向角度及 仰角，对天线阵列接收的散射信号进行放大。
[0011] 步骤b还包括:对ADS-B信号报文的预处理和解码。
[0012] 所述飞机的飞行状态包括飞行高度、速度和位置。
[0013] 所述干扰源的方位角根据八通道天线阵列接收的散射信号计算得到。
[0014] 所述干扰源的位置根据所述干扰源的位置曲线与所述干扰源的方位角计算得到。
[0015] 所述多普勒频移包括干扰源信号到达飞机时的多普勒频移与到达飞机的干扰源 信号再散射到地面时的多普勒频移。
[0016] 一种无线干扰源定位系统，其包括：
[0017] 天线阵列，用于接收飞机对干扰源的散射信号；
[0018] 接收机，用于记录所述散射信号的频谱及其对应的时间，所述接收机具有数据输 出接口，用于数据输出；
[0019] ADS-B(自动相关监视广播)接收机，用于接收飞机的ADS-B广播报文(包括飞行状 态fg息）；
[0020] 数据处理装置，用于对接收机输出的频谱及时间数据、ADS-B接收机输出的飞机的 ADS-B广播报文进行数字处理，计算干扰源的方位角和干扰源信号的多普勒频移，并根据所 述多普勒频移及飞机的飞行状态计算发射源的位置曲线，从而完成发射源的定位。
[0021] 无线干扰源定位系统还包括:低噪声放大器，天线阵列接收的散射信号经低噪声 放大器放大后输入到接收机。
[0022]所述天线阵列的增益大于lldBi。
[0023]所述接收机的频率分辨率优于1Hz。
[0024] 所述多普勒频移包括:发射源信号到达飞机时的多普勒频移与到达飞机的发射源 信号再散射到地面时的多普勒频移。
[0025] 所述飞机的飞行状态包括:飞行高度、速度和位置。
[0026]本发明的优点在于：
[0027] 根据本发明的无线电干扰源定位方法和系统，有效解决了民航通信频率干扰源的 查找问题，本发明采用单站定位，作用域大，维护成本低，可以有效解决民航通信频率干扰 源的查找问题，实用性较强。机动性强，又节约了维护成本。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的无线电干扰源定位系统的结构框图；
[0029]图2为物体散射的示意图；
[0030] 图3为本发明实施例中使用天线阵列的布设示意图；
[0031] 图4为本发明实施例中使用的ADS-B接收机的硬件设计流程图；
[0032 ]图5为本发明实施例中计算飞机位置建立的坐标系。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0034] 本发明是通过接收飞机对干扰源的散射信号，从接收到的散射信号中提取其多普 勒频移信息，利用多普勒频移信息对干扰源进行定位。本发明所述的飞机不仅包括传统定 义上的飞机，还包括其它的空中飞行器。
[0035] 结构框图如图1所示，本发明的一种无线干扰源定位系统，包括天线阵列、放大器、 接收机、ADS-B接收机、数据处理装置。
[0036] 天线阵列，用于接收飞机对干扰源的散射信号，由于要实现信号的远距离接收，因 此本实施例采用的是高增益方向天线，要求增益大于lldBi;
[0037] 放大器采用低噪声放大器，用于放大散射信号，本实施例采用的是民航频段 (108MHz至137MHz)的专用放大器，要求绝对低噪和一定的放大倍数。
[0038]接收机采用高灵敏度数字接收机，用于记录放大后散射信号的频谱及其对应的时 间，接收机具有数据输出接口，并将放大后散射信号的频谱及其对应的时间输出至数据处 理装置，高灵敏度数字接收机要求在民航专用频段内具有很高的接收灵敏度，能够以极高 的频率分辨率(至少优于1Hz)显示并长时间记录信号的频谱，在记录的同时对每一时刻的 频谱打上时间标记，同时提供数字通道，以与计算机等装置相连，便于后期分析和处理。 [0039] ADS-B接收机用于接收飞机的ADS-B广播报文(包括飞机识别码、经度、炜度、高度、 时间和其他辅助信息数据等），并将接收的报文以8bit的I&Q数据的格式传输至数据处理装 置。
[0040] 数据处理装置采用高性能计算机，用于对接收机输出的频谱及时间数据、ADS-B接 收机输出的飞机的ADS-B广播报文进行数字处理，计算干扰源的方位角和干扰源信号的多 普勒频移，并根据所述多普勒频移及飞机的飞行状态参数计算发射源的位置曲线。
[0041] 通过所述的系统，便可以实现无线电干扰源的定位。本发明的无线电干扰源定位 方法包括：
[0042] 1)记录散射信号的频谱及对应的时间
[0043] 接到民航部门的干扰申诉后，根据民航部门报告的干扰出现位置确定干扰源的大 致范围，然后根据飞机的散射截面积，结合航线分布和地面情况，选择地面监测点和方向性 天线的水平方位角度及仰角。
[0044] 选择的依据为:保证在所选择的地点和对应的天线角度上能够以尽可能大的概率 捕捉到覆盖区域内干扰源的散射信号，即对于覆盖区域内大多数点对应的入射角度，以及 相应的散射角度下的散射截面积(RCS)较大。例如，民航客机在120MHz频率受到干扰，可以 调用120MHz频率处的雷达散射截面积资料，针对每一个散射角度(例如每隔5度为一个步 进），统计在该频率、该散射角度下所有入射角度对应的RCS，检查这些RCS大于某个预定门 限值的概率。可以穷举所有的散射角度，找出概率最大的那一个，于是得到最佳地面监测站 位置相对于飞机的角度;结合民航飞机受到干扰的位置，通过上述最佳角度就可以得到地 面监测站的位置。
[0045] 飞机散射截面积可以事先通过计算机仿真软件计算得到。下面介绍飞机散射截面 积的计算。
[0046] 当物体被电磁波照射时，能量将朝各个方向散射。能量的空间分布依赖于物体的 形状、大小和结构以及入射波的频率和特性。能量的这种分布称为散射，物体本身通常称为 目标和散射体。如图2所示，当散射方向不是指向辐射源时，称为双站散射，本发明主要考虑 双站散射的情况。
[0047] 飞机雷达散射截面的定义是基于平面波照射下目标各向同性散射的概念，对于这样 一种波，其入射能量密度是
；式中Ei和Hi分别是入射电磁波的电场 强度和磁场强度，Y〇是自由空间的导纳。因此，目标截取的总功率为
式中〇代表目标的散射截面。
[0048]如果现在这些功率各向同性地辐射出去，则在距离目标为R的远处，其散射功率密 (I) 度为：
[