专利名称：可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，属于通信技术中的阵列信号数字处理测向技术领域。
背景技术：
现实中，一个固定监测站测向精度高，但它需要一定规模的安装平台(如高楼、铁塔)，而且固定站设备(包括天线、机柜等)均较大较重；而移动站机动性较好，只是性能比固定站略低。据此，介于两者之间的配置简单、机动灵活的可搬移站成为一大需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现实工作中出现的需求特点，提出可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，配备可搬移式垂直极化相关干涉仪测向天线阵，重量轻、搬移方便，使系统既可像固定站一样安装在高楼或铁塔上，也可像移动站一样灵活机动。采用一种双信道监测测向接收机，配合双信道相关干涉仪测向体制，系统在需要测向时仍可进行双信道相关干涉仪测向，在不需要测向时，则转为无线电监测。
本发明的技术解决方案其结构是包括可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵，高、低端电旋开关、第一天线选择器、三功能RF放大器、双信道监测测向接收机、监测测向控制器、工业控制计算机、低端垂直极化监测天线、高端垂直极化监测天线、第二天线选择器、监测/测向选择器、GPS、电子罗盘、打印机、电池组或市电、UPS、环境监控和遥控电源单元、集线器。
它们间的连接关系可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵的输出端与高、低端电旋开关的第一输入端相接，高、低端电旋开关的输出端与第一天线选择器的第一输入端相接，第一天线选择器的第一输出端与三功能RF放大器的第一输入端相接，三功能RF放大器的输出端与双信道监测测向接收机的第一输入端相接；工业控制计算机的第一、第二、第三输出/入端分别与监测测向控制器的输入/出端、双信道监测测向接收机的输入/出端、集线器的第一输入/出端对应相接；监测测向控制器的第一、第二、第三、第四、第五、第六输出端分别与高、低端电旋开关的第二输入端、第一天线选择器的第二输入端、三功能RF放大器的第二输入端、双信道监测测向接收机的第二输入端、第二天线选择器的第三输入端、监测/测向选择器的第二输入端对应相接；第一天线选择器的第二输出端与监测/测向选择器的第三输入端对应相接，低端垂直极化监测天线、高端垂直极化监测天线的输出端分别与第二天线选择器的第一、第二输入端对应相接，第二天线选择器的输出端与监测/测向选择器的第一输入端对应相接；GPS、电子罗盘的输出端与工业控制计算机的第一、第二输入端对应相接，工业控制计算机的第三、第四输入端与UPS第一输出端、环境监控和遥控电源单元的输出端对应相接，工业控制计算机的输出端接打印机，UPS第二输出端与环境监控和遥控电源单元的输入端相接，集线器的第二输入/出端与环境监控和遥控电源单元的输出/入端对应相接。
所述的监测测向接收机用于无线电监测和双信道相关干涉仪测向，可分时进行无线电监测和测向。
本发明的优点采用大口径有源/无源可搬移式测向天线阵，很好地解决了各天线阵元间的互耦问题，排除了单元天线间耦合和相位模糊。采用相关干涉仪测向体制，一对天线元同时采样，确保同步、快速、精确。采用了具有放大、直通、衰减三种功能的放大器，可自动切换，扩大了接收信号的动态应用范围，特别是在接收强信号时，不容易因信号饱和而产生阻塞。采用双信道监测测向接收机，监测和测向能分时进行，在不需要测向时，可转为无线电监测。系统精度高、灵敏度好、体积小重量轻、机动灵活、搬移方便。
附图1是本发明实施例电原理框图。
附图2高、低端电旋开关电原理框图(以一组电旋开关为例)。
附图3是环境监控和遥控电源单元的结构框图。
附图4是可搬移站垂直极化多信道无线电监测和相关干涉仪测向系统中所用的测向天线阵示意图。
附图5是本发明软件控制系统流程图。
图中的1是可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵，2是高、低端电旋开关、3是第一天线选择器、4是三功能RF放大器、5是双信道监测测向接收机、6是监测测向控制器、7是工业控制计算机、8是低端垂直极化监测天线、9是高端垂直极化监测天线、10是第二天线选择器、11是监测/测向选择器、12是GPS、13是电子罗盘、14是打印机、15是电池组或市电、16是UPS、17是环境监控和遥控电源单元、18是集线器。19避雷针、20五单元垂直极化无源测向天线阵1350MHz-3000MHz、21五单元垂直极化无源测向天线阵500MHz-1350MHz、22五单元垂直极化有源测向天线阵20MHz-500MHz，R1、R2、R3是电阻、C1、C2、C3是电容，D1-12是二极管、V1-V7是监测测向控制器输出的电压；、软件控制系统的流程图包括监测测向服务程序(dfNetServer)测向流程和监测测向服务程序(dfNetServer)运行流程。
具体实施例方式
对照附图1，其结构是包括可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵1，高、低端电旋开关2、第一天线选择器3、三功能RF放大器4、双信道监测测向接收机5、监测测向控制器6、工业控制计算机7、低端垂直极化监测天线8、高端垂直极化监测天线9、第二天线选择器10、监测/测向选择器11、GPS12、电子罗盘13、打印机14、电池组或市电15、UPS16、环境监控和遥控电源单元17、集线器18。
它们间的连接关系可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵1的输出端与高、低端电旋开关2的第一输入端相接，高、低端电旋开关2的输出端与第一天线选择器3的第一输入端相接，第一天线选择器3的第一输出端与三功能RF放大器4的第一输入端相接，三功能RF放大器4的输出端与双信道监测测向接收机5的第一输入端相接；工业控制计算机7的第一、第二、第三输出/入端分别与监测测向控制器6的输入/出端、双信道监测测向接收机5的输入/出端、集线器18的第一输入/出端对应相接；监测测向控制器6的第一、第二、第三、第四、第五、第六输出端分别与高、低端电旋开关2的第二输入端、第一天线选择器3的第二输入端、三功能RF放大器4的第二输入端、双信道监测测向接收机5的第二输入端、第二天线选择器10的第三输入端、监测/测向选择器11的第二输入端对应相接；第一天线选择器3的第二输出端与监测/测向选择器11的第三输入端对应相接，低端垂直极化监测天线8、高端垂直极化监测天线9的输出端分别与第二天线选择器10的第一、第二输入端对应相接，第二天线选择器10的输出端与监测/测向选择器11的第一输入端对应相接；GPS12、电子罗盘13的输出端与工业控制计算机7的第一、第二输入端对应相接，工业控制计算机7的第三、第四输入端与UPS16第一输出端、环境监控和遥控电源单元17的输出端对应相接，工业控制计算机7的输出端接打印机14，UPS16第二输出端与环境监控和遥控电源单元17的输入端相接，集线器18的第二输入/出端与环境监控和遥控电源单元17的输出/入端对应相接。
所述的可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵1，共分三层排列(对应三个频段)，沿高度方向排列。最下层的天线圆阵由五付有源垂直极化偶极子(直径16mm)组成，工作频段为20MHz～500MHz，阵列直径1200mm，单元偶极子长度为800mm；中间一层天线阵由五付无源垂直极化偶极子(直径16mm)组成，工作频段为500MHz～1350MHz，阵列直径359mm，单元偶极子长度为220mm；上层天线阵由五付无源垂直极化偶极子(直径17mm)组成，工作频段为1350MHz～3000MHz，阵列直径287mm，单元偶极子长度为125mm。最上端安装有避雷针(长775mm)，天线总高度为2115mm，阻抗为50Ω，接口为N型插座。
高、低端电旋开关2是根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元。它受监测测向控制器的控制和供电。其中低端电旋开关单元的工作频率为20MHz～1350MHz，内部包括ANS017L低端电旋开关和ALL050L(1∶2+1∶5)功率分配器。它相当于一个高频电子开关，它有10个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端和1个自校信号输出端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。ALL050L功率分配器是把自校信号先分成两路，其中一路又被分成5路，引入低端电旋开关，用于对20MHz～500MHz波或500MHz～1350MHz波段工作的系统进行自校；另一路自校信号传送到高端电旋开关盒中，再经1∶5功率分配器后，送到高频电旋开关单元用于高频段系统的自校。高端电旋开关单元的工作频率为1350MHz～3000MHz，内部包括ANS018L高端电旋开关和ALL051L 1∶5功率分配器。它也是一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。
当控制电压V1、V2加电，二极管D1-3导通时，来自可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵1的信号就可传到节点A，当控制电压V2、V3加电，二极管D4-6导通时，自校信号就可传到节点A，当控制电压V4、V5加电，二极管D7-9导通时，节点A的信号就可从主路输出；当控制电压V6、V7加电，二极管D10-12导通时，节点A的信号就可从辅助路输出；如图2所示。
第一天线选择器3是一个4∶2选择器，用于从高端电旋开关和低端电旋开关输出的2对主辅信号中选取1对主辅信号输出。它有4个输入端、2个输出端和1个控制/供电端。输出一路主信号到三功能RF放大器4，另一路辅信号送到监测/测向选择器。
三功能RF放大器4，工作频率为20MHz～3000MHz，具有放大、直通、衰减三种功能，在使用中根据实际需要由软件设定。对来自第一天线选择器的主路信号进行处理。它有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端。
该三功能放大器由第一高频继电器、第二高频继电器、放大电路、衰减电路和电源组成，高频继电器(型号RF303-12)、放大器中的放大管(型号ERA-51SM)。+12V电源受软件控制分别加到第一高频继电器和第二高频继电器上。当第一高频继电器加电，而第二高频继电器不加电时，输入信号经放大电路后得到线性放大，再第二经高频继电器的直通部分输出。即为“放大”。当第一高频继电器不加电，而第二高频继电器加电时，输入信号经第一高频继电器的直通部分后到达第二高频继电器的衰减电路，经衰减后输出。即为“衰减”。当第一高频继电器和第二高频继电器都不加电时，输入信号经第一高频继电器和第二高频继电器的直通部分输出。即为“直通”。故该放大器具有“直通、放大、衰减”三功能。
双信道监测测向接收机5，具有监测和测向双重功能。在需要测向时，两信道同时工作，对来自三功能放大器4的主路信号和来自监测/测向选择器的辅路信号进行变频、解调、解码，输出包括信号频率、幅度、频偏、调制度、带宽、电平、相位差等信息的模拟或数字信号，再送到工业控制计算机进行处理，它通过RS232与计算机通讯。当不需要测向时，其中一个信道即转为监测用，对来自监测/测向选择器的监测天线信号进行处理(可对不同频域、调制域、时域的信号进行监测测量)，输出包括信号频率、幅度、频偏、调制度、带宽、电平、频谱图像等信息。本实施例中选用日本Anritsu公司的RR510A双信道监测测向接收机。它的两个信道共用一个本振源，相位一致性好，从而保证了相关干涉仪测向系统的高精度，且系统灵敏度很高、稳定可靠。
监测测向控制器6(型号为DFC050L)是系统各部分控制驱动单元和直流供电单元。控制器通过串行口与工业控制计算机(ADVANTECH IPC-610)通讯，接受计算机的控制指令，对高、低端电旋开关、第一选择器、三功能RF放大器、监测测向接收机、第二天线选择器、监测/测向选择器等进行控制，使系统按着软件程序对无线电信号进行监测和测向。
工业控制计算机7(ADVANTECH IPC-610)是作为应用软件的载体，除了执行程序(包括存储、打印)外，还对大量的数据、音频、视频等进行处理，它通过对大量采集的信息数据进行复杂的统计算法(如自相关算法、相位检波算法、HILBERT变换、FFT算法)，从而得出信号的方位。它具有运行速度快、容量大、稳定可靠、可扩展、抗震性能好等特点。
低端垂直极化监测天线8，工作频率为20MHz～700MHz，为在水平面内无方向性的双锥(等锥)无源全向天线，天线尺寸为直径1732mm；高度1223mm。输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座。
高端垂直极化监测天线9，工作频率为500MHz～3000MHz，为在水平面内无方向性的双锥(等锥)无源全向天线，天线尺寸为直径250mm；高度370mm。输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座。
第二天线选择器10，是一种2∶1选择器，它对来自低端垂直极化监测天线8和高端垂直极化监测天线9的信号进行选择，从中选取1路监测信号送入监测/测向选择器。它有2个信号输入端、1个信号输出端、1个控制端。
监测/测向选择器11，也是一种2∶1选择器，它对来自第一天线选择器的测向辅路信号和来自第二天线选择器的监测天线信号进行选择，从中选取1路信号(监测或测向信号)送入双信道监测测向接收机中。它有2个信号输入端、1个信号输出端、1个控制端。
GPS12即全球定位系统(Global Positioning System)，它是由空间卫星、地面监控和用户设备三部分组成的，广泛地应用于各类导航定位系统中。GPS接收机是一个接收GPS卫星信号并实时计算出所处位置坐标的设备。GPS用于监测站中，其用途是随时确定该站的地理位置(经、纬度)，并把数据提供给计算机。在电子地图上实时显示当前位置，同时为显示测向方位和交叉定位提供数据。
本系统采用美国GARMIN公司的GPS12XL(美洲豹)GPS接收机。GPS12XL采用并行12通道接收体制，灵敏度高。
电子罗盘13是为监测站提供实时的参考方位数据，并把数据传输给计算机。本系统采用美国KVH公司的C100型电子罗盘。
打印机14为日本CANON公司的BJC-85。
电池组或市电15包括市电220VAC和蓄电池组(4节12V100AH)。
UPS16为不间断电源，型号为APC1000VA在线式。
环境监控和遥控电源单元17，它由远程开关控制模块(接受控制指令对系统设备上下电、计算机复位、空调启动等进行控制)、数据采集器(用于现场220VAC的AD采集、读取设备上下电状况及电压数据等)、网络视频服务器(型号为DS-6001HC，用于传输现场图像)、彩色摄像头(型号为三星101)、电压传感器(型号为DYH28-14A，用于将220V交流电转化为5V的交流电)、温湿度传感器(型号为JWSL-3W)、烟雾报警器(型号为BT-168A)、红外报警器(型号为BT-922R)等部份组成。它通过NJ45接口与集线器相联，集线器再与网络相接。在控制中心软件(DESCO DF7.0)作用下，可对远程固定站进行遥控操作，包括开关机、接收控制中心指令进行监测、监听、录音、测向或交汇定位，并将监测监听测向结果回传到控制中心。此外，对远程站的工作状态、设备连接状态、环境状态进行监测，并通过传输链路将环境、工作状态等监测数据和通过摄像头把远程监视的图像送到控制中心进行监视。如有异常(含盗窃、火警等)将及时报警。
权利要求
1.可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵的输出端与高、低端电旋开关的第一输入端相接，高、低端电旋开关的输出端与第一天线选择器的第一输入端相接，第一天线选择器的第一输出端与三功能RF放大器的第一输入端相接，三功能RF放大器的输出端与双信道监测测向接收机的第一输入端相接；工业控制计算机的第一、第二、第三输出/入端分别与监测测向控制器的输入/出端、双信道监测测向接收机的输入/出端、集线器的第一输入/出端对应相接；监测测向控制器的第一、第二、第三、第四、第五、第六输出端分别与高、低端电旋开关的第二输入端、第一天线选择器的第二输入端、三功能RF放大器的第二输入端、双信道监测测向接收机的第二输入端、第二天线选择器的第三输入端、监测/测向选择器的第二输入端对应相接；第一天线选择器的第二输出端与监测/测向选择器的第三输入端对应相接，低端垂直极化监测天线、高端垂直极化监测天线的输出端分别与第二天线选择器的第一、第二输入端对应相接，第二天线选择器的输出端与监测/测向选择器的第一输入端对应相接；GPS、电子罗盘的输出端与工业控制计算机的第一、第二输入端对应相接，工业控制计算机的第三、第四输入端与UPS第一输出端、环境监控和遥控电源单元的输出端对应相接，工业控制计算机的输出端接打印机，UPS第二输出端与环境监控和遥控电源单元的输入端相接，集线器的第二输入/出端与环境监控和遥控电源单元的输出/入端对应相接。
2.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是所述的可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵，共分三层排列(对应三个频段)，沿高度方向排列，最下层的天线圆阵由五付有源垂直极化偶极子(直径16mm)组成，工作频段为20MHz～500MHz，阵列直径1200mm，单元偶极子长度为800mm；中间一层天线阵由五付无源垂直极化偶极子(直径16mm)组成，工作频段为500MHz～1350MHz，阵列直径359mm，单元偶极子长度为220mm；上层天线阵由五付无源垂直极化偶极子(直径17mm)组成，工作频段为1350MHz～3000MHz，阵列直径287mm，单元偶极子长度为125mm，最上端安装有避雷针(长775mm)，天线总高度为2115mm，天线阻抗为50Ω，接口为N型插座。
3.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是高、低端电旋开关是根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元，其中低端电旋开关单元的工作频率为20MHz～1350MHz，内部包括ANS 017L低端电旋开关和ALL 050L(1∶2+1∶5)功率分配器，它相当于一个高频电子开关，它有10个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端和1个自校信号输出端，高端电旋开关单元的工作频率为1350MHz～3000MHz，内部包括ANS 018L高端电旋开关和ALL 051L 1∶5功率分配器，它也是一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。
4.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是第一天线选择器是一个4∶2选择器，用于从高端电旋开关和低端电旋开关输出的2对主辅信号中选取1对主辅信号输出，它有4个输入端、2个输出端和1个控制/供电端，输出一路主信号到三功能RF放大器4，另一路辅信号送到监测/测向选择器。
5.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是三功能RF放大器，工作频率为20MHz～3000MHz，它有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端。
6.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是低端垂直极化监测天线，工作频率为20MHz～700MHz，为在水平面内无方向性的双锥(等锥)无源全向天线，天线尺寸为直径1732mm；高度1223mm，输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座；高端垂直极化监测天线，工作频率为500MHz～3000MHz，为在水平面内无方向性的双锥(等锥)无源全向天线，天线尺寸为直径250mm；高度370mm，输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座。
7.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是第二天线选择器，是一种2∶1选择器，它对来自低端垂直极化监测天线和高端垂直极化监测天线的信号进行选择，从中选取1路监测信号送入监测/测向选择器，它有2个信号输入端、1个信号输出端、1个控制端。
8.根据权利要求1所述的可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是监测/测向选择器，也是一种2∶1选择器，它对来自第一天线选择器的测向辅路信号和来自第二天线选择器的监测天线信号进行选择，从中选取1路信号(监测或测向信号)送入双信道监测测向接收机中，它有2个信号输入端、1个信号输出端、1个控制端。
全文摘要
本发明是可搬移双信道无线电监测和相关干涉测向系统，包括可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵，高、低端电旋开关、天线选择器、三功能RF放大器、双信道监测测向接收机、监测测向控制器、工业控制计算机、低端垂直极化监测天线、高端垂直极化监测天线、监测/测向选择器、GPS、电子罗盘、UPS、环境监控和遥控电源单元、集线器。优点采用大口径有源/无源可搬移式测向天线阵，解决了各天线阵元间的互耦和相位模糊问题，一对天线元同时采样，确保同步、快速、精确。具有放大、直通、衰减三种功能，自动切换，采用双信道监测测向接收机，监测和测向能分时进行，不测向时可转为无线电监测。系统精度高、灵敏度好、体积小、重量轻、机动灵活、搬移方便。
文档编号H04B17/00GK1988409SQ20061008830
公开日2007年6月27日 申请日期2006年7月10日 优先权日2006年7月10日
发明者俞文蕴 申请人:俞文蕴