专利名称：可搬移单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单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：
目前国家安全部门、部队、无线电管理等部门无法快速准确而又机动灵活地执行无线电监测任务，汇集固定和移动监测站之优点的可搬移站成为迫切需求。而随着可搬移式有源测向天线阵、单信道准相关干涉仪测向、射频预处理等技术的不断完善，使得可搬移单信道无线电监测和相关干涉测向系统成为可能。
发明内容
本发明的目的在于提出可搬移单信道无线电监测和相关干涉测向系统。提出采用一种单信道监测测向接收机，配合射频预处理器、可搬移式有源测向天线阵、监测天线、软件无线电和DSP技术、小信号提取和白噪声相消技术，在单信道相关干涉仪测向体制上实现对垂直极化波的无线电信号进行监测监听、测向定位，而监测和测向可分时进行。
本发明的技术解决方案其结构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、低端电旋开关的第一、第二、第三、第四输出端与第一天线选择器的第一、第二、第三、第四输入端对应相接，第一天线选择器的第一、第二输出端与三功能RF放大器的第一、第二输入端对应相接，三功能RF放大器的第一、第二输出端与射频预处理器的第一、第二输入端对应相接，射频预处理器的输出端与单信道监测测向接收机的第一输入端相接；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五输入端、三功能RF放大器的第三输入端、射频预处理器的第三输入端、单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对应相接；工业控制计算机的第一、第二、第三输出/入端分别与单信道监测测向接收机的输入/出端、监测测向控制器的输入/出端、集线器的第一输入/出端对应相接；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，环境监控和遥控电源单元的输出端接工业控制计算机的第一输入端，环境监控和遥控电源单元的输入端接UPS的第一输出端，UPS的第二输出端接工业控制计算机的第二输入端，GPS、电子罗盘的输出端分别接工业控制计算机的第三、第四输入端；工业控制计算机的输出端接打印机；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、第二输入端相接；第二天线选择器的输出端接射频预处理器的第四输入端。
本发明的优点采用单信道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。采用可搬移式九单元有源测向天线阵，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。采用了射频预处理器，对射频信号进行相位/幅度/相位转换与存储。采用了宽带低噪声放大器技术，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。可兼容多种单信道监测测向接收机，监测和测向能分时进行。系统体积小重量轻、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是高、低端电旋开关电原理框图(以一组电旋开关为例)。
附图3是三功能RF放大器电原理框图附图4是功率分配器以1∶2分配器为例的结构框图。
附图5是环境监控和遥控电源单元的结构框图。
附图6是可搬移站垂直极化单信道无线电监测测向系统中所用的测向天线阵附图7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4、5是射频预处理器、6是单信道监测测向接收机6、7是监测测向控制器、8是工业控制计算机、9是低端垂直极化监测天线、10是高端垂直极化监测天线、11是第二天线选择器、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是避雷针、20是九单元垂直极化有源测向天线阵1000MHz-3000MHz、21是九单元垂直极化有源测向天线阵20MHz-1000MHz，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的第一、第二、第三、第四输出端与第一天线选择器3的第一、第二、第三、第四输入端对应相接，第一天线选择器3的第一、第二输出端与三功能RF放大器4的第一、第二输入端对应相接，三功能RF放大器4的第一、第二输出端与射频预处理器5的第一、第二输入端对应相接，射频预处理器5的输出端与单信道监测测向接收机6的第一输入端相接；监测测向控制器7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的第五输入端、三功能RF放大器4的第三输入端、射频预处理器5的第三输入端、单信道监测测向接收机6的第二输入端、第二天线选择器11的第三输入端对应相接；工业控制计算机8的第一、第二、第三输出/入端分别与单信道监测测向接收机6的输入/出端、监测测向控制器7的输入/出端、集线器18的第一输入/出端对应相接；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，环境监控和遥控电源单元17的输出端接工业控制计算机8的第一输入端，环境监控和遥控电源单元17的输入端接UPS 16的第一输出端，UPS 16的第二输出端接工业控制计算机8的第二输入端，GPS 12、电子罗盘13的输出端分别接工业控制计算机8的第三、第四输入端；工业控制计算机8的输出端接打印机14；低端垂直极化监测天线9、高端垂直极化监测天线10的输出端分别与第二天线选择器11的第一、第二输入端相接；第二天线选择器11的输出端接射频预处理器5的第四输入端。
所述的可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵1，共分两层排列(对应两个频段)，沿高度方向排列。下层天线阵由九单元有源垂直偶极子天线(直径16mm)组成，工作频段为20MHz～1000MHz，阵列直径为1200mm，单元偶极子长度为270mm；上层天线阵由九单元有源垂直偶极子天线(直径17mm)组成，工作频段为1000MHz～3000MHz，阵列直径为400mm，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1550mm，阻抗为50Ω，接口为N型插座。
高、低端电旋开关2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～1000MHz，内部包括ANS 021L低端电旋开关和ALL 052L 1∶2+1∶9功率分配器。它相当于一个高频电子开关，它有9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。ALL 052L功率分配器是把自校信号先分成两路，其中一路又被分成9路，引入低端电旋开关，用于对20MHz～1000MHz频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∶9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1000MHz～3000MHz，内部包括ANS 020L高端电旋开关和ALL 053L 1∶9功率分配器。它也是一个高频电子开关，它有9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。其工作原理当控制电压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，用于对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。
三功能RF放大器4包括两个宽频带低噪声放大器，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。分别对来自第一天线选择器的主、辅路信号进行处理。它们各有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端。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。
射频预处理器5(型号为RFP006)是根据相关干涉测向的原理，对来自三功能放大器4的测向天线主辅路信号、第二选择器的监测天线信号进行一系列相关预处理。分为高端和低端RF预处理器，工作频率分别为1000MHz～3000MHz和20MHz～1000MHz。其中包括功率分配、相位变换、信号合成、高频开关等部件，将信号的相位信息转化为幅度信息后，再经适当的数字运算后转变成相位信息。由于信号的两次变化，一般该处理单元均与有源天线阵配合使用。在本系统中我们大量采用了数字信号处理(DSP)技术和DSP器件，通过Hilbert变换和数字运算，检测出相关信号的相位差。为避免复杂的时域处理，用FFT和IFFT运算取代复杂的积分运算，实现数字Hilbert变换，从而大大提高了运算速度，使得测向速度提高到现在的20ms。
单信道监测测向接收机6，具有监测和测向双重功能。对来自射频预处理器的监测(测向)信号进行处理变频、解调、解码(可对不同频域、调制域、时域的信号进行监测测量)，输出包含频率、幅度、频偏、调制度、带宽、电平、频谱图像等的数字监测信息和包含信号相位和幅度特性的数字测向信号。它通过串口与计算机通讯。本实施例中选用以色列Tadiran公司的TSR 2040单信道监测/测向接收机，进行单信道监测和单信道相关干涉仪测向。该接收机采用PCI总线结构和模块化设计，一块模板就是一个接收通道，模板可插在带有PCI插槽的工控计算机内，上下用压条固定，构成当代最先进的嵌入式接收机计算机组合的虚拟仪器平台。
监测测向控制器7(型号为DFC 050L)是系统各部分控制驱动单元和直流供电单元。处理器通过串行口与工业控制计算机8(ADVANTECHIPC-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、射频预处理器、单信道监测测向接收机、第二选择器等进行控制，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8(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9和高端垂直极化监测天线10均为在水平面内无方向性的双锥无源全向天线。低端工作频率为20MHz～700MHz，尺寸为直径1732mm；高度1223mm。高端工作频率为500MHz～3000MHz，尺寸为直径250mm；高度370mm。天线输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座。
第二天线选择器11，是一种2∶1选择器，它对来自低端垂直极化监测天线9和高端垂直极化监测天线10的信号进行选择，从中选取1路监测天线信号送入射频预处理器。它有2个信号输入端、1个信号输出端、1个控制端。
GPS 12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GPS 12XL(美洲豹)GPS接收机。GPS 12XL采用并行12通道接收体制，灵敏度高。
电子罗盘13是为可搬移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)。
UPS 16为不间断电源，型号为APC 1000VA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.可搬移单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、低端电旋开关的第一、第二、第三、第四输出端与第一天线选择器的第一、第二、第三、第四输入端对应相接，第一天线选择器的第一、第二输出端与三功能RF放大器的第一、第二输入端对应相接，三功能RF放大器的第一、第二输出端与射频预处理器的第一、第二输入端对应相接，射频预处理器的输出端与单信道监测测向接收机的第一输入端相接；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五输入端、三功能RF放大器的第三输入端、射频预处理器的第三输入端、单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对应相接；工业控制计算机的第一、第二、第三输出/入端分别与单信道监测测向接收机的输入/出端、监测测向控制器的输入/出端、集线器的第一输入/出端对应相接；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，环境监控和遥控电源单元的输出端接工业控制计算机的第一输入端，环境监控和遥控电源单元的输入端接UPS的第一输出端，UPS的第二输出端接工业控制计算机的第二输入端，GPS、电子罗盘的输出端分别接工业控制计算机的第三、第四输入端；工业控制计算机的输出端接打印机；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、第二输入端相接；第二天线选择器的输出端接射频预处理器的第四输入端。
2.根据权利要求1所述的可搬移单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，共分两层排列(对应两个频段)，沿高度方向排列，下层天线阵由九单元有源垂直偶极子天线(直径16mm)组成，工作频段为20MHz～1000MHz，阵列直径为1200mm，单元偶极子长度为270mm；上层天线阵由九单元有源垂直偶极子天线(直径17mm)组成，工作频段为1000MHz～3000MHz，阵列直径为400mm，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1550mm，阻抗为50Ω，接口为N型插座。
3.根据权利要求1所述的可搬移单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～1000MHz，内部包括ANS 021L低端电旋开关和ALL 052L 1:2+1:9功率分配器，它有9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1000MHz～3000MHz，内部包括ANS 020L高端电旋开关和ALL 053L 1:9功率分配器，它也是一个高频电子开关，它有9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所述的可搬移单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，用于对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。
5.根据权利要求1所述的可搬移单信道无线电监测和相关干涉测向系统，其特征是三功能RF放大器包括两个宽频带低噪声放大器，工作频率为20MHz～3000MHz，分别对来自第一天线选择器的主、辅路信号进行处理，它们各有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端，放大器包括第一高频继电器、第二高频继电器、放大电路、衰减电路和电源。
6.根据权利要求1所述的可搬移单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和高端垂直极化监测天线均为在水平面内无方向性的双锥无源全向天线，低端工作频率为20MHz～700MHz，尺寸为直径1732mm；高度1223mm，高端工作频率为500MHz～3000MHz，尺寸为直径250mm；高度370mm，天线输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座。
7.根据权利要求1所述的可搬移单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路监测天线信号送入射频预处理器，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
本发明是可搬移单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、射频预处理器、单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、GPS、电子罗盘、UPS、环境监控和遥控电源单元、集线器。优点一对天线元同时采样，确保同步、快速、精确。解决了各天线阵元间的互耦和相位模糊问题，对射频信号进行相位/幅度/相位转换与存储。具有放大、直通、衰减功能，可自动切换，扩大了接收信号的动态应用范围，兼容多种单信道监测测向接收机，监测和测向能分时进行。系统体积小重量轻、机动灵活、搬移方便。
文档编号H04B17/00GK1976250SQ20061008830
公开日2007年6月6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