低频磁性天线零点接收系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，特别是涉及一种低频磁性天线可调零点接收系统及方法。
【背景技术】
[0002] 低频/甚低频通信是世界各海军强国最主要、最有效的水下通信手段，实现水下 载具的隐蔽接收，是国家战略通信系统的重要组成部分。按通信设备的工作频率划分低频 频率范围为3kHz至300kHz，其中3kHz至30kHz范围为属于甚低频频率。早期甚低频、低频 通信，为实现其全向接收，其接收天线使用的是体积较大的双十字正交环形天线。
[0003] 目前，随着技术的发展，磁性天线以其体积小、重量轻、易于安装、对其机动载体无 航速及空情海情等要求，适合在机动载具上接收甚低频无线电信号。磁性天线接收信号具 有方向性，通常使用两幅或多副磁性天线并采用全向接收技术来提高收信的可靠性。
[0004] 目前，使用单副磁性天线一旦安装固定后，其方向图也就固定了，为有效地抑制干 扰提高接收信号信噪比，甚低频收信时应使磁性天线方向图的零点可以对准干扰源来波方 向。但是，必须旋转磁性天线，或调整机动载体的运动方向。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种低频磁性天线可调零点接收系统及方法，用 以抑制低频/甚低频干扰信号，实现低频/甚低频磁性天线的可调零点接收。
[0006] 为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种低频磁性天线零点接收系统，包 括：
[0007] 磁性天线子系统，包括两个空间正交的磁性天线单元，用于接收电磁波信号；
[0008] 高频双相信号发生器，用于产生一个高频信号，并将产生的高频信号输出两路相 同频率的正弦高频信号和余弦高频信号；
[0009] 第一振幅平衡调制器，用于将其中一个磁性天线单元接收到的电磁波信号调制到 高频双相信号发生器输出的正弦高频信号；
[0010] 第二振幅平衡调制器，用于将另一个磁性天线单元接收到的电磁波信号调制到高 频双相信号发生器输出的余弦高频信号；
[0011] 相加器，用于将第一振幅平衡调制器调制后的正弦高频信号和第二振幅平衡调制 器调制后的余弦高频信号进行相加，得到相加后的高频信号；
[0012] 可调平滑移相器，用于将高频双相信号发生器产生的正弦高频信号或者余弦高频 信号进行平滑移相；
[0013] 同步检波器，用于将平滑移相后的正弦高频信号或者余弦高频信号，以及相加器 相加后的高频信号进行同步检波，输出含有高频信号分量和低频信号分量的混频信号；
[0014] 低通滤波器，用于对同步检波器输出的混频信号进行低通滤波，滤除其中的高频 信号分量。
[0015] 进一步，两个磁性单元参数相同。
[0016] 进一步，可调平滑移相器，具体用于将高频双相信号发生器的产生的高频信号在 0°至180°范围内进行平滑移相。
[0017] 进一步，所述磁性天线子系统采用正交磁性天线阵列结构。
[0018] 进一步，所述正交磁性天线阵列由八根参数相同的磁性天线组成，八根磁性天线 两两串连的分成四组，其中两组磁性天线构成磁性天线子系统中的一个天线单元，其余两 组构成磁性天线子系统中的另一个天线单元。
[0019] 进一步，构成磁性天线子系统中的天线单元的两组天线相互平行。
[0020] 另一方面，本发明还提供一种低频磁性天线零点接收方法，包括：
[0021] 通过两个空间正交的磁性天线单元接收电磁波信号；
[0022] 产生一个高频信号，并将产生的高频信号输出两路相同频率的正弦高频信号和余 弦高频信号，将产生的正弦高频信号或者余弦高频信号进行平滑移相；
[0023] 将其中一个磁性天线单元接收到的电磁波信号调制到正弦高频信号；
[0024] 将另一个磁性天线单元接收到的电磁波信号调制到余弦高频信号；
[0025] 将调制后的正弦高频信号和余弦高频信号进行相加，得到相加后的高频信号；
[0026] 将可调平滑移相后的正弦高频信号或者余弦高频信号，以及相加后的高频信号进 行同步检波，输出含有高频信号分量和低频信号分量的混频信号；
[0027] 对混频信号进行低通滤波，滤除其中的高频信号分量。
[0028] 进一步，两个磁性单元参数相同。
[0029] 进一步，平滑移相的范围为0°至180°。
[0030] 本发明有益效果如下：本发明能在磁性天线无需机械旋转，或在不改变自身状态 的情况下，实现磁性天线接收方向图的旋转，对磁性天线进行调零点接收，且调零点精确度 高，使方向图零点对准干扰方向或干扰的反方向，使干扰输出信号最小，即有用信号的信噪 比最大，可提高甚低频通信的抗干扰能力。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明实施例中磁性天线的结构示意图；
[0032] 图2是本发明实施例中磁性天线的方向图；
[0033]图3是本发明实施例中一种低频磁性天线零点接收系统的原理图；
[0034] 图4是本发明实施例中天线阵列示意图；
[0035] 图5是本发明实施例中天线阵列与来波方向示意图；
[0036] 图6是本发明实施例中方向图调零点抑制干扰方法示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为了抑制低频/甚低频干扰信号，实现低频磁性天线的可调零点接收，本发明提 供了一种低频磁性天线零点接收系统及方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进 一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发 明。
[0038] 如图1所示，磁性天线实质上是铁氧体加载的环形天线，它是将接收线圈绕在磁 性材料铁氧体支架上，外加密封外壳构成。其原理是天线体加载的磁性材料有一定的导磁 率和介电系数，从而感应空间的电磁波，让空间电磁波的磁场分量聚集在磁性天线体周围 并产生磁力线，利用磁性天线周围的线圈拾取电磁波信号。
[0039] 将磁性天线平行于地面放置，并接收垂直极化波、电波的磁场方向必定垂直于电 波方向与地面平行。图1中，U为磁性天线的输出电压，其表达式如下：
明，磁性天线的接收电压大小与来波方向和天线环平面夹角0有关，具有方向特性，COS 0为方向函数。当天线其它参数一定时，只考虑方向幅度特性，可以得到如图2所示的类似8 字形的归一化方向图。天线的方向图是表征天线辐射特性（场强振幅、相位、极化）与空间 角度关系的图形。
[0042] 由图2发现，来波方向与天线环平面平行（0 = 0或0 = 180° )时，天线感应电 压最大；来波方向与天线环平面垂直（9 = 90°或0 = 270° )时，天线感应电压最小（理 论值为零），即是方向图的零点。因此为有效地抑制干扰，甚低频收信时应使磁性天线方向 图的零点可以对准干扰源来波方向。但是，目前使用单副磁性天线一旦安装固定后，其方向 图也就固定了，要调整方向图的零点，必须旋转磁性天线，或调整机动载体的运动方向。实 际上该方案几乎不可实现，一方面，因为绝大部分甚低频收信机动平台空间小作战任务复 杂，不便安装旋转装置，且机动方向受平台其它工作任务限制，不能随意调整；另一方面，对 于机动通信，干扰来波方向随机，必须实现快速、与收信载体运动方向无关的方向图零点调 整，用以及时跟踪干扰来波方向，对干扰进行抑制，方便电子战的信息对抗。
[0043] 基于此，如图3所示，本发明实施例提供一种低频磁性天线零点接收系统，可在天 线不需旋转或不必改变机动载体所处位置方向的情况下，实现磁性天线方向图的零点调 整。其采用两幅相同参数，空间正交的磁性天线，使两幅正交天线的输出经高频双相发生器 加权后进行相加，利用可调移相器对相加后的信号进行同步检波解调，经滤波后将天线接 收到的信号输出至收信机。包括磁性天线子系统、高频双相信号发生器、两个振幅平衡调制 器、相加器、高频信号移相器、同步检波器和低通滤波器；
[0044] 其中，磁性天线子系统，包括两个空间正交的磁性天线单元，用于接收电磁波信 号，本发明实施例中两个磁性天线单元，采用两幅相同参数，空间正交的磁性天线Al和A2 组成。为论述问题方便，假设磁性天线Al水平方向放置，磁性天线A2垂直方向放置，来波 方向与水平方位夹角为真方位9，假设来波信号为U esinfU，则水平方位天线接收到的信 号为Ua= U esin 0 sin D t，垂直方位天线接收到的信号为Ue2= U ecos 0 sin D t。
[0045] 高频双相信号发生器，用于产生一个高频信号Uh，并输出两路相同频率，相位相差 90°的标准正余弦高频信号，其数学表达式为：
[0046] Um= U Hsin a t (式 2)
[0047] Uh2= Uhcosa t (式 3)
[0048] 其中Uhi和UH2分别为高频双相信号发生器的正弦输出端输出的信号和余弦输出端 输出的信号。高频信号，是指相对于低频磁性天线的工作范围IOkHz~200kHz而言，高出 工作频率十倍以上，但为避免民用电磁信号的干扰，取高频信号范围为2MHz~3MHz，本发 明中取3MHz。
[0049] 振幅平衡调制器1，用于将其中一个磁性天线单元接收到的电磁波信号调制到高 频双相信号发生器输出的正弦高频信号；
[0050] 振幅平衡调制器2,用于将另一个磁性天线单元接收到的电磁波信号调制到