专利名称：双制式的便携式无线电测向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测非法无线电信号的电子装置，确切地说，涉及一种使用调频(FM)频段监测非法无线电信号的双制式的便携式无线电测向装置，其具有比幅式测向和干涉式测向的双重功能，能够协同大型监测站完成非法信号的监测，属于无线电测向设备的技术领域。。
背景技术：
无线电信号是一种电磁波，它早已存在于自然界中，当人类开始掌握使用这种电磁波的方法后，生活发生了翻天覆地的变化。最早将无线电应用于通信的是意大利人马可尼，他用电磁波进行了约2公里距离的无线电通讯实验，并获得成功。这个方式极大地加快了信息传播的速度；但同时也引入了一些新的问题。随着科技的发展，有限的频谱资源与日益增长的频谱需求之间产生矛盾，信息的高效传播也与信息的安全性产生矛盾。围绕这一`系列问题，衍生出了当代许多新兴学科，如通信工程、信息安全、电磁场与微波等等。在这些学科的基础上，有一门特别的学科，它起源于二战时期，首次应用于战争便突显出其重要作用，成功地帮助德国完成其对英国伦敦电台的定位轰炸，这门学科就是无线电测向。随着社会经济的不断进步与发展，在军事上，无线电测向逐渐延伸为电子对抗的一个重要分支。另一方面，国家就该学科的建设和发展成立了专门的政府职能部门，用于规范管理无线电频谱资源与电磁环境。无线电测向还是国际上一项非常普及和受到广泛欢迎的竞技体育运动。时至今日，该运动仍然有许多测向爱好者不断参与。随着无线电技术的不断发展与普及，无线电元器件及其设备成本的不断降低，一些单位和个人在没有到无线电管理部门依法进行登记并获取合法的电台执照的前提下，就擅自使用无线电的收发设备。这种非法使用无线电台和无线电频率的行为对公共电磁环境造成了极坏的影响。由于这种现象时常不断地发生，使得正常电台常常受到严重干扰，非法电台的使用还会对城市建设造成很大的危害。为了经济的繁荣发展和社会的长治久安，查处和取缔这些非法电台已经成为当前许多城市建设中的一项十分迫切，艰巨而重要的工作。调频(FM)广播是城市、郊区和农村中传播信息的一种重要传播渠道，它的收发装置结构简单，所需的元器件少，覆盖范围广，抗干扰性强，传播效果好，因此在国内许多地区获得了广泛的应用。但同时也因为其技术简单，设备简便的特点，滋生了大量的非法电台，严重干扰了合法FM电台的正常工作。为了有效解决这种现象，各地的无线电监测部门建有大型监测台站，用于加强无线电的监管力度。然而，大型监测台站只能定位非法电台的疑似区域，若要抵近作业并精确寻找到非法电台，往往需要配合使用便携式测向装置。现在，市场上能够偶尔看到的、正在使用的便携式测向设备大都是基于抵近作业而设计生产的。总之，在完成查找无线电干扰源的作业中，必需使用固定测向台站或车载移动站等设备先行确定大致的方位或区域，然后再用便携式设备抵近干扰源。因而这些设备在一定程度上还难以独立使用。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种双制式的便携式无线电测向装置，该装置兼顾固定监测台站和便携式测向装置两种不同设备的功能，即其具有一机两制将远距离干涉测向和近距离比幅测向的两种测向性能集于一体，结构新颖，功能齐全；该装置同时支持单机定位和联机定位两种定位模式，充分利用PC机和现代通信技术，再加载GIS和地图等相应模块，采用图形界面进行人机交互，能够方便地实现无线电测向的各种功能，并直观地显示测向结果。为了达到上述目的，本实用新型提供了一种双制式的便携式无线电测向装置，其特征在于所述装置是由下述顺序连接的三个部件天线、下位控制机和上位PC机所组成，所述天线使用同轴电缆连接下位控制机，下位控制机通过计算机总线连接上位PC机；其中， 天线包括用于幅度比较式测向的定向天线，由4个天线组成的、用于干涉式测向的天线阵列，短信收发天线，地理位置定位天线和用于测向天线的切换选择并将其连接至双通道射频前端接收电路的电子开关电路；作为控制主体的下位控制机设有对天线接收信号进行放大、整形、采样和模数转换的双通道射频前端接收电路，用于听取是否为非法电台的收音机电路，由短信收发电路、用于低速或静态时确定天线阵列基准方位的电子罗盘电路和全球定位系统GPS (GlobalPositioning System)、北斗定位系统或其他地理位置定位电路组成的外围电路,完成外围电路的短信收发、地理位置定位和电子罗盘电路的通信、并与上位PC机交互通信的接口电路，以及采用现场可编程门阵列FPGA (Field — Programmable Gate Array)构成的协调、管控整个下位控制机的控制逻辑电路；上位PC机是标准的PC机，设有人机交互的图形界面、地理信息系统GIS(Geographic Information System)定位处理模块和数字地图，与下位控制机交互的通信接口，用于支持单机和/或联机定位两种测向定位模式的数据与通信处理模块和无线电测向定位模块。所述干涉式测向的天线阵列设有规格、结构都相同的4个天线，且每个天线之间保持平行与等高；该干涉式天线阵列与下位控制机之间采用双通道连接，利用电子开关电路按照设定逻辑关系切换选择4个天线的接收信号传送至双通道接收电路；所述幅度比较式定向天线与下位控制机之间采用单通道连接。所述下位控制机中的双通道射频前端接收电路设有产生本振信号的数字频率合成器DDS (Direct Digital Synthesizer)、射频通路上的自动增益控制电路AGCXAutomaticGeneration Control)、用于滤除带外干扰的滤波器、用于减少射频通路的噪声系数的低噪声放大器和用于把信号下变频到中频的混频器。所述FPGA控制逻辑电路的功能包括控制射频前端接收电路，接收和处理获得的GPS或其他地理位置定位数据和电子罗盘数据，控制产生本振信号的DDS信号源，控制收音机电路，完成收发短信，与上位PC机交互接收上位PC机指令并传送给下位控制机的相应电路，把天线接收信号进行放大和数模转换后，传送给上位PC机。所述短信收发电路包括2G、3G或4G的短信收发电路。[0016]所述接口电路采用USB接口，该接口电路把包括射频前端接收电路，FPGA控制逻辑电路和位置定位电路的各种信号组合在一起，利用一个统一的USB接口实现与上位PC机的交互通信。本实用新型双制式的便携式无线电测向装置用于调频(FM)无线信号的测向，不仅能实现单机独立测向，还能实现多机联机测向。该装置采用相关干涉式与幅度比较式两种算法相配合的方式进行无线信号的测向，再配合地理信息系统GIS处理定位模块，将测向和定位结果以图形化形式显示在电子地图上，使得测向结果直观、简明。本实用新型支持两种定位模式一种是单机定位模式每台本实用新型装置利用在不同地点的多次测量结果，在GIS上形成测向线，最终绘制出交汇区域。该方式只需单机工作，但是测量时间较长，适合监测长期发射的电台。另一种是联机定位模式多台本实用新型测向装置分别在不同地点同时进行测量，并将各自测量结果通过短信形式进行交互而告知其他测向装置，这样每台测向装置都能绘制出测量结果。该模式所需的测量时间短，能 够快速定位非法信号源，但需多机同时工作，适合监测间歇工作的电台。本实用新型的优势是兼顾固定监测站和便携式测向装置两种设备的性能，不仅能够使用干涉式测向对远距离发射源进行快速定位；而且，即使在城市等电磁环境极其复杂的地方，也可以使用幅度比较式进行近距离精确测向定位，而两种测向方式的转换仅仅只需要切换天线即可，非常简便。与固定台站、车载移动站等测向设备相比较，该装置重量轻，体积小，结构简单、新颖，特别适合便携；而且功耗小，成本低，功能齐全，具有很好的推广应用前景。总之，本实用新型的研制成功和推广应用，能大大提高中国的城乡恶意广播源的搜索能力，有利于净化空间电磁环境，促进城市与农村建设的健康发展。
图1是本实用新型双制式的便携式无线电测向装置的结构组成示意图。图2是本实用新型双制式的便携式无线电测向装置的联机测试实施例的仿真试验结果示意图。
具体实施方式
为了更清楚的介绍本实用新型的结构，工作原理及特点，下面以两个附图来对本装置作进一步的阐述。参见图1，介绍本实用新型双制式的便携式无线电测向装置的结构组成该装置设有下述顺序连接的三个部件天线，用同轴电缆与天线连接的下位控制机，以及通过计算机总线和下位控制机连接的上位PC机。下面分别介绍这三个部件天线部分，设有用于幅度比较式测向的定向天线，用于干涉式测向的天线阵列(其由规格和结构都相同、且每个天线之间保持平行与等高的4个天线所构成)，短信收发天线和地理位置定位天线共四种；其中，幅度比较式定向天线与下位控制机之间采用单通道连接，干涉式天线阵列与下位控制机之间采用双通道连接，天线部分的电子开关电路就是用于按照设定逻辑关系切换选择4个天线的接收信号，以便将其连接至双通道射频前端接收电路。[0026]下位控制机，其为该装置的关键部件，设有对天线接收信号进行放大、整形、采样和模数转换的双通道射频前端接收电路，用于听取是否为非法电台和配合上位PC机执行FM全频段电台的扫描功能的收音机电路(其输入端是幅度比较式定向天线和输出端连接扬声器或耳机)，由2G、3G和/或4G的短信收发电路、用于低速或静态时确定天线阵列基准方位的电子罗盘电路和全球定位系统GPS、北斗定位系统或其他地理位置定位电路组成的外围电路，完成外围电路的短信收发、地理位置定位和电子罗盘电路的通信、并与上位PC机交互通信的接口电路，以及采用现场可编程门阵列FPGA构成的协调、管控整个下位控制机和完成信息交互和缓存的控制逻辑电路。其中每个射频前端接收电路设有产生本振信号的数字频率合成器DDS、射频通路上的自动增益控制电路AGC、用于滤除带外干扰的滤波器、用于减少射频通路的噪声系数的低噪声放大器和用于把信号下变频到中频的混频器。FPGA控制逻辑电路的功能包括控制射频前端接收电路，接收和处理获得的GPS或其他地理位置定位数据和电子罗盘数据，控制产生本振信号的DDS信号源，控制收音机电路，完成收发短信，与上位PC机交互接收其指令并传送给下位控制机的相应电路，把天线接收信号进行放大和数模转换后，传送给上位PC机。接口电路是用USB接口把包括射频前端接收电路，FPGA控制逻辑电路和位置定位电路的各种信号进行组合后，合并为一体，再利用统一 的USB接口实现与上位PC机的交互通信上位PC机是标准的PC机，设有人机交互的图形界面、地理信息系统GIS定位处理模块和数字地图，与下位控制机交互的通信接口，用于支持单机和/或联机定位两种测向定位模式的数据与通信处理模块和无线电测向定位模块。为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面简要说明本实用新型的工作机理和操作过程，其中的工作机理是天线接收的信号先通过电子开关电路选择相应通道，再由双通道射频前端接收电路对信号进行放大，滤波和变频，再由模数转换送入控制逻辑电路，控制逻辑电路对其进行处理后，转送上位PC机，由相应相应功能模块进行计算处理，最终得出FM信号发射源的位置，并在人机交互界面上显示处理结果。本实用新型的操作过程是，(I)装置上电后，先接入比幅式天线，使用定向扫描功能把目前存在的活动电台全部显示出来，自动排除已知的合法电台，再通过收音机电路的收音功能，使用扬声器或耳机监听不明情况的电台，以判断该FM电波是否合法。(2)发现监听的为非法电台后，选择干涉式测向法，通过电子罗盘，干涉式测向法来寻求该非法电台的实际方位，并在GIS地图中显示出来。然后，需要确定定位方案，即采用单机定位还是联机定位。单机定位操作简单，但速度慢，准确度稍差。联机定位速度快，准确度高，但要多机协同工作，相对复杂。为了充分展示本装置的功能，下面介绍采用联机定位的方式。(3)每台测向装置中先由控制电路进行测量，获取天线阵的地理位置及方位信息。其中GPS电路测量天线阵位置，电子罗盘测量天线阵的基准方位，再对两者测量结果进行汇总处理后，由接口电路传送到上位P机进行处理后，再用短消息方式告知其他其它测向装置(参见图2，其中的A、B、C三点即为分布在不同位置的三个测向装置所在位置)。(4)主测向机根据其它测向装置发送来的联合测试结果，在上位PC机中进行处理，并在人机交互图形界面上显示联机测试结果(参见图2，非法电台源即为图中的三角形区域D)。(5)当上位PC机在电子地图上交汇显示非法发射源所在的大体区域时，再切换到比幅式测向，使用比幅式天线进行近距离测试，然后通过天线的定向性最终找出非法发射源所在地。本实用新型已经成功研制了性能样机，并进行了实施试验，试验结果是成功的，实现了发明目的。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
权利要求1.一种双制式的便携式无线电测向装置，其特征在于所述装置是由下述顺序连接的三个部件天线、下位控制机和上位PC机所组成，所述天线使用同轴电缆连接下位控制机，下位控制机通过计算机总线连接上位PC机；其中， 天线包括用于幅度比较式测向的定向天线，由4个天线组成的、用于干涉式测向的天线阵列，短信收发天线，地理位置定位天线和用于测向天线的切换选择并将其连接至双通道射频如端接收电路的电子开关电路； 作为控制主体的下位控制机设有对天线接收信号进行放大、整形、采样和模数转换的双通道射频前端接收电路，用于听取是否为非法电台的收音机电路，由短信收发电路、用于低速或静态时确定天线阵列基准方位的电子罗盘电路和全球定位系统GPS、北斗定位系统或其他地理位置定位电路组成的外围电路，完成外围电路的短信收发、地理位置定位和电子罗盘电路的通信、并与上位PC机交互通信的接口电路，以及采用现场可编程门阵列FPGA构成的协调、管控整个下位控制机的控制逻辑电路； 上位PC机是标准的PC机，设有人机交互的图形界面、地理信息系统GIS定位处理模块和数字地图，与下位控制机交互的通信接口，用于支持单机和/或联机定位两种测向定位模式的数据与通信处理模块和无线电测向定位模块。
2.根据权利要求1所述的便携式无线电测向装置，其特征在于所述干涉式测向的天线阵列设有规格、结构都相同的4个天线，且每个天线之间保持平行与等高；该干涉式天线阵列与下位控制机之间采用双通道连接，利用电子开关电路按照设定逻辑关系切换选择4个天线的接收信号传送至双通道接收电路；所述幅度比较式定向天线与下位控制机之间采用单通道连接。
3.根据权利要求1所述的便携式无线电测向装置，其特征在于所述下位控制机中的双通道射频前端接收电路设有产生本振信号的数字频率合成器DDS、射频通路上的自动增益控制电路AGC、用于滤除带外干扰的滤波器、用于减少射频通路噪声系数的低噪声放大器和用于把信号下变频到中频的混频器。
4.根据权利要求1所述的便携式无线电测向装置，其特征在于所述FPGA控制逻辑电路的功能包括控制射频前端接收电路，接收和处理获得的GPS或其他地理位置定位数据和电子罗盘数据，控制产生本振信号的DDS信号源，控制收音机电路，完成收发短信，与上位PC机交互接收上位PC机指令并传送给下位控制机的相应电路，把天线接收信号进行放大和数模转换后，传送给上位PC机。
5.根据权利要求1所述的便携式无线电测向装置，其特征在于所述短信收发电路包括2G、3G或4G的短信收发电路。
6.根据权利要求1所述的便携式无线电测向装置，其特征在于所述接口电路采用USB接口，该接口电路把包括射频前端接收电路，FPGA控制逻辑电路和位置定位电路的各种信号组合在一起，利用一个统一的USB接口实现与上位PC机的交互通信。
专利摘要一种双制式的便携式无线电测向装置，由天线、下位控制机和上位PC机所组成，其中天线包括幅度比较式测向的定向天线，干涉式测向的天线阵列、短信收发天线和地理位置定位天线。下位控制机设有双通道射频前端接收电路、收音机电路、电子罗盘电路和地理位置定位电路，接口电路和控制逻辑电路。上位PC机是设有相应模块的标准PC机。该装置兼顾固定监测台站和便携式测向两种设备的功能，集远距离快速定位和近距离精确定位于一体，采用比幅式和干涉式两种测向相结合，配合嵌入GIS或其他地理位置定位系统的上位PC机，完成多种测向功能。与固定站，车载移动站等设备相比，该装置重量轻，体积小，结构简单，适于便携；而且功耗小，成本低，功能齐全。
文档编号H04B17/00GK202856743SQ20122027720
公开日2013年4月3日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者孙宏鹤, 林伟星 申请人:北京科中高创新技术有限公司