一种可重构电磁频谱监测装置及方法与流程

1.本发明属于监测技术领域，具体涉及一种可重构电磁频谱监测装置及方法。


背景技术：

2.电磁频谱监测系统在军民频谱管控、无线电设备外场试验、重大要地安全防护等领域具有广泛的应用，随着软件无线电、集成电路、微波射频、人工智能技术的不断发展，电磁辐射源的种类越来越多，导致频率资源越来越拥挤，信号功率范围不断增大，对频谱监测系统的监测频率范围、微弱信号、大功率信号接收能力等要求越来越高。
3.为实现大频率范围、高灵敏度空间信号全向接收，传统的频谱监测系统一般采用多频段有源天线加开关矩阵的设计方案。通过开关矩阵实现不同频段接收天线切换，实现宽频段信号接收，通过有源接收天线提升系统接收灵敏度。有源天线多采用电池或单独供电模块供电。
4.现有技术存在的不足：
5.1、难以满足微弱信号、大功率信号不同场景下系灵活切换监测需求。当系统有源天线工作时，遇到大功率信号容易引起系统饱和甚至烧毁，用户必须更换小增益天线。
6.2、系统开关矩阵只具备天线频段切换功能，无法实现天线供电与状态控制。
7.3、有源天线供电电池寿命有限需要定期更换。
8.随着无线通信、雷达、电子对抗等领域技术的不断发展，用频设备的种类越来越多，导致频率、功率范围不断增大，电磁环境越来越复杂，对频谱监测系统的监测频率范围、高灵敏度、大功率信号接收能力等要求越来越高。本发明针对高灵敏度、大功率不同场景下宽频段电磁环境监测需求，提出了一种可重构电磁频谱监测方法及装置，为电磁频谱监测系统的在微弱信号、大功率信号不同场景下宽带监测模式的灵活切换提供了先进的技术手段。
9.本发明所要解决的技术问题包括：
10.1、针对微弱信号、大功率信号多场景下频谱监测难题，提出了一种系统接收灵敏度可重构的频谱监测装置及实现方法，通过系统软件可实现电磁频谱监测系统的在大小功率信号不同场景下监测模式的灵活切换；
11.2、针对传统监测系统开关矩阵只具备天线切换功能，无法满足天线供电与状态控制需要的难题，提出了可重构开关矩阵设计方法，既可进行不同频段天线切换又可实现多天线供电。


技术实现要素：

12.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种可重构电磁频谱监测装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
13.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
14.一种可重构电磁频谱监测装置，包括可重构接收天线、n端口可重构开关矩阵设
备、网络交换设备、接收设备和系统显控设备；
15.可重构接收天线，由一副无源天线和一个开关放大模块组成；
16.通过控制开关放大模块使可重构接收天线具有无源通路和有源通路两种工作状态；
17.n端口可重构开关矩阵设备，被配置为用于实现可重构接收天线切换以及可重构接收天线状态控制与直流供电；
18.网络交换设备，被配置为用于实现系统网络互联；
19.接收设备，被配置为用于实现系统信号采集分析，将信号采集分析结果输出到系统显控设备；
20.系统显控设备，被配置为用于通过网络指令对开关状态、供电状态进行控制；实现接收设备、可重构开关矩阵设备的状态控制，以及接收设备信号采集数据、信号分析结果的显示；
21.在系统显控设备上通过系统软件控制n端口可重构开关矩阵设备，实现可重构接收天线有源无源工作状态切换；
22.可重构接收天线，由n端口可重构开关矩阵设备进行供电；
23.当系统用于高功率信号接收时，可重构接收天线工作在无源通路；
24.当系统用于微弱信号接收时，可重构接收天线工作在有源通路，有源通路的低噪放直流电源来源于n端口可重构开关矩阵设备的直流电源模块，通过开关矩阵rf输入通路输入；有源无源通路切换通过n端口可重构开关矩阵设备的直流电源模块的开关进行控制；当直流电源模块关闭时可重构接收天线工作在无源通路，当直流电源模块开启时可可重构接收天线工作在有源通路。
25.优选地，n端口可重构开关矩阵设备，包括单刀n置rf开关、直流电源模块、直流偏置模块和开关矩阵控制模块；
26.单刀n置rf开关，被配置为用于可重构接收天线的切换；
27.直流电源模块，被配置为用于对可重构接收天线进行供电；
28.直流偏置模块，被配置为用于直流与射频信号的合并与分解；
29.开关矩阵控制模块，被配置为用于进行单刀n置rf开关的切换控制和直流电源模块的开关控制。
30.此外，本发明还提到一种可重构电磁频谱监测方法，该方法采用如上所述的一种可重构电磁频谱监测装置，具体包括如下步骤：
31.步骤1：通过系统显控设备将n端口可重构开关矩阵设备初始状态配置为无源状态，此时可重构接收天线工作在无源状态；
32.步骤2：用户根据监测频率范围，通过系统显控设备控制n端口可重构开关矩阵设备切换开关选择符合频率范围要求的可重构接收天线；
33.步骤3：用户通过系统显控设备观察，接收信号幅度和信噪比是否满足信号监测要求；如果接收信号幅度和信噪比是否满足信号监测要求，则n端口可重构开关矩阵设备、可重构接收天线保持无源状态不变；
34.步骤4：若外场信号微弱，可重构接收天线无源状态下难以满足监测灵敏度要求时，用户通过系统显控设备将n端口可重构开关矩阵设备状态配置为有源状态，可重构接收
天线受开关矩阵n端口可重构开关矩阵设备控制随之转变为有源状态；
35.步骤5：当用户完成当前频段信号监测，切换系统监测频率范围时，重复步骤1-4。
36.本发明所带来的有益技术效果：
37.用户可在系统显控设备上通过系统软件控制可重构开关矩阵实现接收天线有源无源工作状态切换，切换灵活，便于远程控制，满足微弱信号、大功率信号不同应用场景监测接收需求；
38.可重构天线通过可重构开关矩阵进行供电，不需要电池或者额外电源模块供电，避免了电池阶段性更换，同时结构更加紧凑。
附图说明
39.图1为可重构电磁频谱监测装置结构框图。
具体实施方式
40.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
41.实施例1：
42.一种可重构电磁频谱监测装置，其结构如图1所示，包括可重构接收天线、n端口可重构开关矩阵设备、网络交换设备、接收设备和系统显控设备；
43.可重构接收天线，由一副无源天线和一个开关放大模块组成；
44.通过控制开关放大模块使可重构接收天线具有无源通路和有源通路两种工作状态；
45.n端口可重构开关矩阵设备，被配置为用于实现可重构接收天线切换以及可重构接收天线状态控制与直流供电；
46.网络交换设备，被配置为用于实现系统网络互联；
47.接收设备，被配置为用于实现系统信号采集分析，将信号采集分析结果输出到系统显控设备；
48.系统显控设备，被配置为用于通过网络指令对开关状态、供电状态进行控制；实现接收设备、可重构开关矩阵设备的状态控制，以及接收设备信号采集数据、信号分析结果的显示；
49.在系统显控设备上通过系统软件控制n端口可重构开关矩阵设备，实现可重构接收天线有源无源工作状态切换；
50.可重构接收天线，由n端口可重构开关矩阵设备进行供电；
51.当系统用于高功率信号接收时，可重构接收天线工作在无源通路；
52.当系统用于微弱信号接收时，可重构接收天线工作在有源通路，有源通路的低噪放直流电源来源于n端口可重构开关矩阵设备的直流电源模块，通过开关矩阵rf输入通路输入；有源无源通路切换通过n端口可重构开关矩阵设备的直流电源模块的开关进行控制；当直流电源模块关闭时可重构接收天线工作在无源通路，当直流电源模块开启时可可重构接收天线工作在有源通路。
53.n端口可重构开关矩阵设备，包括单刀n置rf开关、直流电源模块、直流偏置模块和开关矩阵控制模块；
54.单刀n置rf开关，被配置为用于可重构接收天线的切换；
55.直流电源模块，被配置为用于对可重构接收天线进行供电；
56.直流偏置模块，被配置为用于直流与射频信号的合并与分解；
57.开关矩阵控制模块，被配置为用于进行单刀n置rf开关的切换控制和直流电源模块的开关控制。
58.实施例2：
59.在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种可重构电磁频谱监测方法，具体包括如下步骤：
60.步骤1：通过系统显控设备将n端口可重构开关矩阵设备初始状态配置为无源状态，此时可重构接收天线工作在无源状态；
61.步骤2：用户根据监测频率范围，通过系统显控设备控制n端口可重构开关矩阵设备切换开关选择符合频率范围要求的可重构接收天线；
62.步骤3：用户通过系统显控设备观察，接收信号幅度和信噪比是否满足信号监测要求；如果接收信号幅度和信噪比是否满足信号监测要求，则n端口可重构开关矩阵设备、可重构接收天线保持无源状态不变；
63.步骤4：若外场信号微弱，可重构接收天线无源状态下难以满足监测灵敏度要求时，用户通过系统显控设备将n端口可重构开关矩阵设备状态配置为有源状态，可重构接收天线受开关矩阵n端口可重构开关矩阵设备控制随之转变为有源状态；
64.步骤5：当用户完成当前频段信号监测，切换系统监测频率范围时，重复步骤1-4。
65.本发明的关键点和保护点：
66.(1)用户可在系统显控设备上通过系统软件控制可重构开关矩阵实现接收天线有源无源工作状态切换，无需更换手动更换或者改造天线。
67.(2)可重构天线通过可重构开关矩阵进行供电，直流射频同路，不需要电池或者额外电源模块供电。
68.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。