專利名稱：寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動站設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動站設 備，屬于通信技術中的陣列信號數字處理測向技術領域。
技術背景
目前，空間譜估計超分辨率測向技術的優(yōu)異性能己受到國內外無線電監(jiān)測 測向領域的重視。除了可解決多信號同時測向和同頻多點發(fā)射信號測向分辨， 還可在一定的條件下區(qū)分由于多徑引起的相干信號，故可廣泛用于城市復雜電 磁環(huán)境下的無線電測向，并在雷達、通信、聲吶等眾多領域有廣闊的應用前景。 而移動站具有機動靈活、方便快捷、隱蔽性強等特性，故將五信道超分辨率測 向技術運用到移動平臺上，進而擴大跟蹤搜索監(jiān)測測向范圍。 發(fā)明內容-
本實用新型的目的在于針對上述問題，提出寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超 分辨率測向移動站設備，采用超分辨率技術和DSP數字信號處理技術，運用先 進的統(tǒng)計算法，配備五單元垂直極化測向天線系統(tǒng)、監(jiān)測天線(中短波、超短 波、微波)、五信道測向接收機、監(jiān)測接收機等，實現對100KHz 40GHz寬頻 帶內的無線電信號進行監(jiān)測和高分辨率測向。
本實用新型的技術解決方案其結構是垂直極化無源/有源測向天線陣的 信號輸出端接電旋開關單元的第一信號輸入端，電旋開關單元的信號輸出端接 RF放大器模塊A的第一信號輸入端，RF放大器模塊A的信號輸出端接五信道 測向接收機的第一信號輸入端，五信道測向接收機的信號輸出/輸入端與計算 機系統(tǒng)的第一信號輸入/輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)的第二信號輸入/輸出端 與監(jiān)測測向處理模塊的信號輸出/輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第一 信號輸出端與監(jiān)測接收機A的第一信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的 第二信號輸出端與RF放大器模塊B的第一信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處 理模塊的第三信號輸出端與垂直極化無源/有源測向天線陣的信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第四信號輸出端與電旋開關單元的第二信號輸入端
對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第五信號輸出端與RF放大器模塊A的第二信 號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第六信號輸出端與五信道測向接收機 的第二信號輸入端對應相接，中短波監(jiān)測天線、超短波監(jiān)測天線A、超短波監(jiān) 測天線B的信號輸出端分別與RF放大器模塊B的第二信號輸入端對應相接， 微波監(jiān)測天線A、微波監(jiān)測天線B的信號輸出端分別與RF放大器模塊C的輸入 端對應相接，RF放大器模塊B的輸出端與監(jiān)測接收機A的第二輸入端對應相接， RF放大器模塊C的輸出端與監(jiān)測接收機B的信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng) 的第三信號輸入/輸出端與監(jiān)測接收機A的信號輸出/輸入端對應相接，計算機 系統(tǒng)的第四信號輸入/輸出端與監(jiān)測接收機B的信號輸出/輸入端對應相接，計 算機系統(tǒng)的第一信號輸出端與車頭方位指示器的信號輸入端對應相接，計算機 系統(tǒng)的第二信號輸出端與打印機的信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)的第一信 號輸入端與GPS的信號輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)的第二信號輸入端與電子 羅盤的信號輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)與集線器相接。
本實用新型的優(yōu)點系統(tǒng)模塊化組合、結構輕便、機動靈活、隱蔽性強； 采用空間譜估計超分辨率測向技術和DSP數字信號處理技術，運用MUSIC多信 號分類統(tǒng)計算法，可有效區(qū)分多個同時出現的同信道信號，大大改善了系統(tǒng)處 理帶寬內空間信號的角度估計精度、角度分辨力及其他相關參數精度；采用無 源/有源測向天線陣，較好地解決了各天線陣元間的互耦問題，排除了單元天 線間的耦合和相位模糊；五個天線元同時采樣，確保同步、快速、精確、抗干 擾能力強；采用了相位一致性好的五信道測向接收機及具有放大、直通、衰減 三種功能的低噪聲放大器，擴大了接收信號的動態(tài)應用范圍。


附圖1是本實用新型實施例電原理框圖
附圖2是電旋開關單元電原理示意圖
附圖3是RF三功能放大器電原理框圖
附圖4是功率分配器以1: 2分配器為例的結構框圖
附圖5是垂直極化無源/有源測向天線陣(移動站用)平面示意圖圖中的1是垂直極化無源/有源測向天線陣、2是電旋開關單元、3是RF 放大器模塊A、 4是五信道測向接收機、5是監(jiān)測測向處理模塊、6是計算機系 統(tǒng)、7是中短波監(jiān)測天線、8是超短波監(jiān)測天線A、 9是超短波監(jiān)測天線B、 10 是微波監(jiān)測天線A、 11是微波監(jiān)測天線B、 12是RF放大器模塊B、 13是RF 放大器模塊C、 14是監(jiān)測接收機A、 15是監(jiān)測接收機B、 16是電池組或市電、 17是UPS 、 18是逆變電源、19是車頭方位指示器、20是GPS、 21是電子羅 盤、22是打印機。
具體實施方式
對照附圖1，其結構是垂直極化無源/有源測向天線陣1的信號輸出端接電 旋開關單元2的第一信號輸入端，電旋開關單元2的信號輸出端接RF放大器 模塊A的第一信號輸入端，RF放大器模塊A的信號輸出端接五信道測向接收機 4的第一信號輸入端，五信道測向接收機4的信號輸出/輸入端與計算機系統(tǒng)6 的第一信號輸入/輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)6的第二信號輸入/輸出端與監(jiān) 測測向處理模塊5的信號輸出/輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊5的第一 信號輸出端與監(jiān)測接收機A的第一信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊5 的第二信號輸出端與RF放大器模塊B的第一信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向 處理模塊5的第三信號輸出端與垂直極化無源/有源測向天線陣1的信號輸入 端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊5的第四信號輸出端與電旋開關單元2的第二 信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊5的第五信號輸出端與RF放大器模 塊A的第二信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊5的第六信號輸出端與五 信道測向接收機4的第二信號輸入端對應相接，中短波監(jiān)測天線7、超短波監(jiān) 測天線A、超短波監(jiān)測天線B的信號輸出端分別與RF放大器模塊B的第二信號 輸入端對應相接，微波監(jiān)測天線A、微波監(jiān)測天線B的信號輸出端分別與RF 放大器模塊C的輸入端對應相接，RF放大器模塊B的輸出端與監(jiān)測接收機A 的第二輸入端對應相接，RF放大器模塊C的輸出端與監(jiān)測接收機B的信號輸入 端對應相接，計算機系統(tǒng)6的第三信號輸入/輸出端與監(jiān)測接收機A的信號輸 出/輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)6的第四信號輸入/輸出端與監(jiān)測接收機B的 信號輸出/輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)6的第一信號輸出端與車頭方位指示
6器19的信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)6的第二信號輸出端與打印機22的 信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)6的第一信號輸入端與GPS的信號輸出端對 應相接，計算機系統(tǒng)6的第二信號輸入端與電子羅盤21的信號輸出端對應相 接，計算機系統(tǒng)6與集線器相接。
所述的垂直極化無源/有源測向天線陣1，共分兩層沿高度方向排列，分 為三個工作波段。下層排列了AB波段(20MHz 800MHz)和C波段(800MHz 1600MHz)，分別由五根偶極子(016mm)垂直放置在一個正五邊形的頂點組成 圓型陣列。AB波段為有源(每個天線帶有一個平衡放大器)測向天線陣列，直 徑1米，單元偶極子長約0.2米；C波段為無源測向天線陣列，直徑0.5米， 單元偶極子長度有所縮小。上層是D波段(1600MHz 3000MHz)，也為無源測 向天線陣列，直徑約0.3米，單元偶極子長度進一步縮小。外層覆蓋有天線罩， 整個天線陣高約0.5米(含天線罩)，阻抗為50Q，接口為N型插座。
所述的電旋開關單元2。它受監(jiān)測測向處理模塊5的控制和供電。工作頻 段為20 3000MHz，內部有SW-15/5-M電旋開關和SPL-1/5功率分配器。它相 當于一個高頻電子開關，有15個信號輸入端、5個信號輸出端、1個控制/供 電端口、 l個自校信號輸入端，它受控同時打通某個頻段的5路信號通道和自 校信號通道。來自接收機(或外接)的自校信號經SPL-1/5功率分配器后被分 成5路，用于對20 800MHz頻段或800 1600MHz頻段或1600 3000MHz頻段 工作的系統(tǒng)進行自校。其工作原理當控制電壓V1、 V2加電，二極管D1 D3 導通時，來自天線1的信號就可傳到節(jié)點A，當控制電壓V2、 V3加電，二極管 D4 D6導通時，自校信號就可傳到節(jié)點A,當控制電壓V4、 V5加電，二極管 D7 D9導通時，節(jié)點A的信號就可從主路輸出；當控制電壓V6、 V7加電，二 極管D10 D12導通時，節(jié)點A的信號就可從輔助路輸出。如圖2所示。
RF放大器模塊3，工作頻率為20 30(XMHz，具有放大、直通、衰減三種 功能，在使用中根據實際需要由軟件設定。由5個獨立的低噪聲放大器組成， 分別對來自電旋開關單元2的5路信號進行處理。它們各有1個控第U/供電端、 l個輸入端、l個輸出端。三功能放大器的工作原理其由第一高頻繼電器、 第二高頻繼電器B、放大電路、衰減電路和電源組成。高頻繼電器的型號為RF303-12，放大器中的放大管型號為ERA-51SM。 +12V電源受軟件控制分別加 到第一高頻繼電器和第二高頻繼電器上。當第一高頻繼電器加電，而第二高頻 繼電器不加電時，輸入信號經放大電路后得到線性放大，再經第二高頻繼電器 的直通部分輸出。即為"放大"。當第一高頻繼電器不加電，而第二高頻繼電 器加電時，輸入信號經第一高頻繼電器的直通部分后到達高頻繼電器的衰減電 路，經衰減后輸出。即為"衰減"。當第一高頻繼電器和第二高頻繼電器都不 加電時，輸入信號經第一高頻繼電器和第二高頻繼電器的直通部分輸出。即為 "直通"。故該放大器具有"直通、放大、衰減"三功能。
五信道測向接收機4，對測向天線所接收到的空中無線電信號進行變頻、 采樣、解調、解碼以及A/D變換等，輸出包括信號頻率、幅度、頻偏、調制 度、帶寬、電平等信息的模擬或數字中頻信號，再送到計算機系統(tǒng)6(ADVANTECH IPC-610)處理。本實施例中選用江西省九江市713廠的J067數字式五信道測 向接收機，進行五信道的空間譜估計超分辨率測向。其由五個板卡式接收機組 成，采用PCI總線結構和模塊化設計， 一塊板卡就是一個接收信道，板卡插在 PCI插槽的19"標準機箱內，用壓條固定。系統(tǒng)測向時，五信道接收機同時工 作，共用同一本振源，相位一致性好，保證了空間譜估計超分辨率測向系統(tǒng)的 咼精度。
監(jiān)測測向處理模塊5 (型號為DFC050L)是系統(tǒng)各部分控制驅動單元和直 流供電單元。處理模塊通過并口與計算機系統(tǒng)通訊，接受計算機系統(tǒng)的控制指 令，實施對有關單元的控制。如對電旋開關單元、RF三功能放大器模塊、五 信道測向接收機、監(jiān)測接收機等的控制，使系統(tǒng)按著軟件程序對無線電信號進 行監(jiān)測和測向。
計算機系統(tǒng)6為工業(yè)控制計算機(ADVANTECHIPC-610)，它具有運行速度 快、容量大、穩(wěn)定可靠、可擴展、抗震性能好等特點。其作為應用軟件的載體， 除了執(zhí)行程序(包括存儲、打印)夕卜，還對大量的數據、音頻、視頻等進行處 理，它通過對從天線陣元接收到的大量數據信息進行處理，采用先進的統(tǒng)計算 法一一多重信號分類(MUSIC)算法，從而得出信號的方位。在空間譜估計超 分辨率測向中，測量所有可能天線陣元接收到的信號電壓，生產測量協(xié)方差矩
8陣R，該矩陣用于分辨接收信號中的同信道分量。MUSIC算法的過程為先計算 協(xié)方差矩陣R，對R進行特征分解求出其特征值和特征向量。根據特征值可以 確定信號源的數量，利用由特征向量組成的信號子空間和噪聲子空間的正交關 系，對兩個子空間進行適當的處理，確定無線電信號的來波方向。超分辨率測 向使用內插方位值來計算多個方位角，該值根據與測量協(xié)方差矩陣R生產的信 號子空間最匹配的方位校準矢量生成。
中短波監(jiān)測天線7，為有源單極子監(jiān)測天線，工作頻率范圍為100KHz 30麗z，阻抗50Q，接口為N型插座。
超短波監(jiān)測天線8，為有源單極子監(jiān)測天線，工作頻率范圍為30MHz 300MHz，阻抗50Q，接口為N型插座。
超短波監(jiān)測天線9，型號為ANT-BC-105，工作頻率范圍為300MHz 3000MHz，為垂直放置的、在水平面內無方向性、在垂直面內成八字形波瓣方 向圖的有源雙錐全向天線。直徑約0.4米，高0.4米，總重量小于4Kg，阻抗 50Q，接口為N型插座。
微波監(jiān)測天線IO,型號為WANT004R，工作頻率范圍為3GHz-18GHz，圓極 化，尺寸為O165mmX200mm,增益為2dB， VSWR〈3。阻抗為50Q，接口為N型 插座。
微波監(jiān)測天線ll，型號為WANT005R，工作頻率范圍為18GHz-40GHz，圓極 化，尺寸為①155mmX180mm，增益為2dB, VSWR〈3。阻抗均為50Q，接口為N 型插座。
RF放大器模塊12，工作頻率范圍為100KHz 3000MHz，具有放大、直通、 衰減三種功能，在使用中根據實際需要由軟件設定。由3個獨立的低噪聲放大 器組成，分別對來自中短波監(jiān)測天線和超短波監(jiān)測天線的3路信號進行處理。 它們各有1個控制/供電端、l個輸入端、l個輸出端。其工作原理前面已有敘 述，這里略。
RF放大器模塊13，工作頻率范圍為3GHz 40GHz，由2個獨立的低噪聲放 大器組成，分別對來自微波監(jiān)測天線(3GHz 18GHz)和微波監(jiān)測天線(18GHz 40GHz)的2路信號進行處理。它們各有1個控制/供電端、l個輸入端、l個
9輸出端。其工作原理同上。
監(jiān)測接收機14，對監(jiān)測天線所接收到的空中無線電信號進行變頻、采樣、
解調、解碼以及A/D變換等，輸出包括信號頻率、幅度、頻偏、調制度、帶 寬、電平等信息的模擬或數字中頻信號，再送到計算機系統(tǒng)6 (ADVANTECH IPC-610)處理。本實施例中選用江西省九江市713廠的J066數字式監(jiān)測接收 機。
監(jiān)測接收機15，選用日本Anritsu公司生產的MS2661C頻譜分析儀。
電池組或市電16，包括市電220VAC和蓄電池組(4節(jié)12V100AH)。
UPS 17，為不間斷電源，型號為APC IOOOVA在線式。
逆變電源18，型號為S1500-212。是將載車發(fā)動機富余的12V直流電轉化 為220V交流電，經UPS后給系統(tǒng)供電。
車頭方位指示器19，是在液晶顯示屏上實時顯示相對于車頭的信號方位， 以便駕駛員及時掌握信號出現的方向，為快速查找信號提供便利。它通過串口 與計算機聯接。
GPS，即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System),它是由空間衛(wèi)星、 地面監(jiān)控和用戶設備三部分組成的，廣泛地應用于各類導航定位系統(tǒng)中。GPS 接收機是一個接收GPS衛(wèi)星信號并實時計算出所處位置坐標的設備。GPS用于 移動監(jiān)測站中，其用途是隨時確定移動車的地理位置(經、緯度)，并把數據 提供給計算機。在電子地圖上實時顯示當前位置，同時為顯示測向方位和交叉 定位提供數據。本系統(tǒng)采用美國GARMIN公司的GPS 12XL (美洲豹)GPS接收 機。GPS 12XL采用并行12通道接收體制，靈敏度高。
電子羅盤21，是為移動監(jiān)測站提供實時的參考方位數據，并把數據傳輸 給計算機。本系統(tǒng)采用美國KVH公司的C100型電子羅盤。
打印機22，為日本CANON公司的IP90V。
權利要求1、寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動站設備，其特征是垂直極化無源/有源測向天線陣的信號輸出端接電旋開關單元的第一信號輸入端，電旋開關單元的信號輸出端接RF放大器模塊A的第一信號輸入端，RF放大器模塊A的信號輸出端接五信道測向接收機的第一信號輸入端，五信道測向接收機的信號輸出/輸入端與計算機系統(tǒng)的第一信號輸入/輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)的第二信號輸入/輸出端與監(jiān)測測向處理模塊的信號輸出/輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第一信號輸出端與監(jiān)測接收機A的第一信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第二信號輸出端與RF放大器模塊B的第一信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第三信號輸出端與垂直極化無源/有源測向天線陣的信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第四信號輸出端與電旋開關單元的第二信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第五信號輸出端與RF放大器模塊A的第二信號輸入端對應相接，監(jiān)測測向處理模塊的第六信號輸出端與五信道測向接收機的第二信號輸入端對應相接，中短波監(jiān)測天線、超短波監(jiān)測天線A、超短波監(jiān)測天線B的信號輸出端分別與RF放大器模塊B的第二信號輸入端對應相接，微波監(jiān)測天線A、微波監(jiān)測天線B的信號輸出端分別與RF放大器模塊C的輸入端對應相接，RF放大器模塊B的輸出端與監(jiān)測接收機A的第二輸入端對應相接，RF放大器模塊C的輸出端與監(jiān)測接收機B的信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)的第三信號輸入/輸出端與監(jiān)測接收機A的信號輸出/輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)的第四信號輸入/輸出端與監(jiān)測接收機B的信號輸出/輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)的第一信號輸出端與車頭方位指示器的信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)的第二信號輸出端與打印機的信號輸入端對應相接，計算機系統(tǒng)的第一信號輸入端與GPS的信號輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)的第二信號輸入端與電子羅盤的信號輸出端對應相接，計算機系統(tǒng)與集線器相接。
2、 根據權利要求1所述的寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動2站設備，其特征是所述的垂直極化無源/有源測向天線陣，共分兩層沿高度方向排列，分為三個工作波段，下層排列了 AB波段和C波段，其中AB波段的工 作頻段20MHz 800MHz， C波段的工作頻段800MHz 1600MHz，分別由五根偶極 子，直徑16mm垂直放置在一個正五邊形的頂點組成圓型陣列，AB波段為有源測向天線陣，每個天線帶有一個平衡放大器，測向天線陣列，直徑1米，單元 偶極子長0.2米；C波段為無源測向天線陣列，直徑0.5米；上層是D波段， 工作頻段1600MHz 3000MHz，為無源測向天線陣列，直徑0.3米；外層覆蓋有 天線罩，整個天線陣高0.5米，阻抗為50Q，接口為N型插座。
3、 根據權利要求1所述的寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動 站設備，其特征是所述的電旋開關單元受監(jiān)測測向處理模塊的控制和供電，工 作頻段為20 3000認z，內部有SW-15/5-M電旋開關和SPL-1/5功率分配器， 相當于一個高頻電子開關，有15個信號輸入端、5個信號輸出端、1個控制/ 供電端口、 l個自校信號輸入端。
4、 根據權利要求1所述的寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動 站設備，其特征是所述的RF放大器模塊A，工作頻率為20 3000腿z，由5個 獨立的低噪聲放大器組成，各有l(wèi)個控制/供電端、l個輸入端、l個輸出端。
5、 根據權利要求1所述的寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動 站設備，其特征是所述的中短波監(jiān)測天線，為有源單極子監(jiān)測天線，工作頻率 范圍為100KHz 30MHz,阻抗50Q，接口為N型插座。
6、 根據權利要求1所述的寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動 站設備，其特征是所述的超短波監(jiān)測天線，為有源單極子監(jiān)測天線，工作頻率 范圍為30MHz 300MHz，阻抗50Q,接口為N型插座。
7、 根據權利要求1所述的寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動 站設備，其特征是所述的RF放大器模塊B，工作頻率范圍為100KHz 3000MHz， 所述的RF放大器模塊C，工作頻率范圍為3GHz 40GHz。
專利摘要本實用新型是寬頻帶五信道無線電監(jiān)測和超分辨率測向移動站設備，包括垂直極化無源/有源測向天線陣、電旋開關單元、RF放大器模塊、五信道測向接收機、監(jiān)測測向處理模塊、計算機系統(tǒng)、中短波監(jiān)測天線、超短波監(jiān)測天線、微波監(jiān)測天線、監(jiān)測接收機等。優(yōu)點模塊化組合、結構輕便、機動靈活、隱蔽性強；采用空間譜估計超分辨率測向技術和DSP數字信號處理技術，有效區(qū)分多個同時出現的同信道信號，改善系統(tǒng)處理帶寬內空間信號的角度估計精度、角度分辨力及其他相關參數精度；采用無源/有源測向天線陣，解決了各天線陣元間的互耦問題，排除了單元天線間的耦合和相位模糊；五個天線元同時采樣，確保同步、快速、精確、抗干擾能力強；動態(tài)應用范圍廣。
文檔編號G01R31/00GK201285421SQ200820185919
公開日2009年8月5日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權日2008年9月10日
發(fā)明者俞惟銓 申請人:俞惟銓