可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測定位裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位方法，采用指向性天線和射頻信號接收器對射頻信號進行強度指示和定位。采用疊層片式巴倫帶通濾波器對接收信號進行過濾，以實現(xiàn)對單一或多個需要探測的頻段進行探測。本發(fā)明射頻信號探測及定位方法是基于疊層帶通濾波器實現(xiàn)單一頻段的信號功率探測，且功率閥值可調(diào)，減少噪音信號的干擾。本發(fā)明裝置包括定向天線、射頻信號接收器和發(fā)送器、顯示器和功率放大器等。本發(fā)明裝置具有小型化、低功耗、便于攜帶、可分頻段探測及定位等特性。本發(fā)明主要用于特殊環(huán)境對于射頻設備的管理和無線信號的甄別探測，探測范圍根據(jù)設備的發(fā)射功率而不同，探測功率范圍為-70dbm到10dbm。
【專利說明】可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測定位裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感及檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種全頻段射頻信號探測及定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對信息傳輸要求的提高和無線通信設備的升級，信息的傳遞已經(jīng)無處不在。無線通信設備憑借其具有操作簡單、設備小型化、可加密性、低功耗等特點，為大眾做廣泛使用，如手機、對講機、廣播、無線局域網(wǎng)等，極大的滿足了人們生活中對于信息通信的要求。但另一方面，對于特定場合的射頻信號管理就顯得尤為重要，比如民航客機機艙內(nèi)、保密場所等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置，本發(fā)明可以解決如民航客機、保密工廠等特殊場所的射頻信號管理與設備探測，避免了頻譜探測儀的笨重和功能復雜，簡單有效的實現(xiàn)了射頻信號的分類探測及定位，并且設備小型化，方便攜帶，可手持探測。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置，包括定向天線A和定向天線B，所述定向天線A依次連接疊層片式巴倫帶通濾波器和射頻信號接收器，所 述射頻信號接收器將接收到的射頻信號發(fā)送給功率放大器A和處理器，所述功率放大器A連接有嗡鳴器；所述定向天線B依次連接功率放大器B和射頻信號發(fā)送器，所述處理器與射頻信號發(fā)送器和顯示器連接。
[0005]所述定向天線A和定向天線B在定位過程中,通過窄帶福射和接收信號,實現(xiàn)對單一方向信號的探測，并根據(jù)信號強度確定信號方向和位置。
[0006]所述疊層片式巴倫帶通濾波器對接收到的0.8~6GHz的射頻信號進行窄帶濾波，從而實現(xiàn)對單一設備的信號輻射和接收，經(jīng)過疊層片式巴倫帶通濾波器窄帶濾波后的射頻信號頻帶范圍至少包括GSM、WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA, TDD-LTE, FDD-LTE通用手機蜂窩網(wǎng)絡頻段，以及WLAN的2.4G和5G頻段；所述疊層片式巴倫帶通濾波器對射頻信號進行窄帶濾波后，為后續(xù)的射頻設備定位提供單一信號鎖定。
[0007]所述射頻信號接收器用于接收射頻信號，進行功率檢測，提取信號信息；所述射頻信號發(fā)送器用于將信息轉(zhuǎn)換成電信號并通過定向天線B進行發(fā)送，實現(xiàn)對沒有主動發(fā)射射頻信號的隱藏設備的廣播，對所述射頻信號所處在的不同頻段進行相應頻段的射頻信號發(fā)送。
[0008]所述功率放大器A用于對接收的模擬信號進行功率放大；所述功率放大器B用于對發(fā)送的信號進行放大并通過定向天線B發(fā)送；所述處理器用于對整個裝置的控制以及信息處理；所述顯示器用于顯示接收射頻信號的功率強度、位置信息以及實現(xiàn)的功能；所述嗡鳴器用于對接收到的信號進行功率大小的提示。[0009]使用本發(fā)明上述可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置進行全頻段射頻信號探測及定位方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一、通過定向天線A進行水平方向上360度旋轉(zhuǎn)探測，對全頻段的射頻信號進行掃頻接收，然后，通過疊層片式巴倫帶通濾波器對接收到的射頻信號進行單一頻段濾波；
[0011]步驟二、濾波后，通過所述射頻信號接收器對濾波后的射頻信號進行接收、信號放大、峰值檢測以及混頻/降頻處理；包括:
[0012]將接收到的射頻信號放大后分為兩路，一路用于定位，另一路用于信息提取；
[0013]對上述用于定位的一路放大信號:所述射頻信號接收器將用于定位的一路放大信號進行峰值檢波后，再將信息傳給處理器，處理器記錄射頻信號功率強弱的變化，并通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和干擾；同時記錄下射頻信號的功率方位圖；通過判斷功率最大值確定所探測的射頻信號的角度參數(shù)，即所探測的單一頻段的射頻信號源的方向信息；同時根據(jù)功率衰減模型和經(jīng)過峰值檢波后的峰值功率，計算出所探測的單一頻段射頻信號發(fā)射源的距離信息；根據(jù)上述得出的方向信息和距離信息，最終計算出所探測的單一頻段射頻信號發(fā)射源的位置信息；
[0014]對上述用于信息提取的另一路放大信號:所述射頻信號接收器將用于數(shù)據(jù)提取的另一路放大信號進行混頻/降頻處理，然后通過功率放大器A放大后，將數(shù)據(jù)傳送給處理器，處理器對所接收的射頻信號進行信號解調(diào)，提取其所傳播的信息，并同時傳送給嗡鳴器，進行聲音報警；
[0015]步驟三、處理器將步驟二處理后的結(jié)果傳送給顯示器進行顯示。
[0016]同時，本發(fā)明還可以針對處在靜默模式的射頻信號源，通過所述處理器發(fā)出廣播數(shù)據(jù)，并利用所述射頻信號發(fā)送器對廣播數(shù)據(jù)混頻，再經(jīng)過功率放大器B進行發(fā)送，最后經(jīng)定向天線B對全頻段進行廣播，然后根據(jù)定向天線A接收的反饋射頻信號，對隱藏的射頻設備進行探測，其探測方法同前所述。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]射頻信號的頻率范圍為300kHz到30GHz之間，我國商用頻段根據(jù)不同制式手機通信網(wǎng)絡及其附屬設備、無線尋呼發(fā)射、點對點擴頻通信設備、3.5GHz無線接入通信設備、電視發(fā)射設備等設備劃分了各自的網(wǎng)絡頻段，并且嚴格要求了不同設備的發(fā)射功率。本發(fā)明射頻信號探測及定位方法是基于疊層帶通濾波器實現(xiàn)單一頻段的信號功率探測，并且功率閥值可調(diào)，減少噪音信號的干擾。本發(fā)明射頻信號探測及定位裝置，具有小型化、低功耗、便于攜帶、可分頻段探測及定位等特性。本發(fā)明射頻探測及定位裝置主要用于特殊環(huán)境對于射頻設備的管理和無線信號的甄別探測，探測范圍根據(jù)設備的發(fā)射功率而不同，探測功率范圍為_70dbm到lOdbm。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明射頻信號探測及定位裝置框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明射頻信號探測及定位的原理圖；
[0021]圖3是水平方向360°單信號源探測的功率譜；
[0022]圖4是水平方向360°雙信號信號源探測的功率譜；[0023]圖5是本發(fā)明射頻信號探測及定位方法流程圖。
[0024]圖中，2是疊層片式巴倫帶通濾波器，4是射頻信號接收器，5是射頻信號發(fā)送器，6是處理器，7是顯示屏，8是蜂鳴器。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地描述。
[0026]射頻信號探測及定位系統(tǒng)的基本原理如圖1所示，射頻信號接收器4采用射頻功率檢波器對射頻信號進行功率檢波。
[0027]本發(fā)明中主動探測是指被探測的射頻信號源處于靜默模式，不對外進行射頻信號廣播，需要利用本發(fā)明的可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測定位裝置主動向外進行信號廣播，對反饋的射頻信號進行探測，從而對處于靜默模式的射頻信號源進行定位。
[0028]本發(fā)明中被動探測是指被探測的射頻信號源處于正常工作模式，對外持續(xù)進行射頻信號廣播，不需要本裝置主動向外進行信號廣播，可直接對射頻信號源進行定位。
[0029]在主動探測時，通過射頻信號發(fā)送器5對所需頻段進行廣播，再對接收的無線射頻信號進行功率探測，并配有計時功能，判斷設備距離。實現(xiàn)了主動發(fā)射信號對手機、無線路由器等設備進行被動探測。在被動探測時，根據(jù)功率衰減模型判斷信號源距離，實現(xiàn)定位。
[0030]本發(fā)明可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測定位裝置及方法是基于疊層片式巴倫帶通濾波器和指向性天線的單一頻段的射頻信號探測和定位系統(tǒng)，采用RSSI接收信號強度指示，對接收到的信號進行功率顯示，配合嗡鳴器進行報警。如圖2所示，通過具有接收指向性天線(即定向天線A)可對周圍信號進行全向360°搜索，根據(jù)接收信號的功率指示，判斷信號方向。采用疊層片式巴倫帶通濾波器2，對接收信號進行過濾，以實現(xiàn)對單一或多個需要探測的頻段進行探測和追蹤。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測定位裝置，包括:定向天線A和定向天線B，所述定向天線A依次連接疊層片式巴倫帶通濾波器2和射頻信號接收器4，所述射頻信號接收器4將接收到的射頻信號發(fā)送給功率放大器A和處理器6，所述功率放大器A連接有嗡鳴器；所述定向天線B依次連接功率放大器B和射頻信號發(fā)送器5，所述處理器6與射頻信號發(fā)送器5和顯示器7連接。
[0032]所述定向天線A和定向天線B在水平方向上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射或接收電磁波，對射頻信號源的接收增益具有高指向性，頻帶窄，從而判斷接收功率的最大值和角度判斷信號源方向。在定位過程中，通過窄帶輻射和接收信號，實現(xiàn)對單一方向信號的探測，并根據(jù)信號強度確定信號方向和位置；本發(fā)明中可采用八木天線或拋物面天線，并根據(jù)接收信號的中心波長進行尺寸設計。
[0033]所述疊層片式巴倫帶通濾波器2對接收到的0.8?6GHz的射頻信號進行窄帶濾波，從而實現(xiàn)對單一設備的信號輻射和接收，經(jīng)過疊層片式巴倫帶通濾波器2窄帶濾波后的射頻信號頻帶范圍至少包括GSM、WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA, TDD-LTE, FDD-LTE等通用手機蜂窩網(wǎng)絡頻段，以及WLAN的2.4G和5G頻段；所述疊層片式巴倫帶通濾波器2對射頻信號進行窄帶濾波后，為后續(xù)的射頻設備定位提供單一信號鎖定；本發(fā)明中，所述疊層片式巴倫帶通濾波器2可采用muRata的LDB211G8120C-002、LDB21869M20C-001、LDB21942M20C-001, LDB212G40IOC-OOI 等，對 1710-1910ΜΗζ、2300-2500ΜΗζ、824_915ΜΗζ、925-960ΜΗζ等具體頻段進行濾波劃分。
[0034]所述射頻信號接收器4用于接收射頻信號，進行功率檢測，提取信號信息；本發(fā)明中所述射頻信號接收器4可采用Analog公司的ADL5519或AD8319，射頻信號檢波范圍可達1-1OGHz。
[0035]所述射頻信號發(fā)送器5用于將信息轉(zhuǎn)換成電信號并通過定向天線B進行發(fā)送，實現(xiàn)對沒有主動發(fā)射射頻信號的隱藏設備的廣播，對所述射頻信號所處在的不同頻段進行相應頻段的射頻信號發(fā)送。
[0036]所述功率放大器A用于對接收的模擬信號進行功率放大，以實現(xiàn)對射頻信號的功率顯示；所述功率放大器B用于對發(fā)送的信號進行放大并通過定向天線B發(fā)送；本發(fā)明中，所述功率放大器A和所述功率放大器B可采用Analog公司的ADL5544或ADL5610，實現(xiàn)30Mhz-6GHz的射頻信號放大，最大增益均可達到18dB左右。
[0037]所述處理器6用于對整個裝置的控制以及信息處理，本發(fā)明中的處理器可采用Samsung公司的S3C6410處理器。所述顯示器7用于顯示接收射頻信號的功率強度、位置信息以及所能實現(xiàn)的操作等；所述嗡鳴器8用于對接收到的信號進行功率大小的提示。
[0038]使用上述可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置進行全頻段射頻信號探測及定位方法，主要過程是對全頻段信號進行掃頻探測，并對所要探測的信號頻段進行單一頻段探測；鎖定頻道后，通過定向天線對水平方向上360度探測，針對信號功率強弱變化，確定信號方向，并通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和干擾。然后對該信號頻段進行數(shù)據(jù)發(fā)送，對接收信號的時間進行計算，得出該信號的距離，從而實現(xiàn)對信號的定位。其具體包括以下步驟:
[0039]步驟一、通過定向天線A進行水平方向上360度旋轉(zhuǎn)探測，對全頻段的射頻信號進行掃頻接收，然后，通過疊層片式巴倫帶通濾波器對接收到的射頻信號進行單一頻段濾波；
[0040]步驟二、濾波后，通過所述射頻信號接收器對濾波后的射頻信號進行接收、信號放大、峰值檢測以及混頻/降頻處理；包括:
[0041]將接收到的射頻信號放大后分為兩路，一路用于定位，另一路用于信息提?。?br> [0042]對上述用于定位的一路放大信號:所述射頻信號接收器將用于定位的一路放大信號進行峰值檢波后，再將信息傳給處理器，處理器記錄射頻信號功率強弱的變化，并通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和干擾；同時記錄下射頻信號的功率方位圖；通過判斷功率最大值確定所探測的射頻信號的角度參數(shù)，即所探測的單一頻段的射頻信號源的方向信息；同時根據(jù)功率衰減模型和經(jīng)過峰值檢波后的峰值功率，計算出所探測的單一頻段射頻信號發(fā)射源的距離信息；根據(jù)上述得出的方向信息和距離信息，最終計算出所探測的單一頻段射頻信號發(fā)射源的位置信息；
[0043]對上述用于信息提取的另一路放大信號:所述射頻信號接收器將用于數(shù)據(jù)提取的另一路放大信號進行混頻/降頻處理，然后通過功率放大器A放大后，將數(shù)據(jù)傳送給處理器，處理器對所接收的射頻信號進行信號解調(diào)，提取其所傳播的信息，并同時傳送給嗡鳴器，進行聲音報警；
[0044]步驟三、處理器將步驟二處理后的結(jié)果傳送給顯示器進行顯示。[0045]另外，利用本發(fā)明上述全頻段射頻信號探測及定位方法還可以針對處在靜默模式的射頻信號源，通過所述處理器發(fā)出廣播數(shù)據(jù)，并利用所述射頻信號發(fā)送器對廣播數(shù)據(jù)混頻，再經(jīng)過功率放大器B進行發(fā)送，最后經(jīng)定向天線B對全頻段進行廣播，然后根據(jù)定向天線A接收的反饋射頻信號，對隱藏的射頻設備進行探測，其探測方法同前。
[0046]實施例:
[0047]如圖2所示，在被動探測模式下，射頻信號源11處于持續(xù)輻射模式，利用本發(fā)明全頻段射頻信號探測及定位裝置9可直接對信號進行探測并定位。當信號源處于空閑或者靜默(即主動探測)模式下，本發(fā)明全頻段射頻信號探測及定位裝置9要通過定向天線B主動對設定頻域內(nèi)進行掃頻廣播，使靜默模式下的信號源在接收廣播信號后，反饋信號。
[0048]首先是通過定向天線A，在水平方向360度進行信號接收和標定，按照上述步驟進行探測并定位，在此過程中，處理器根據(jù)功率最大值確定所探測的射頻信號的角度參數(shù)，如圖3和圖4所示，分別顯示出了單信號源和同頻率雙信號源下的信號功率方向圖，通過判斷信號功率峰值，可判斷信號源方向Θ和φ。
[0049]通過疊層片式巴倫帶通濾波器對接收到的射頻信號進行單一頻段濾波，本發(fā)明裝置處于單一信號源探測狀態(tài)，利用射頻信號接收器對射頻信號進行最大功率探測，然后針對不同環(huán)境的功率衰減模型，根據(jù)當前信號功率，對信號源進行測量，通過顯示器顯示被探測的射頻信號的功率值、方向以及距離，利用外設的嗡鳴器所提示的功率強弱及所顯示的功率值，跟蹤信號源方向移動本裝置，對信號源進行最終定位。
[0050]盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置，其特征在于，包括: 定向天線A和定向天線B，所述定向天線A依次連接疊層片式巴倫帶通濾波器和射頻信號接收器，所述射頻信號接收器將接收到的射頻信號發(fā)送給功率放大器A和處理器，所述功率放大器A連接有嗡鳴器；所述定向天線B依次連接功率放大器B和射頻信號發(fā)送器，所述處理器與射頻信號發(fā)送器和顯示器連接； 所述定向天線A和定向天線B在定位過程中，通過窄帶輻射和接收信號，實現(xiàn)對單一方向信號的探測，并根據(jù)信號強度確定信號方向和位置； 所述疊層片式巴倫帶通濾波器對接收到的0.8~6GHz的射頻信號進行窄帶濾波，從而實現(xiàn)對單一設備的信號輻射和接收，經(jīng)過疊層片式巴倫帶通濾波器窄帶濾波后的射頻信號頻帶范圍至少包括GSM、WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA, TDD-LTE, FDD-LTE通用手機蜂窩網(wǎng)絡頻段，以及WLAN的2.4G和5G頻段；所述疊層片式巴倫帶通濾波器對射頻信號進行窄帶濾波后，為后續(xù)的射頻設備定位提供單一信號鎖定； 所述射頻信號接收器用于接收射頻信號，進行功率檢測，提取信號信息； 所述射頻信號發(fā)送器用于將信息轉(zhuǎn)換成電信號并通過定向天線B進行發(fā)送，實現(xiàn)對沒有主動發(fā)射射頻信號的隱藏設備的廣播，對所述射頻信號所處在的不同頻段進行相應頻段的射頻信號發(fā)送； 所述功率放大器A 用于對接收的模擬信號進行功率放大； 所述功率放大器B用于對發(fā)送的信號進行放大并通過定向天線B發(fā)送； 所述處理器用于對整個裝置的控制以及信息處理； 所述顯示器用于顯示接收射頻信號的功率強度、位置信息以及實現(xiàn)的功能； 所述嗡鳴器用于對接收到的信號進行功率大小的提示。
2.—種可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求I所述可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置，并包括以下步驟: 步驟一、通過定向天線A進行水平方向上360度旋轉(zhuǎn)探測，對全頻段的射頻信號進行掃頻接收，然后，通過疊層片式巴倫帶通濾波器對接收到的射頻信號進行單一頻段濾波；步驟二、濾波后，通過所述射頻信號接收器對濾波后的射頻信號進行接收、信號放大、峰值檢測以及混頻/降頻處理；包括: 將接收到的射頻信號放大后分為兩路，一路用于定位，另一路用于信息提??； 對上述用于定位的一路放大信號:所述射頻信號接收器將用于定位的一路放大信號進行峰值檢波后，再將信息傳給處理器，處理器記錄射頻信號功率強弱的變化，并通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和干擾；同時記錄下射頻信號的功率方位圖；通過判斷功率最大值確定所探測的射頻信號的角度參數(shù)，即所探測的單一頻段的射頻信號源的方向信息；同時根據(jù)功率衰減模型和經(jīng)過峰值檢波后的峰值功率，計算出所探測的單一頻段射頻信號發(fā)射源的距離信息；根據(jù)上述得出的方向信息和距離信息，最終計算出所探測的單一頻段射頻信號發(fā)射源的位置信息； 對上述用于信息提取的另一路放大信號:所述射頻信號接收器將用于數(shù)據(jù)提取的另一路放大信號進行混頻/降頻處理，然后通過功率放大器A放大后，將數(shù)據(jù)傳送給處理器，處理器對所接收的射頻信號進行信號解調(diào)，提取其所傳播的信息，并同時傳送給嗡鳴器，進行聲音報警；步驟三、處理器將步驟二處理后的結(jié)果傳送給顯示器進行顯示。
3.一種可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求I所述可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測及定位裝置，針對處在靜默模式的射頻信號源，通過所述處理器發(fā)出廣播數(shù)據(jù)，并利用所述射頻信號發(fā)送器對廣播數(shù)據(jù)混頻，再經(jīng)過功率放大器B進行發(fā)送，最后經(jīng)定向天線B對全頻段進行廣播，然后根據(jù)定向天線A接收的反饋射頻信號，對隱藏的射頻設備進行探測，其探測方法如權(quán)利要求2所述的全頻段射頻信號探測及定位方 法。
【文檔編號】G01S1/08GK103995188SQ201410228800
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】劉鐵根, 劉琨, 江俊峰, 潘亮 申請人:天津大學