單通道無線電測向系統的製作方法
2023-10-19 14:21:02 1
單通道無線電測向系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種單通道無線電測向系統，包括天線陣列、單刀雙擲射頻開關模塊、接收射頻通道、頻譜分析模塊、控制模塊以及輸出顯示模塊，所述天線陣列與單刀雙擲射頻開關模塊相連接，所述單刀雙擲射頻開關模塊與接收射頻通道相連接，所述接收射頻通道與頻譜分析模塊相連接，所述頻譜分析模塊與控制模塊相連接，所述控制模塊分別與單刀雙擲射頻開關模塊和輸出顯示模塊相連接。本發明針對通信、軍事等應用中的無線電測向問題，採用由高速射頻開關控制的周期性切換的天線陣列，通過對接收的無線電信號的頻譜成分進行分析，實現對無線電入射方向的測量。本發明適用於需要低硬體複雜度、低成本的快速無線電測向。
【專利說明】單通道無線電測向系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及天線工程【技術領域】，具體是一種利用單射頻通道實現無線電測向的單通道無線電測向系統。
【背景技術】
[0002]傳統的無線電測向技術一般由天線陣列、多通道接收機和控制器、輸出顯示模塊等幾部分組成，例如相位幹涉儀、基於超解析度空間譜估計的測向陣列等。相對於單通道測向系統，多射頻通道的測向系統存在硬體結構複雜，成本高等缺點，同時要求各射頻通道的幅相一致性較好，需要附加額外的校正設備。中國專利「一種單通道無線電定位測向系統及其測向方法」(專利申請號:201010598996.2)中提出了一種單通道測向方法，利用開關在圓周分布的天線單元之間切換，通過比較相鄰天線單元上接收的無線電信號的相位關係來進行測向，但該測向方法要求在一個測向周期內僅有一個無線電信號入射。當多個無線電信號同時入射時，造成得到的相位關係混亂，從而引起測向失敗。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種單通道無線電測向系統，該系統採用單射頻通道完成無線電信號的快速測向。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的。
[0005]一種單通道無線電測向系統，包括天線陣列1、單刀雙擲射頻開關模塊2、接收射頻通道、頻譜分析模塊8、控制模塊9以及輸出顯示模塊10，所述天線陣列I與單刀雙擲射頻開關模塊2相連接，所述單刀雙擲射頻開關模塊2與接收射頻通道相連接，所述接收射頻通道與頻譜分析模塊8相連接，所述頻譜分析模塊8與控制模塊9相連接，所述控制模塊9分別與單刀雙擲射頻開關模塊2和輸出顯示模塊10相連接，其中:
[0006]-天線陣列，用於接收入射的無線電信號；
[0007]-單刀雙擲射頻開關模塊，用於周期性地選擇天線陣列接收的無線電信號，並饋入接收射頻通道；
[0008]-接收射頻通道，將接收的無線電信號進行低噪聲放大、下變頻至中頻信號並抑制產生的高頻分量，得到模擬中頻信號，然後將模擬中頻信號轉換為數位訊號；
[0009]-頻譜分析模塊，在數字域內對接收射頻通道上輸出的數位訊號的基頻分量頻譜以及由單刀雙擲射頻開關模塊產生的第一次諧波分量頻譜進行估計；
[0010]-控制模塊，通過輸出邏輯信號控制單刀雙擲射頻開關模塊的周期性打開與關斷；通過比較基頻分量與第一次諧波分量的頻譜的相對關係，得到無線電入射方向；
[0011]-輸出顯示模塊，控制模塊將得到的無線電入射方向信息輸出至顯示模塊並顯示出來。
[0012]優選地，所述天線陣列進行一維測向時，採用兩個天線單元。
[0013]優選地，所述單刀雙擲射頻開關模塊為單刀雙擲射頻開關或者為功分器和單刀單擲開關的組合。
[0014]優選地，所述單刀雙擲射頻開關模塊進行周期性採樣，饋入接收射頻通道的無線電信號不僅包括原始頻譜成分，還包括以開關頻率fp為周期產生的各次諧波分量。
[0015]優選地，所述單刀雙擲射頻開關模塊的切換頻率fp與接收射頻通道的帶寬B之間滿足如下關係:
[0016]fp > 2B。
[0017]優選地，所述接收射頻通道為單射頻接收通道，包括低噪聲放大器3、本振信號發生模塊4、下變頻模塊5、低通濾波模塊6以及模數轉換模塊7，其中，所述低噪聲放大器3與單刀雙擲射頻開關模塊2相連接，所述下變頻模塊5分別與低噪聲放大器3、本振信號發生模塊4和低通濾波模塊6相連接，所述低通濾波模塊6與模數轉換模塊7相連接，所述模數轉換模塊7與頻譜分析模塊8相連接，其中:
[0018]-低噪聲放大器3，用於對接收到的無線電信號進行低噪聲放大；
[0019]-本振信號發生模塊4，用於產生下變頻所需的本振信號；
[0020]-下變頻模塊5，用於將接收到的無線電信號下變頻至中頻信號；
[0021]-低通濾波模塊6，用於對下變頻後的信號進行低通濾波，濾除經過下變頻模塊後產生的高頻分量；
[0022]-模數轉換模塊7，將得到的中頻模擬信號轉換為數位訊號。
[0023]優選地，所述頻譜分析模塊通過頻譜估計專用晶片、數位訊號處理器晶片(DSP)或可編程邏輯晶片(CPLD、 FPGA)、並利用離散傅立葉變換(DFT)或快速傅立葉變換(FFT)方法進行估計。
[0024]優選地，所述控制模塊通過單片機、數位訊號處理器(DSP)或可編程邏輯晶片(CPLD、FPGA)實現對單刀雙擲射頻開關模塊的控制。
[0025]優選地，所述控制模塊得到無線電入射方向的方法，具體為:
[0026]通過分析和比較基頻分量頻譜 與第一次諧波分量頻譜1 之間關係，得到無線
電入射方向Θ，具體計算關係如下:
【權利要求】
1.一種單通道無線電測向系統，其特徵在於，包括天線陣列、單刀雙擲射頻開關模塊、接收射頻通道、頻譜分析模塊、控制模塊以及輸出顯示模塊，所述天線陣列與單刀雙擲射頻開關模塊相連接，所述單刀雙擲射頻開關模塊與接收射頻通道相連接，所述接收射頻通道與頻譜分析模塊相連接，所述頻譜分析模塊與控制模塊相連接，所述控制模塊分別與單刀雙擲射頻開關模塊和輸出顯示模塊相連接，其中: -天線陣列，用於接收入射的無線電信號； -單刀雙擲射頻開關模塊，用於周期性地選擇天線陣列接收的無線電信號，並饋入接收射頻通道； -接收射頻通道，將接收的無線電信號進行低噪聲放大、下變頻至中頻信號並抑制產生的高頻分量，得到模擬中頻信號，然後將模擬中頻信號轉換為數位訊號； -頻譜分析模塊，在數字域內對接收射頻通道上輸出的數位訊號的基頻分量頻譜以及由單刀雙擲射頻開關模塊產生的第一次諧波分量頻譜進行估計； -控制模塊，通過輸出邏輯信號控制單刀雙擲射頻開關模塊的周期性打開與關斷；通過比較基頻分量與第一次諧波分量的頻譜的相對關係，得到無線電入射方向； -輸出顯示模塊，控制模塊將得到的無線電入射方向信息輸出至顯示模塊並顯示出來。
2.根據權利要求1·所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述天線陣列進行一維測向時，採用兩個天線單元。
3.根據權利要求1所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述單刀雙擲射頻開關模塊為單刀雙擲射頻開關或者為功分器和單刀單擲開關的組合。
4.根據權利要求1或3所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述單刀雙擲射頻開關模塊進行周期性採樣，饋入接收射頻通道的無線電信號不僅包括原始頻譜成分，還包括以開關頻率fp為周期產生的各次諧波分量。
5.根據權利要求4所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述單刀雙擲射頻開關模塊的切換頻率fp與接收射頻通道的帶寬B之間滿足如下關係:
fp > 2B。
6.根據權利要求1所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述接收射頻通道為單射頻接收通道，包括低噪聲放大器、本振信號發生模塊、下變頻模塊、低通濾波模塊以及模數轉換模塊，其中，所述低噪聲放大器與單刀雙擲射頻開關模塊相連接，所述下變頻模塊分別與低噪聲放大器、本振信號發生模塊和低通濾波模塊相連接，所述低通濾波模塊與模數轉換模塊相連接，所述模數轉換模塊與頻譜分析模塊相連接，其中: -低噪聲放大器，用於對接收到的無線電信號進行低噪聲放大； -本振信號發生模塊，用於產生下變頻所需的本振信號； -下變頻模塊，用於將接收到的無線電信號下變頻至中頻信號； -低通濾波模塊，用於對下變頻後的信號進行低通濾波，濾除經過下變頻模塊後產生的高頻分量； -模數轉換模塊，將得到的中頻模擬信號轉換為數位訊號。
7.根據權利要求1所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述頻譜分析模塊通過頻譜估計專用晶片、數位訊號處理器晶片或可編程邏輯晶片、並利用離散傅立葉變換或快速傅立葉變換方法進行估計。
8.根據權利要求1所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述控制模塊通過單片機、數位訊號處理器或可編程邏輯晶片實現對單刀雙擲射頻開關模塊的控制。
9.根據權利要求1所述的單通道無線電測向系統，其特徵在於，所述控制模塊得到無線電入射方向的方法，具體為: 通過分析和比較基頻分量頻譜Ftl與第一次諧波分量頻譜之間關係，得到無線電入射方向Θ，具體計算關係如下:
【文檔編號】G01S3/46GK103439686SQ201310317954
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月25日 優先權日:2013年7月25日
【發明者】賀衝, 曹岸傑, 梁仙靈, 金榮洪, 耿軍平 申請人:上海交通大學