小型嵌入式無線電監測測向站設備的製作方法

2023-09-19 18:48:15 2

專利名稱：小型嵌入式無線電監測測向站設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種小型嵌入式無線電監測測向站設備，屬於無線 電監測技術領域。
背景技術：
隨著無線電通信事業的高速發展，為了對無線電頻率資源進行有效管理、 有序使用、免受電磁汙染、保護電磁環境，無線電監測(測向)需求也迅速 增大，同時對無線電監測(測向)的地域覆蓋面積也相繼擴大。除在大、中 城市外，還需要在大、中城市的"盲區"、中/小城市、縣、縣級以下地區以 及邊遠、邊疆、高山或需要全天候監視的地域建立較多數量的分布式無線電 監測站，並通過有線/無線傳輸組成廣域的無線電監測網。但是，要建立如 此龐大的監測網，數十個甚至上百個常規高級固定監測站以及每個站的徵 地、建房、架塔和安裝架設等人力、物力、財力的投入無疑是巨大的，遠遠 超過了各地無線電管理部門的承受能力。為此，有必要發展一種小型嵌入式 無線電監測測向站系統。 發明內容
本實用新型提出一種結構緊湊、配置靈活、經濟實用、快速發現、寬帶 監測、信號分析、遠程遙控、組網能力強的小型嵌入式無線電監測測向站設 備，具有系統智能化、功能多樣化、監測自動化、軟/硬體模塊化、配置靈 活化等特點。其目的旨在針對上述存在的問題。
本實用新型的技術解決方案其結構是摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣的第一信號輸出端、第二信號輸出端分別與電旋開關單元的第一信號輸入 端、電旋開關單元的第二信號輸入端對應相接；電旋開關單元的信號輸出端 與RF放大器模塊的第一信號輸入端對應相接;RF放大器模塊的信號輸出端 與板卡式接收機的信號輸入端對應相接;板卡式接收機的信號輸出/輸入端與 嵌入式計算機系統的第一信號輸入/輸出端對應相接，嵌入式計算機系統的第 二信號輸入/輸出端與監測測向處理模塊的輸出/輸入端對應相接，嵌入式計 算機系統的第三信號輸入/輸出端與遠程控制模塊的信號輸出/輸入端對應相 接，遠程控制模塊的第二信號輸出/輸入端與集線器的第一信號輸入/輸出端 對應相接，集線器的第二信號輸入/輸出端與有線網絡傳輸模塊的第一信號輸 出/輸入端對應相接，集線器的第三信號輸入/輸出端與無線網絡傳輸模塊的 第一信號輸出/輸入端對應相接；有線網絡傳輸模塊的第二信號輸出/輸入端 與控制中心的第一信號輸入/輸出端對應相接，無線網絡傳輸模塊的第二信號 輸出/輸入端與控制中心的第二信號輸入/輸出端對應相接；環境監測報警模 塊的輸出端與遠程控制模塊的信號輸入端相接；監測測向處理模塊的第一信 號輸出端與RF放大器模塊的第二信號輸入端對應相接，監測測向處理模塊 的第二信號輸出端與電旋開關單元的第三信號輸入端相接，五單元垂直極化 有源測向天線陣的工作頻率1000MHz—3000MHz，五單元垂直極化有源測 向天線陣的工作頻率20MHz—lOOOMHz。
本實用新型的優點系統實現了對垂直極化無線電信號的遠程化和自動 化監測；將板卡式接收機、嵌入式計算機系統、監測測向處理模塊和網絡傳 輸模塊等集成在同一個機箱中，配備輕型摺疊式天線陣，結構緊湊輕便，安 裝維護方便；組網靈活，可支持多種有線/無線網絡數據安全傳輸；可實現無線電頻譜管理、監測監聽、測向定位、統計分析等功能。

附圖1是本實用新型實施例電原理框圖。 附圖2是高、低端電旋開關電原理框圖。
附圖3是三功能RF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是摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣示意圖
圖中的1是摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣、2是電旋開關單元、3是 RF放大器模塊、4是板卡式接收機、5是監測測向處理模塊、6是嵌入式計 算機系統(Embedded System)、 7是環境監測報警模塊、8是遠程控制模塊、 9是集線器、IO是有線網絡傳輸模塊、ll是無線網絡傳輸模塊、12是電源 模塊交流、直流、UPS或太陽能供電(選件)、13是控制中心、14是避雷針、 15是五單元垂直極化有源測向天線陣1000MHz—3000MHz、 16是五單元 垂直極化有源測向天線陣20MHz—1000MHz具體實施方式
對照附圖1，其結構是摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣1的第一信 號輸出端、第二信號輸出端分別與電旋開關單元2的第一信號輸入端、電旋 開關單元的第二信號輸入端對應相接；電旋開關單元的信號輸出端與RF放 大器模塊3的第一信號輸入端對應相接；RF放大器模塊3的信號輸出端與 板卡式接收機4的信號輸入端對應相接;板卡式接收機的信號輸出/輸入端與 嵌入式計算機系統6的第一信號輸入/輸出端對應相接，嵌入式計算機系統的 第二信號輸入/輸出端與監測測向處理模塊5的輸出/輸入端對應相接，嵌入式計算機系統的第三信號輸入/輸出端與遠程控制模塊8的信號輸出/輸入端 對應相接，遠程控制模塊的第二信號輸出/輸入端與集線器9的第一信號輸入 /輸出端對應相接，集線器的第二信號輸入/輸出端與有線網絡傳輸模塊10的 第一信號輸出/輸入端對應相接，集線器的第三信號輸入/輸出端與無線網絡 傳輸模塊11的第一信號輸出/輸入端對應相接；有線網絡傳輸模塊的第二信 號輸出/輸入端與控制中心13的第一信號輸入/輸出端對應相接，無線網絡傳 輸模塊的第二信號輸出/輸入端與控制中心的第二信號輸入/輸出端對應相 接；環境監測報警模塊7的輸出端與遠程控制模塊8的信號輸入端相接；監 測測向處理模塊的第一信號輸出端與RF放大器模塊的第二信號輸入端對應 相接，監測測向處理模塊的第二信號輸出端與電旋開關單元的第三信號輸入 端相接，五單元垂直極化有源測向天線陣的工作頻率1000MHz—3000MHz， 五單元垂直極化有源測向天線陣的工作頻率20MHz—1000MHz。 電源模塊交流、直流、UPS或太陽能12供電。
所述的摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣1，共分兩層排列，對應兩個 頻段，沿高度方向排列。下層為低端天線陣，工作頻段為20MHz 1000MHz， 由五付長約300mm、直徑16mm的有源垂直極化偶極子組成天線圓陣，陣列直 徑約IOOO皿，可摺疊至與中軸線平行；上層為高端天線陣，工作頻段為 1000MHz 3000MHz，由五付長約150mm、直徑17mm的有源垂直極化偶極子組 成天線圓陣，陣列直徑約300mm。最上端安裝有避雷針,天線總高度約1200mm， 阻抗為50Q，接口為N型插座。
電旋開關單元2是根據頻段分為低端電旋開關單元和高端電旋開關單 元。它受監測測向處理模塊的控制和供電。其中低端電旋開關單元的工作頻率為20MHz 1000MHz,內部包括SW-5/2-ML低端電旋開關、SPL-1/2功率 分配器和SPL-1/5功率分配器。它相當於一個高頻電子開關，它有5個信號 輸入端、2個信號輸出端、l個控制/供電埠、 l個自校信號輸入端和l個 自校信號輸出端，它受控同時打通某兩路信號通道(分為主路、輔路)和自 校信號通道。SPL-1/2功率分配器是把自校信號分成兩路，其中一路又經 SPL-1/5功率分配器被分成5路，引入低端電旋開關，用於對20MHz 1000MHz 波段工作的系統進行自校；另一路自校信號傳送到高端電旋開關單元中，用 於高頻段系統的自校。高端電旋開關單元的工作頻率為1000MHz 3000MHz， 內部包括SW-5/2-MH高端電旋開關和SPL-1/5功率分配器。它也是一個高頻 電子開關，它有5個信號輸入端、2個信號輸出端、l個控制/供電埠、 1 個自校信號輸入端，它受控同時打通某兩路信號通道(分為主路、輔路)和 自校信號通道。從低端電旋開關單元分出的一路自校信號經SPL-1/5功率分 配器後被分成5路，用於對1000MHz 3000MHz頻段工作的系統進行自校。 其工作原理當控制電壓V1、 V2加電，二極體D1 D3導通時，來自天線l 的信號就可傳到節點A，當控制電壓V2、 V3加電，二極體D4 D6導通時， 自校信號就可傳到節點A，當控制電壓V4、 V5加電，二極體D7 D9導通時， 節點A的信號就可從主路輸出；當控制電壓V6、 V7加電，二極體D10 D12 導通時，節點A的信號就可從輔助路輸出；如圖2所示。
RF放大器模塊3，包括兩個寬頻帶低噪聲三功能放大器，工作頻率為 20MHz 3000MHz,具有放大、直通、衰減三種功能，在使用中根據實際需要 由軟體設定。分別對來自電旋開關單元2的主、輔路信號進行處理。它們各 有l個控制/供電端、l個輸入端、l個輸出端。放大器由第一高頻繼電器、第二高頻繼電器、放大電路、衰減電路和電源組成，高頻繼電器(型號
RF303-12)、放大器中的放大管(型號ERA-51SM)。 +12V電源受軟體控制分 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後得到線性放大，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後到達第二高 頻繼電器的衰減電路，經衰減後輸出。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。
板卡式接收機4，由兩個板卡式測向接收機(J0601)組成。對來自RF 放大器模塊3的信號進行變頻、解調、解碼(可對不同頻域、調製域、時域 的信號進行監測測量)，輸出包含頻率、幅度、頻偏、調製度、帶寬、電平、 頻譜圖像等的數字監測信息和包含信號相位和幅度特性的數字測向信號。它 通過串口與計算機通訊。本實施例中選用江西省九江市713廠的J0601數字 式測向接收機，該接收機為板卡式，採用PCI總線結構和模塊化設計， 一塊 模板就是一個接收通道，採用兩塊板卡即可組成雙信道。接收機模板可插在 帶有PCI插槽的計算機內，用壓條固定，構成先進的嵌入式接收機計算機組 合的虛擬儀器平臺
所述的監測測向處理模塊5 (型號為DFC 050E)是系統各部分控制驅動 單元和直流供電單元。處理模塊通過接口與嵌入式計算機系統6進行通訊， 接受計算機的控制指令，對電旋開關單元、RF放大器模塊、測向接收機等進行控制，使系統按著軟體程序進行監測和測向
所述的嵌入式計算機系統6。內置的嵌入式計算機為研華公司的
ARK-3380，軟體被固化在嵌入式計算機內，因而設備運行的可靠性得到增強， 同時體積、功耗也大大減小。硬體"看門狗"可以在異常狀態下或斷電時迅 速復位並快速啟動至程序運行狀態。內置的嵌入式Linux系統，可以使得系 統軟體內核容量大大減小，硬體配置裁減至適合程度。應用軟體為我公司成 熟的DESC0 DF7. 0版智能化監測測向軟體，其具有完備的偵查功能和信號分 析處理功能。該計算機系統除了執行程序(包括存儲、列印)外，還對大量 的數據、音頻、視頻等進行處理，它通過對大量採集的信息數據進行複雜的 統計算法(如自相關算法、相位檢波算法、HILBERT變換、FFT算法)，從而 得出信號的方位。
所述的環境監測報警模塊7，是由網絡視頻伺服器(型號為DS-6001HC, 用於傳輸現場圖像)、彩色攝像頭(型號為三星101)、溫溼度傳感器(型號 為JWSL-3W)、煙霧報警器(型號為BT-168A)、紅外報警器(型號為BT-922R)
等部份組成。對監測站的工作狀態、設備連接狀態、環境狀態進行監測，並 通過傳輸鏈路將環境、工作狀態等監測數據和通過攝像頭把遠程監視的圖像 送到控制中心進行監視。如有異常(含盜竊、火警等)將及時報警。
所述的遠程控制模塊8,由數據採集器(用於現場220VAC的AD採集、 讀取設備上下電狀況及電壓數據等)、電壓傳感器(型號為DYH28-14A，用於 將220V交流電轉化為5V的交流電)和繼電器開關等組成。它接受控制指令 對監測站的供電狀況、上下電、計算機復位、空調啟動等進行信息採集與控 制。五單元垂直極化有源測向天線陣15:工作頻段為1000MHz —3000MHz; 五單元垂直極化有源測向天線陣16:工作頻段為20MHz— 1000MHz。
為便於搬移和安裝維護，又不過多地複雜接線，該小型嵌入式監測站系 統僅由摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣(含電旋開關單元、RF放大器模塊 等)和小型化19"主機機箱(內置板卡式接收機、嵌入式計算機模塊、監測 測向處理模塊和網絡傳輸模塊等)兩個部分組成。兩部份之間僅用若干控制 電纜和射頻電纜連接即可。
權利要求1、小型嵌入式無線電監測測向站設備，其特徵是摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣的第一信號輸出端、第二信號輸出端分別與電旋開關單元的第一信號輸入端、電旋開關單元的第二信號輸入端對應相接；電旋開關單元的信號輸出端與RF放大器模塊的第一信號輸入端對應相接；RF放大器模塊的信號輸出端與板卡式接收機的信號輸入端對應相接；板卡式接收機的信號輸出/輸入端與嵌入式計算機系統的第一信號輸入/輸出端對應相接，嵌入式計算機系統的第二信號輸入/輸出端與監測測向處理模塊的輸出/輸入端對應相接，嵌入式計算機系統的第三信號輸入/輸出端與遠程控制模塊的信號輸出/輸入端對應相接，遠程控制模塊的第二信號輸出/輸入端與集線器的第一信號輸入/輸出端對應相接，集線器的第二信號輸入/輸出端與有線網絡傳輸模塊的第一信號輸出/輸入端對應相接，集線器的第三信號輸入/輸出端與無線網絡傳輸模塊的第一信號輸出/輸入端對應相接；有線網絡傳輸模塊的第二信號輸出/輸入端與控制中心的第一信號輸入/輸出端對應相接，無線網絡傳輸模塊的第二信號輸出/輸入端與控制中心的第二信號輸入/輸出端對應相接；環境監測報警模塊的輸出端與遠程控制模塊的信號輸入端相接；監測測向處理模塊的第一信號輸出端與RF放大器模塊的第二信號輸入端對應相接，監測測向處理模塊的第二信號輸出端與電旋開關單元的第三信號輸入端相接，五單元垂直極化有源測向天線陣的工作頻率1000MHz—3000MHz，五單元垂直極化有源測向天線陣的工作頻率20MHz—1000MHz。
2、根據權利要求l所述的小型嵌入式無線電監測測向站設備，其特徵是所述的摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣，共分上、下兩層排列，對應兩個頻段，沿高度方向排列；下層為低端天線陣，工作頻段為20MHz 1000MHz， 由五付長約300腿、直徑16mm的有源垂直極化偶極子組成天線圓陣，陣列直 徑lOOOmm,可摺疊至與中軸線平行；上層為高端天線陣，工作頻段為 1000MHz 3000MHz，由五付長約150mm、直徑17mm的有源垂直極化偶極子組 成天線圓陣，陣列直徑300mm;最上端安裝有避雷針，天線總高度1200mm， 阻抗為50Q，接口為N型插座。
3、根據權利要求1所述的小型嵌入式無線電監測測向站設備，其特徵 是電旋開關單元頻段分為低端電旋開關單元和高端電旋開關單元，其中低端 電旋開關單元的工作頻率為20MHz 1000MHz,內部包括SW-5/2-ML低端電旋 開關、SPL-1/2功率分配器和SPL-1/5功率分配器，相當於一個高頻電子開 關，它有5個信號輸入端、2個信號輸出端、l個控制/供電埠、 l個自校 信號輸入端和l個自校信號輸出端，受控同時打通主路、輔路兩路信號通道 和自校信號通道；其中SPL-1/2功率分配器是把自校信號分成兩路，其中一 路又經SPL-1/5功率分配器被分成5路，引入低端電旋開關，對20MHz 1000MHz波段工作的系統進行自校；另一路自校信號傳送到高端電旋開關單 元中，用於高頻段系統的自校；高端電旋開關單元的工作頻率為1000MHz 3000MHz，內部包括SW-5/2-MH高端電旋開關和SPL-1/5功率分配器，是一 個高頻電子開關，它有5個信號輸入端、2個信號輸出端、l個控制/供電端 口、 l個自校信號輸入端，它受控同時打通主路、輔路兩路信號通道和自校 信號通道，從低端電旋開關單元分出的一路自校信號經SPL-1/5功率分配器 後被分成5路，對1000MHz 3000MHz頻段工作的系統進行自校。
專利摘要本實用新型是小型嵌入式無線電監測測向站設備，包括摺疊式垂直極化幹涉儀測向天線陣、電旋開關單元、RF放大器模塊、板卡式接收機、監測測向處理模塊、嵌入式計算機系統、環境監測報警模塊、遠程控制模塊、集線器、有線網絡傳輸模塊、無線網絡傳輸模塊、控制中心、避雷針、五單元垂直極化有源測向天線陣、五單元垂直極化有源測向天線陣。優點實現對垂直極化無線電信號的遠程化和自動化監測；將板卡式接收機、嵌入式計算機系統、監測測向處理模塊和網絡傳輸模塊等集成在一個機箱中，配備輕型摺疊式天線陣，結構緊湊輕便，安裝維護方便；組網靈活，支持多種有線/無線網絡數據安全傳輸；實現無線電頻譜管理、監測監聽、測向定位、統計分析功能。
文檔編號H04B17/00GK201285419SQ20082018591
公開日2009年8月5日 申請日期2008年9月10日 優先權日2008年9月10日
發明者俞惟銓 申請人:俞惟銓