都卜勒無線電測向系統的製作方法
2023-06-12 09:28:21 2
專利名稱：都卜勒無線電測向系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用都卜勒效應確定無線電信號來波方向的都卜勒無線電測向系統，是一種用相位法完成無線電測向的系統，屬於無線電測向領域。
背景技術：
目前，採用都卜勒測向法的測向系統大都使用電子開關高速切換均勻分布在圓周上的若干偶極子天線，從而使得電子開關輸出的射頻信號產生都卜勒頻移，通過處理該頻移從而可以得到無線電信號的來波方向，即示向度。若來波是未被調製的等幅振蕩高頻信號，則信號的處理和示向度的計算都很簡單；但天空中的無線電信號大都是已調信號，調製信息的存在將造成都卜勒測向法示向度計算的誤差加大，甚至不能完成有效示向度的計算。消除調製信息的傳統方法有雙信道混頻法和雙向差動法。在雙信道混頻法測向中，測向系統要使用2個信道能同時工作的單臺無線電接收機，這樣的接收機一般很昂貴；若使用2臺單信道接收機，不但使天線系統變得複雜，而且需要外加混頻器和頻率同步設備，這樣使得系統的成本上升，穩定性下降。在雙向差動法測向中，需要解決兩個天線同步旋轉問題，因此，測向系統需要具有天線同步設備，這樣同樣使測向系統的成本變得很昂貴。綜上所述，採用都卜勒雙信道混頻法或雙向差動法消除調製信息影響的測向系統構建複雜，價格昂貴。
發明內容
為了克服上述情況下都卜勒測向系統構建複雜、穩定性差和系統成本較高的缺點，本發明提供了一種消除調製信息和噪聲對都卜勒測向結果不利影響的單信道都卜勒無線電測向系統。本都卜勒測向系統的比較器在天線等效旋轉時把單信道無線電接收機輸出的模擬中頻信號變成同頻方波，同頻方波經電平適當衰減後進行可編程帶通濾波和鑑頻，鑑頻輸出的模擬信號窄帶濾波後進行A/D轉換，數字量經示向度算法程序處理後得到無線電來波的示向度。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是本都卜勒測向系統由電子開關、無線電接收機、比較器、中頻濾波器、鑑頻器、可編程窄帶濾波器、A/D轉換器、測向控制單片機、PC機和天線陣組成。電子開關為N×1電子開關，其輸出端與無線電接收機的輸入端相連，無線電接收機的中頻輸出口與比較器的輸入端相連；比較器把無線電接收機輸出的模擬中頻信號變成同頻方波，中頻濾波器對比較器輸出的方波進行帶通濾波，再經鑑頻器進行鑑頻，再經可編程窄帶濾波器進行窄帶濾波，經A/D轉換後將表示無線電來波方向的模擬正弦波信號變成數字量，由測向控制單片機計算出無線電來波的示向度，然後通過通信接口將示向度送給PC機或其它發出測向指令的系統。比較器可以消除無線電信號的幅度調製信息對測向結果的不利影響。可編程窄帶濾波器可以消除空間或系統噪聲、無線電信號的相位或頻率調製信息對測向結果的不利影響。改變電子開關的開關頻率可以減小測向結果的計算誤差。比較器和中頻濾波器之間、無線電接收機和比較器之間、中頻濾波器和鑑頻器之間、鑑頻器和可編程窄帶濾波器之間、可編程窄帶濾波器和A/D轉換器之間可能會存在放大倍數大於1或者小於1的模擬放大器電路。
測向控制單片機設置的無線電接收機中頻帶寬如下IFBW=256+fSN(kHz)]]>其中fS是N×1電子開關的開關頻率，單位kHz。
N是天線陣的天線陣子的數量。
可編程窄帶濾波器的中心頻率為fS/N，帶寬可由測向控制單片機設置，其值如下AFBW=fS10N(kHz)]]>其中fS是N×1電子開關的開關頻率，單位kHz。
N是天線陣的天線陣子的數量。
系統的測向流程測向控制單片機從PC機或網絡上得到測向指令後，首先確定N×1電子開關的開關頻率fS的初始值，從而算出中頻帶寬IFBW和音頻帶寬AFBW，給無線電接收機發指令設置接收頻點和中頻帶寬，給可編程窄帶濾波器設置帶寬，接著控制N×1電子開關按頻率fS進行開關切換。比較器把單信道無線電接收機輸出的模擬中頻信號變成同頻方波，同頻方波經電平適當衰減後進行帶通濾波和鑑頻，鑑頻輸出的模擬信號窄帶濾波後進行A/D轉換，數字量經示向度算法程序處理後得到無線電來波的示向度。然後，測向控制單片機按照某一步長增大fS，重複上面的流程可以得到多個示向度，最終的示向度就是這些示向度的數學平均值。最後，測向控制單片機通過通信接口將測向結果發給測向指令發出者。
本發明的有益效果是，本單信道都卜勒測向系統能完成對已調無線電信號的測向，使測向系統構建簡單、穩定性好，且成本較低。
圖1是本發明的系統功能框圖。
圖2是本發明的具體電路圖。
圖2(a)NX1電子開關圖2(b)測向控制單片機圖2(c)測向控制單片機外圍電路圖2(d)通信接口圖2(e)比較器圖2(f)中頻濾波器圖2(g)鑑頻器圖2(h)可編程窄帶濾波器圖2(i)電源圖中1.N×1電子開關，2.無線電接收機，3.比較器，4.中頻濾波器，5.鑑頻器，6.可編程窄帶濾波器，7.A/D轉換器，8.測向控制單片機，9.PC機，10.天線陣，11.第一電纜，12.第二電纜，13.第三電纜，14.第四電纜，15.第五電纜，16.第六電纜，17.第七電纜，18.第八電纜，19.第九電纜，20.串口電纜，21.通信電纜，22.第十電纜。
具體實施例方式
下面結合附圖具體說明本發明。
天線陣10是由N個偶極子組成的，以某一方向(如正北方向)為參考方向按順時針(或逆時針)方向旋轉，N個偶極子均勻分布在半徑為R的圓周上，每個偶極子與參考方向的夾角為α＝360n/N(其中n為偶極子號，n＝0、1、2...N-1)，且每個偶極子與圓周平面相垂直，N是能被4整除的正整數。無線電接收機2是至少應具有AGC、中頻輸出接口和遙控接口(RS232或USB)功能的中頻帶寬可控的單信道接收機。比較器3的門限電平要大於無線電接收機背景噪聲瞬時值的最大值。兩種比較器邏輯當比較器3輸入信號電平大於門限電平時比較器輸出高電平，當比較器輸入信號電平小於門限電平時比較器輸出低電平；或當比較器3輸入信號電平大於門限電平時比較器3輸出低電平，當比較器3輸入信號電平小於門限電平時比較器3輸出高電平。A/D轉換器7應具有12bit或16bit的解析度。測向控制單片機8的核心器件是單片機，板上含有測向控制及信息處理執行代碼，信息處理代碼含有示向度算法。A/D轉換器7也可以包含在測向控制單片機8或其單片機中。
在圖1中，天線陣10中的N個天線與N×1電子開關1的N個輸入端通過射頻電纜相連；N×1電子開關1的1個輸出端通過第一電纜11與無線電接收機2天線輸入端相連；無線電接收機2的中頻輸出口通過第二電纜12與比較器3的輸入端相連；比較器3、中頻濾波器4、鑑頻器5和可編程窄帶濾波器6可以做在同一電路板內，在比較器3和中頻濾波器4之間不同的電路需要不同的模擬衰減量；測向控制單片機8通過第九電纜19、第十電纜22和第八電纜18分別完成對N×1電子開關1、可編程窄帶濾波器6和A/D轉換器7的控制，通過串口電纜20完成對無線電接收機2的無線電頻點和工作方式設置，通過通信電纜21與PC機9進行通信，接收PC機9的測向指令，並將示向度傳給PC機9。都卜勒測向系統可通過通信接口與本地計算機進行通信，或與區域網、廣域網或Internet相連，跟遠程主機通信。
圖2為本發明的具體電路圖。因無線電接收機2和PC機9是整機，所以沒有給出其電路圖。N×1電子開關1由4片ADG936BRU組成；天線陣10由分布在同一圓周上的8個半波偶極子組成；比較器3的核心晶片是1片TI公司OPA699運放，能完成正弦波到同頻方波的轉換，同時具有信號電平的限幅功能，能消除無線電信號調製信息對測向結果的影響；中頻濾波器4由1片陶瓷濾波器SFE10.7MA組成，完成10.7MHz中頻信號的濾波，消除帶外噪聲和幹擾對測向結果的影響；鑑頻器5的核心晶片是TA7130，完成對10.7MHz中頻信號的鑑頻，輸出的信號是不含直流成份的正弦波；可編程窄帶濾波器6由1片MAX268為核心晶片的電路組成，對鑑頻器5輸出信號進行窄帶濾波，可編程窄帶濾波器6的帶寬由測向控制單片機8進行實時控制，能提高無線電測向的精度；測向控制單片機8是C8051F060，完成對N×1電子開關1、無線電接收機2、可編程窄帶濾波器6的控制和與PC機9的通信；A/D轉換器7包含在C8051F060中，完成模擬量到數字量的轉換。
權利要求
1.都卜勒無線電測向系統，包括電子開關、無線電接收機、A/D轉換器、測向控制單片機和天線陣，其特徵在於還包括比較器、中頻濾波器、鑑頻器；其中，電子開關的輸出端與無線電接收機的輸入端相連，無線電接收機的中頻輸出口與比較器的輸入端相連；比較器把無線電接收機輸出的模擬中頻信號變成同頻方波，中頻濾波器對比較器輸出的方波進行帶通濾波，經鑑頻器進行鑑頻，最後經A/D轉換後，由測向控制單片機計算出無線電來波的示向度，然後通過通信接口將示向度送給PC機或其它發出測向指令的系統。
2.根據權利要求書1所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於鑑頻器和A/D轉換器之間還設置有可編程窄帶濾波器，對鑑頻輸出的模擬信號進行窄帶濾波。
3.根據權利要求書1或2所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於無線電接收機和比較器之間包含模擬放大器電路，放大倍數為大於1或者小於1。
4.根據權利要求書1或2所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於比較器和中頻濾波器之間包含模擬放大器電路，放大倍數為大於1或者小於1。
5.根據權利要求書1或2所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於中頻濾波器和鑑頻器之間包含模擬放大器電路，放大倍數為大於1或者小於1。
6.根據權利要求書2所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於鑑頻器和可編程窄帶濾波器之間包含模擬放大器電路，放大倍數為大於1或者小於1。
7.根據權利要求書2所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於可編程窄帶濾波器和A/D轉換器之間包含模擬放大器電路，放大倍數為大於1或者小於1。
8.根據權利要求書1所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於窄帶濾波器的中心頻率為fS/N。
9.根據權利要求書1所述的都卜勒無線電測向系統，其特徵在於所述的電子開關在對某一無線電來波進行測向時，其開關切換頻率是可變的。
全文摘要
本發明涉及一種都卜勒無線電測向系統，屬於無線電測向領域。由電子開關、無線電接收機、比較器、中頻濾波器、鑑頻器、可編程窄帶濾波器、A/D轉換器、測向控制單片機、PC機和天線陣組成。電子開關輸出端與無線電接收機的輸入端相連，無線電接收機輸出口與比較器的輸入端相連；比較器把無線電接收機輸出的模擬中頻信號變成同頻方波，中頻濾波器對比較器輸出的方波進行帶通濾波，經鑑頻器進行鑑頻，再經可編程窄帶濾波器進行窄帶濾波，經A/D轉換後將無線電來波方向的模擬正弦波信號變成數字量，由測向控制單片機計算出無線電來波的示向度。本單信道都卜勒測向系統能完成對已調無線電信號的測向，使測向系統構建簡單、穩定性好，且成本較低。
文檔編號G01S3/14GK101038334SQ20071006541
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月13日 優先權日2007年4月13日
發明者賽景波, 王鐵流, 雷飛, 賽卓男, 閆慧蘭 申請人:北京工業大學