可單一頻段探測的全頻段射頻信號探測定位裝置及方法
2023-08-07 15:35:21 1
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，採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。採用疊層片式巴倫帶通濾波器對接收信號進行過濾，以實現對單一或多個需要探測的頻段進行探測。本發明射頻信號探測及定位方法是基於疊層帶通濾波器實現單一頻段的信號功率探測，且功率閥值可調，減少噪音信號的幹擾。本發明裝置包括定向天線、射頻信號接收器和發送器、顯示器和功率放大器等。本發明裝置具有小型化、低功耗、便於攜帶、可分頻段探測及定位等特性。本發明主要用於特殊環境對於射頻設備的管理和無線信號的甄別探測，探測範圍根據設備的發射功率而不同，探測功率範圍為-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【技術領域】
[0001]本發明屬於傳感及檢測【技術領域】，特別涉及一種全頻段射頻信號探測及定位系統。
【背景技術】
[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，信息的傳遞已經無處不在。無線通信設備憑藉其具有操作簡單、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、無線區域網等，極大的滿足了人們生活中對於信息通信的要求。但另一方面，對於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、保密場所等。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術，本發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複雜，簡單有效的實現了射頻信號的分類探測及定位，並且設備小型化，方便攜帶，可手持探測。
[0004]為了解決上述技術問題，本發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和射頻信號發送器，所述處理器與射頻信號發送器和顯示器連接。
[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,實現對單一方向信號的探測，並根據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，從而實現對單一設備的信號輻射和接收，經過疊層片式巴倫帶通濾波器窄帶濾波後的射頻信號頻帶範圍至少包括GSM、WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA, TDD-LTE, FDD-LTE通用手機蜂窩網絡頻段，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後，為後續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於接收射頻信號，進行功率檢測，提取信號信息；所述射頻信號發送器用於將信息轉換成電信號並通過定向天線B進行發送，實現對沒有主動發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送。
[0008]所述功率放大器A用於對接收的模擬信號進行功率放大；所述功率放大器B用於對發送的信號進行放大並通過定向天線B發送；所述處理器用於對整個裝置的控制以及信息處理；所述顯示器用於顯示接收射頻信號的功率強度、位置信息以及實現的功能；所述嗡鳴器用於對接收到的信號進行功率大小的提示。[0009]使用本發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度旋轉探測，對全頻段的射頻信號進行掃頻接收，然後，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、濾波後，通過所述射頻信號接收器對濾波後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後分為兩路，一路用於定位，另一路用於信息提取；
[0013]對上述用於定位的一路放大信號:所述射頻信號接收器將用於定位的一路放大信號進行峰值檢波後，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，並通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和幹擾；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，即所探測的單一頻段的射頻信號源的方向信息；同時根據功率衰減模型和經過峰值檢波後的峰值功率，計算出所探測的單一頻段射頻信號發射源的距離信息；根據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射源的位置信息；
[0014]對上述用於信息提取的另一路放大信號:所述射頻信號接收器將用於數據提取的另一路放大信號進行混頻/降頻處理，然後通過功率放大器A放大後，將數據傳送給處理器，處理器對所接收的射頻信號進行信號解調，提取其所傳播的信息，並同時傳送給嗡鳴器，進行聲音報警；
[0015]步驟三、處理器將步驟二處理後的結果傳送給顯示器進行顯示。
[0016]同時，本發明還可以針對處在靜默模式的射頻信號源，通過所述處理器發出廣播數據，並利用所述射頻信號發送器對廣播數據混頻，再經過功率放大器B進行發送，最後經定向天線B對全頻段進行廣播，然後根據定向天線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]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0018]射頻信號的頻率範圍為300kHz到30GHz之間，我國商用頻段根據不同制式手機通信網絡及其附屬設備、無線尋呼發射、點對點擴頻通信設備、3.5GHz無線接入通信設備、電視發射設備等設備劃分了各自的網絡頻段，並且嚴格要求了不同設備的發射功率。本發明射頻信號探測及定位方法是基於疊層帶通濾波器實現單一頻段的信號功率探測，並且功率閥值可調，減少噪音信號的幹擾。本發明射頻信號探測及定位裝置，具有小型化、低功耗、便於攜帶、可分頻段探測及定位等特性。本發明射頻探測及定位裝置主要用於特殊環境對於射頻設備的管理和無線信號的甄別探測，探測範圍根據設備的發射功率而不同，探測功率範圍為_70dbm到lOdbm。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明射頻信號探測及定位裝置框圖；
[0020]圖2是本發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]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0026]射頻信號探測及定位系統的基本原理如圖1所示，射頻信號接收器4採用射頻功率檢波器對射頻信號進行功率檢波。
[0027]本發明中主動探測是指被探測的射頻信號源處於靜默模式，不對外進行射頻信號廣播，需要利用本發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，從而對處於靜默模式的射頻信號源進行定位。
[0028]本發明中被動探測是指被探測的射頻信號源處於正常工作模式，對外持續進行射頻信號廣播，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，並配有計時功能，判斷設備距離。實現了主動發射信號對手機、無線路由器等設備進行被動探測。在被動探測時，根據功率衰減模型判斷信號源距離，實現定位。
[0030]本發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於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，採用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，根據接收信號的功率指示，判斷信號方向。採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和射頻信號發送器5，所述處理器6與射頻信號發送器5和顯示器7連接。
[0032]所述定向天線A和定向天線B在水平方向上表現為一定角度範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，實現對單一方向信號的探測，並根據信號強度確定信號方向和位置；本發明中可採用八木天線或拋物面天線，並根據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，從而實現對單一設備的信號輻射和接收，經過疊層片式巴倫帶通濾波器2窄帶濾波後的射頻信號頻帶範圍至少包括GSM、WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA, TDD-LTE, FDD-LTE等通用手機蜂窩網絡頻段，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後，為後續的射頻設備定位提供單一信號鎖定；本發明中，所述疊層片式巴倫帶通濾波器2可採用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用於接收射頻信號，進行功率檢測，提取信號信息；本發明中所述射頻信號接收器4可採用Analog公司的ADL5519或AD8319，射頻信號檢波範圍可達1-1OGHz。
[0035]所述射頻信號發送器5用於將信息轉換成電信號並通過定向天線B進行發送，實現對沒有主動發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送。
[0036]所述功率放大器A用於對接收的模擬信號進行功率放大，以實現對射頻信號的功率顯示；所述功率放大器B用於對發送的信號進行放大並通過定向天線B發送；本發明中，所述功率放大器A和所述功率放大器B可採用Analog公司的ADL5544或ADL5610，實現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用於對整個裝置的控制以及信息處理，本發明中的處理器可採用Samsung公司的S3C6410處理器。所述顯示器7用於顯示接收射頻信號的功率強度、位置信息以及所能實現的操作等；所述嗡鳴器8用於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，並對所要探測的信號頻段進行單一頻段探測；鎖定頻道後，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，並通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和幹擾。然後對該信號頻段進行數據發送，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度旋轉探測，對全頻段的射頻信號進行掃頻接收，然後，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、濾波後，通過所述射頻信號接收器對濾波後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後分為兩路，一路用於定位，另一路用於信息提取；
[0042]對上述用於定位的一路放大信號:所述射頻信號接收器將用於定位的一路放大信號進行峰值檢波後，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，並通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和幹擾；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，即所探測的單一頻段的射頻信號源的方向信息；同時根據功率衰減模型和經過峰值檢波後的峰值功率，計算出所探測的單一頻段射頻信號發射源的距離信息；根據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射源的位置信息；
[0043]對上述用於信息提取的另一路放大信號:所述射頻信號接收器將用於數據提取的另一路放大信號進行混頻/降頻處理，然後通過功率放大器A放大後，將數據傳送給處理器，處理器對所接收的射頻信號進行信號解調，提取其所傳播的信息，並同時傳送給嗡鳴器，進行聲音報警；
[0044]步驟三、處理器將步驟二處理後的結果傳送給顯示器進行顯示。[0045]另外，利用本發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，通過所述處理器發出廣播數據，並利用所述射頻信號發送器對廣播數據混頻，再經過功率放大器B進行發送，最後經定向天線B對全頻段進行廣播，然後根據定向天線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處於持續輻射模式，利用本發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並定位。當信號源處於空閒或者靜默(即主動探測)模式下，本發明全頻段射頻信號探測及定位裝置9要通過定向天線B主動對設定頻域內進行掃頻廣播，使靜默模式下的信號源在接收廣播信號後，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並定位，在此過程中，處理器根據功率最大值確定所探測的射頻信號的角度參數，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，本發明裝置處於單一信號源探測狀態，利用射頻信號接收器對射頻信號進行最大功率探測，然後針對不同環境的功率衰減模型，根據當前信號功率，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]儘管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【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，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬於本發明的保護之內。
【權利要求】
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，其特徵在於，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和射頻信號發送器，所述處理器與射頻信號發送器和顯示器連接； 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，實現對單一方向信號的探測，並根據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，從而實現對單一設備的信號輻射和接收，經過疊層片式巴倫帶通濾波器窄帶濾波後的射頻信號頻帶範圍至少包括GSM、WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA, TDD-LTE, FDD-LTE通用手機蜂窩網絡頻段，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後，為後續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於接收射頻信號，進行功率檢測，提取信號信息； 所述射頻信號發送器用於將信息轉換成電信號並通過定向天線B進行發送，實現對沒有主動發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送； 所述功率放大器A 用於對接收的模擬信號進行功率放大； 所述功率放大器B用於對發送的信號進行放大並通過定向天線B發送； 所述處理器用於對整個裝置的控制以及信息處理； 所述顯示器用於顯示接收射頻信號的功率強度、位置信息以及實現的功能； 所述嗡鳴器用於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，其特徵在於，使用如權利要求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，並包括以下步驟: 步驟一、通過定向天線A進行水平方向上360度旋轉探測，對全頻段的射頻信號進行掃頻接收，然後，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、濾波後，通過所述射頻信號接收器對濾波後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後分為兩路，一路用於定位，另一路用於信息提取； 對上述用於定位的一路放大信號:所述射頻信號接收器將用於定位的一路放大信號進行峰值檢波後，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，並通過信號相位檢測，去除信號多徑傳輸對信號方向判斷的誤差和幹擾；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，即所探測的單一頻段的射頻信號源的方向信息；同時根據功率衰減模型和經過峰值檢波後的峰值功率，計算出所探測的單一頻段射頻信號發射源的距離信息；根據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射源的位置信息； 對上述用於信息提取的另一路放大信號:所述射頻信號接收器將用於數據提取的另一路放大信號進行混頻/降頻處理，然後通過功率放大器A放大後，將數據傳送給處理器，處理器對所接收的射頻信號進行信號解調，提取其所傳播的信息，並同時傳送給嗡鳴器，進行聲音報警；步驟三、處理器將步驟二處理後的結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，其特徵在於，使用如權利要求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，通過所述處理器發出廣播數據，並利用所述射頻信號發送器對廣播數據混頻，再經過功率放大器B進行發送，最後經定向天線B對全頻段進行廣播，然後根據定向天線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 優先權日:2014年5月27日
【發明者】劉鐵根, 劉琨, 江俊峰, 潘亮 申請人:天津大學