專利名稱：多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，屬于通信技術中的陣列信號數(shù)字處理測向技術領域。
背景技術：
早期的監(jiān)測測向系統(tǒng)采用的是比幅測向體制，它是通過比較天線陣上各單元天線接收到的信號幅度大小，來判別信號的方位。而這種方法由于承受周圍惡劣電磁環(huán)境影響的能力較差，往往出現(xiàn)判斷的信號方位不準確、測向精度不高、靈敏度較差、測向速度慢、易受干擾等現(xiàn)象。隨著無線電頻譜管理工作的深入，早期的監(jiān)測設備和監(jiān)測技術已不能適應時代發(fā)展的要求。為此，我公司瞄準世界先進技術，研發(fā)了多信道無線電監(jiān)測和相關干涉儀測向固定站系統(tǒng)，率先填補了國內(nèi)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對早期無線電監(jiān)測存在的缺陷，提出一種多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，對垂直極化波的無線電通信信號進行監(jiān)測監(jiān)聽、測向定位；以提高測向速度、提高監(jiān)測測向精度和靈敏度、增強抗干擾能力。
本發(fā)明的技術解決方案其結構包括垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣、高、低端電旋開關、功率分配器、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機、數(shù)字中頻鑒相器、監(jiān)測測向處理單元、工業(yè)控制計算機、低端垂直極化監(jiān)測天線、高端垂直極化監(jiān)測天線、第二天線選擇器、監(jiān)測接收機、電池組或市電、UPS、環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元、集線器、網(wǎng)絡。
所述的監(jiān)測接收機用于無線電監(jiān)測，雙信道測向接收機用于無線電測向，可同時進行無線電監(jiān)測和測向。
本發(fā)明的優(yōu)點一對天線元同時采樣，確保同步、快速、精確。通過對天線陣接收到的信號幅度和相位信息進行相關運算，而獲得信號的方位，從而提高了測向精度和靈敏度、增強了抗干擾能力。采用寬口徑大基礎測向天線陣，很好地解決了各天線陣元間的互耦問題，排除了單元天線間耦合和相位模糊。采用無源測向天線，可避免因有源放大器的線性失真而導致相關干涉儀測向天線空間相位特性曲線的畸變。采用了具有放大、直通、衰減三種功能的放大器，可自動切換，擴大了接收信號的動態(tài)應用范圍，特別是在接收強信號時，不容易因信號飽和而產(chǎn)生阻塞。而且監(jiān)測和測向能同時進行，測向速度加快。系統(tǒng)精度高、靈敏度好、速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高。


附圖1是本發(fā)明實施例電原理框圖。
附圖2多信道(或雙信道)無線電監(jiān)測和相關干涉儀測向固定站系統(tǒng)中所用的測向天線陣示意圖。
附圖3三功能RF放大器電原理框圖附圖4是高、低端電旋開關電原理示意圖(以一組電旋開關為例)。
附圖5是功率分配器以1∶2分配器為例的結構框圖。
附圖6是環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元的結構框圖。
附圖7是本發(fā)明軟件控制系統(tǒng)流程圖。
圖中的1是大基礎干涉儀測向天線陣(垂直極化)、2是高、低端電旋開關、3是功率分配器、4是第一天線選擇器、5是三功能RF放大器、6是雙信道測向接收機、7是數(shù)字中頻鑒相器、8是監(jiān)測測向處理單元、9是工業(yè)控制計算機、10是低端垂直極化監(jiān)測天線、11高端垂直極化監(jiān)測天線、12是第二天線選擇器、13是監(jiān)測接收機、14是電池組或市電、15是UPS、16是環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元、17是集線器、18是網(wǎng)絡、19是避雷針、20是五單元垂直極化無源測向天線陣1350MHz-3000MHz、21是五單元垂直極化無源測向天線陣500MHz-1350MHz、22是五單元垂直極化無源測向天線陣160MHz-500MHz、23是五單元垂直極化無源測向天線陣20MHz-160MHz。R1、R2、R3是電阻、C1、C2、C3是電容，D1-12是二極管、V1-V7是監(jiān)測測向控制器輸出的電壓；軟件控制系統(tǒng)的流程圖包括監(jiān)測測向服務程序(dfNetServer)測向流程和監(jiān)測測向服務程序(dfNetServer)運行流程。
具體實施例方式
對照附圖1，其結構包括大基礎垂直極化干涉儀測向天線陣1、高、低端電旋開關2、功率分配器3、第一天線選擇器4、三功能RF放大器5、雙信道測向接收機6、數(shù)字中頻鑒相器7、監(jiān)測測向處理單元8、工業(yè)控制計算機9、低端垂直極化監(jiān)測天線10、高端垂直極化監(jiān)測天線11、第二天線選擇器12、監(jiān)測接收機13、電池組或市電14、UPS15、環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元16、集線器17、網(wǎng)絡18。
它們間的連接關系大基礎垂直極化干涉儀測向天線陣1、高、低端電旋開關2、第一天線選擇器4、三功能RF放大器5、雙信道測向接收機6串接；高、低端電旋開關2的輸出/入端與功率分配器3的輸入/出端相接；雙信道測向接收機6的第一輸出端與數(shù)字中頻鑒相器7的輸入端相接，雙信道測向接收機6的第二輸出端與功率分配器3的第一輸入端相接；數(shù)字中頻鑒相器7的輸出端與工業(yè)控制計算機9的第一輸入端相接，工業(yè)控制計算機9的第一、第二、第三、第四輸出端分別與雙信道測向接收機6的第二輸入端、監(jiān)測測向處理單元8的輸入端、監(jiān)測接收機13的第一輸入端、集線器17的第一輸入端對應相接；監(jiān)測測向處理單元8的第一、第二、第三、第四、第五、第六輸出端分別與功率分配器3的第二輸入端、第一天線選擇器4的第二輸入端、三功能RF放大器5的第二輸入端、雙信道測向接收機6的第三輸入端、第二天線選擇器12的第三輸入端、監(jiān)測接收機13的第二輸入端對應相接；低端垂直極化監(jiān)測天線10、高端垂直極化監(jiān)測天線11的輸出端分別與第二天線選擇器12的第一、第二輸入端對應相接；第二天線選擇器12的輸出端與監(jiān)測接收機13的第三輸入端相接；電池組或市電14與UPS15串接，UPS15第一輸出端與工業(yè)控制計算機9的第二輸入端相接，UPS15第二輸出端與環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元16相接，環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元16的第二輸出端與集線器17的第二輸入端、網(wǎng)絡18的輸入端串接，環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元16的第一個輸出端接工業(yè)控制計算機9的第三輸入端。
所述的垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣1，共分四層排列(對應四個頻段)，沿高度方向排列，每層均由五付無源垂直偶極子天線組成圓型陣列，整個測向天線陣共有20根天線振子，用于接收信號。最下層為20MHz～160MHz波段，陣列最大直徑3.0米，單元偶極子最長1.8米；在其上是160MHz～500MHz波段，陣列直徑和偶極子長度都有所縮??；再往上是500MHz～1350MHz波段，陣列直徑和偶極子長度進一步縮??；最上層是1350MHz～3000MHz波段，陣列直徑和偶極子長度再一次縮小。天線阻抗為50Ω。
高、低端電旋開關2是根據(jù)頻段分為低端電旋開關單元和高端電旋開關單元。它受監(jiān)測測向處理器8的控制和供電。
其中低端電旋開關單元(型號為ANS 017L)的工作頻率為20MHz～1350MHz，它相當于一個高頻電子開關，它有15個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電端口、1個自校信號輸入端和1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。
高端電旋開關單元的工作頻率為1350MHz～3000MHz，型號為ANS 018L，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、1個控制/供電端口、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。其工作原理當控制電壓V1、V2加電，二極管D1-3導通時，來自可搬移垂直極化相關干涉儀測向天線陣1的信號就可傳到節(jié)點A，當控制電壓V2、V3加電，二極管D4-6導通時，自校信號就可傳到節(jié)點A，當控制電壓V4、V5加電，二極管D7-9導通時，節(jié)點A的信號就可從主路輸出；當控制電壓V6、V7加電，二極管D10-12導通時，節(jié)點A的信號就可從輔助路輸出(如圖4所示)；對照附圖5，功率分配器3，包括ALL 050L 1∶2+1∶5功率分配器和ALL 051L 1∶5功率分配器兩部分。ALL 050L功率分配器用于頻率低端，是把接收機產(chǎn)生的自校信號先分成兩路，其中一路又被分成5路，引入低端電旋開關，用于對20MHz～160MHz波段或160MHz～500MHz波或500MHz～1350MHz波段工作的系統(tǒng)進行自校；另一路自校信號傳送到高端電旋開關盒中，再經(jīng)1∶5功率分配器后，送到高頻電旋開關單元用于高頻段系統(tǒng)的自校。
第一天線選擇器4是一個4∶2選擇器，用于從高端電旋開關和低端電旋開關輸出的2對主輔信號中選取1對主輔信號輸出。它有4個輸入端、2個輸出端和1個控制/供電端。
三功能RF放大器5，由兩個放大器組成，工作頻率均為20MHz～3000MHz，具有放大、直通、衰減三種功能，在使用中根據(jù)實際需要由軟件設定。兩個放大器同時對來自天線選擇器1的主輔路信號進行處理。它們各有1個控制/供電端、1個輸入端、1個輸出端。
該三功能放大器(如圖3)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電源受軟件控制分別加到第一高頻繼電器和第二高頻繼電器上。當?shù)谝桓哳l繼電器加電，而第二高頻繼電器不加電時，輸入信號經(jīng)放大電路后得到線性放大，再第二經(jīng)高頻繼電器的直通部分輸出。即為“放大”。當?shù)谝桓哳l繼電器不加電，而第二高頻繼電器加電時，輸入信號經(jīng)第一高頻繼電器的直通部分后到達第二高頻繼電器的衰減電路，經(jīng)衰減后輸出。即為“衰減”。當?shù)谝桓哳l繼電器和第二高頻繼電器都不加電時，輸入信號經(jīng)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。
雙信道測向接收機6，是對輸入的兩路主輔信號進行變頻、解調(diào)、解碼，輸出包含信號相位和幅度特性的中頻信號，再到數(shù)字中頻鑒相器7處理。本實施例中選用日本Anritsu公司的RR509A雙信道測向接收機，它的兩個信道共用一個本振源，相位一致性好，從而保證了相關干涉儀測向系統(tǒng)的高精度，且系統(tǒng)靈敏度很高、穩(wěn)定可靠。
數(shù)字中頻鑒相器7的主要功能是檢波出信號矢量電壓中的相位信息，它由模擬乘法器(型號MC1596L)、移相器(有兩種型號PSCQ-2-0.455和PSCQ-2-21.4，分別用于對455KHz中頻和21.4MHz中頻信號進行處理)和放大電路(其中的放大管型號為C157C)等組成，對來自接收機的中頻信號進行處理，輸出信號的相位信息。再通過模數(shù)(A/D)變換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號提供給計算機。
監(jiān)測測向處理器8(型號為DFC 050L)是系統(tǒng)各部分控制驅(qū)動單元和直流供電單元。處理器通過串行口與工業(yè)控制計算機9(ADVANTECHIPC-610)通訊，接受計算機的控制指令，對功率分配器和高、低端電旋開關、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機、第二天線選擇器、監(jiān)測接收機的控制，使系統(tǒng)按著軟件程序?qū)o線電信號進行監(jiān)測和測向。
工業(yè)控制計算機9(ADVANTECH IPC-610)是作為應用軟件的載體，除了執(zhí)行程序(包括存儲、打印)外，還對大量的數(shù)據(jù)、音頻、視頻等進行處理，它通過對大量采集的信息數(shù)據(jù)進行復雜的統(tǒng)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。它具有運行速度快、容量大、穩(wěn)定可靠、可擴展、抗震性能好等特點。
低端垂直極化監(jiān)測天線10和高端垂直極化監(jiān)測天線11均為在水平面內(nèi)無方向性的雙錐無源全向天線，低端工作頻率為20MHz～700MHz，高端工作頻率為500MHz～3000MHz。輸入阻抗50Ω，接口型式為N型插座。低端天線尺寸為直徑1732mm；高度1223mm。高端天線尺寸為直徑250mm；高度370mm。
第二天線選擇器12，是一種2∶1選擇器，它對來自低端垂直極化監(jiān)測天線10和高端垂直極化監(jiān)測天線11的信號進行選擇，從中選取1路監(jiān)測信號送入監(jiān)測接收機13(型號為RR511A)。它有2個信號輸入端、1個信號輸出端、1個控制端。
監(jiān)測接收機13對輸入的監(jiān)測信號進行變頻、解調(diào)、解碼，輸出包括信號頻率、幅度、頻偏、調(diào)制度、帶寬、電平、頻譜圖像等信息，它通過RS232接口與計算機通訊，可對不同頻域、調(diào)制域、時域的信號進行監(jiān)測測量。本實施例中選用日本Anritsu公司的RR511A單信道監(jiān)測接收機。
電池組或市電14包括市電220VAC和蓄電池組(8節(jié)12V100AH)。
UPS 15為不間斷電源，型號為APC 2200VA在線式。
對照附圖6，環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元16，它由遠程開關控制模塊(接受控制指令對系統(tǒng)設備上下電、計算機復位、空調(diào)啟動等進行控制)、數(shù)據(jù)采集器(用于現(xiàn)場220VAC的AD采集、讀取設備上下電狀況及電壓數(shù)據(jù)等)、網(wǎng)絡視頻服務器(型號為DS-6001HC，用于傳輸現(xiàn)場圖像)、彩色攝像頭(型號為三星101)、電壓傳感器(型號為DYH28-14A，用于將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V的交流電)、溫濕度傳感器(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。它通過NJ45接口與集線器17相聯(lián)，集線器再與有線/無線傳輸網(wǎng)絡18相接。在控制中心軟件(DESCO DF7.0)作用下，可對遠程固定站進行遙控操作，包括開關機、接收控制中心指令進行監(jiān)測、監(jiān)聽、錄音、測向或交匯定位，并將監(jiān)測監(jiān)聽測向結果回傳到控制中心。此外，對遠程站的工作狀態(tài)、設備連接狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)測，并通過傳輸鏈路將環(huán)境、工作狀態(tài)等監(jiān)測數(shù)據(jù)和通過攝像頭把遠程監(jiān)視的圖像送到控制中心進行監(jiān)視。如有異常(含盜竊、火警等)將及時報警。
權利要求
1.多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是大基礎垂直極化干涉儀測向天線陣、高、低端電旋開關、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機串接；高、低端電旋開關的輸出/入端與功率分配器的輸入/出端相接；雙信道測向接收機的第一輸出端與數(shù)字中頻鑒相器的輸入端相接，雙信道測向接收機的第二輸出端與功率分配器的第一輸入端相接；數(shù)字中頻鑒相器的輸出端與工業(yè)控制計算機的第一輸入端相接，工業(yè)控制計算機的第一、第二、第三、第四輸出端分別與雙信道測向接收機的第一輸入端、監(jiān)測測向處理單元的輸入端、監(jiān)測接收機的第一輸入端、集線器的第二輸入端對應相接；監(jiān)測測向處理單元的第一、第二、第三、第四、第五、第六輸出端分別與功率分配器的第二輸入端、第一天線選擇器的第二輸入端、三功能RF放大器的第二輸入端、雙信道測向接收機的第三輸入端、第二天線選擇器的第三輸入端、監(jiān)測接收機的第二輸入端對應相接；低端垂直極化監(jiān)測天線、高端垂直極化監(jiān)測天線的輸出端分別與第二天線選擇器的第一、第二輸入端對應相接；第二天線選擇器的輸出端與監(jiān)測接收機的第三輸入端相接接；電池組或市電與UPS串接，UPS第一輸出端與工業(yè)控制計算機的第二輸入端相接，UPS第二輸出端與環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元的輸入端相接，環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元的第二輸出端與集線器的第二輸入端、網(wǎng)絡的輸入端串接，環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元的第一輸出端接工業(yè)控制計算機的第三輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是所述的垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣，共分四層排列，對應四個頻段，沿高度方向排列，每層均由五付無源垂直偶極子天線組成圓型陣列，整個測向天線陣共有20根天線振子，最下層為20MHz～160MHz波段，陣列最大直徑3.0米，單元偶極子最長1.8米；在其上是160MHz～500MHz波段，陣列直徑和偶極子長度都有所縮小；再往上是500MHz～1350MHz波段，陣列直徑和偶極子長度進一步縮??；最上層是1350MHz～3000MHz波段，陣列直徑和偶極子長度再一次縮小，天線阻抗為50Ω。
3.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是高、低端電旋開關是根據(jù)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～1350MHz，它有15個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電端口、1個自校信號輸入端和1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；高端電旋開關單元的工作頻率為1350MHz～3000MHz，它有5個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電端口、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。
4.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是功率分配器，包括ALL 050L 1∶2+1∶5功率分配器和ALL051L 1∶5功率分配器兩部分。
5.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是第一天線選擇器是一個4:2選擇器，用于從高端電旋開關和低端電旋開關輸出的2對主輔信號中選取1對主輔信號輸出，它有4個輸入端、2個輸出端和1個控制/供電端。
6.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是三功能RF放大器，由兩個放大器組成，工作頻率均為20MHz～3000MHz，兩個放大器各有1個控制/供電端、1個輸入端、1個輸出端。
7.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是數(shù)字中頻鑒相器由模擬乘法器、移相器和放大電路組成。
8.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是低端垂直極化監(jiān)測天線和高端垂直極化監(jiān)測天線均為在水平面內(nèi)無方向性的雙錐無源全向天線，低端工作頻率為20MHz～700MHz，高端工作頻率為500MHz～3000MHz。輸入阻抗50Ω，接口型式為N型插座；低端天線尺寸為直徑1732mm；高度1223mm；高端天線尺寸為直徑250mm；高度370mm。
9.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是第二天線選擇器是2∶1選擇器，它對來自低端垂直極化監(jiān)測天線和高端垂直極化監(jiān)測天線的信號進行選擇，從中選取1路監(jiān)測信號送入監(jiān)測接收機，它有2個信號輸入端、1個信號輸出端、1個控制端。
10.根據(jù)權利要求書1所述的多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，其特征是環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元，它包括遠程開關控制模塊、數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡視頻服務器、彩色攝像頭、電壓傳感器、溫濕度傳感器、煙霧報警器、紅外報警器。
全文摘要
本發(fā)明是多信道無線電監(jiān)測和相關干涉測向固定站系統(tǒng)，包括垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣、高、低端電旋開關、功率分配器、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機、數(shù)字中頻鑒相器、監(jiān)測測向處理單元、工業(yè)控制計算機、低端垂直極化監(jiān)測天線、高端垂直極化監(jiān)測天線、第二天線選擇器、監(jiān)測接收機、蓄電池組、UPS、環(huán)境監(jiān)控和遙控電源單元、集線器、網(wǎng)絡。優(yōu)點一對天線元同時采樣，確保同步、快速、精確。具有放大、直通、衰減三種功能的放大器，可自動切換，擴大了接收信號的動態(tài)應用范圍，在接收強信號時，不容易因信號飽和而產(chǎn)生阻塞。而且監(jiān)測和測向能同時進行，測向速度加快。系統(tǒng)精度高、靈敏度好、速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高。
文檔編號H04B17/00GK1878378SQ20061008829
公開日2006年12月13日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權日2006年7月10日
發(fā)明者俞文蘊 申請人:俞文蘊