单通道无线电测向系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种单通道无线电测向系统，包括天线阵列、单刀双掷射频开关模块、接收射频通道、频谱分析模块、控制模块以及输出显示模块，所述天线阵列与单刀双掷射频开关模块相连接，所述单刀双掷射频开关模块与接收射频通道相连接，所述接收射频通道与频谱分析模块相连接，所述频谱分析模块与控制模块相连接，所述控制模块分别与单刀双掷射频开关模块和输出显示模块相连接。本发明针对通信、军事等应用中的无线电测向问题，采用由高速射频开关控制的周期性切换的天线阵列，通过对接收的无线电信号的频谱成分进行分析，实现对无线电入射方向的测量。本发明适用于需要低硬件复杂度、低成本的快速无线电测向。
【专利说明】单通道无线电测向系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线工程【技术领域】，具体是一种利用单射频通道实现无线电测向的单通道无线电测向系统。
【背景技术】
[0002]传统的无线电测向技术一般由天线阵列、多通道接收机和控制器、输出显示模块等几部分组成，例如相位干涉仪、基于超分辨率空间谱估计的测向阵列等。相对于单通道测向系统，多射频通道的测向系统存在硬件结构复杂，成本高等缺点，同时要求各射频通道的幅相一致性较好，需要附加额外的校正设备。中国专利“一种单通道无线电定位测向系统及其测向方法”(专利申请号:201010598996.2)中提出了一种单通道测向方法，利用开关在圆周分布的天线单元之间切换，通过比较相邻天线单元上接收的无线电信号的相位关系来进行测向，但该测向方法要求在一个测向周期内仅有一个无线电信号入射。当多个无线电信号同时入射时，造成得到的相位关系混乱，从而引起测向失败。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种单通道无线电测向系统，该系统采用单射频通道完成无线电信号的快速测向。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0005]一种单通道无线电测向系统，包括天线阵列1、单刀双掷射频开关模块2、接收射频通道、频谱分析模块8、控制模块9以及输出显示模块10，所述天线阵列I与单刀双掷射频开关模块2相连接，所述单刀双掷射频开关模块2与接收射频通道相连接，所述接收射频通道与频谱分析模块8相连接，所述频谱分析模块8与控制模块9相连接，所述控制模块9分别与单刀双掷射频开关模块2和输出显示模块10相连接，其中:
[0006]-天线阵列，用于接收入射的无线电信号；
[0007]-单刀双掷射频开关模块，用于周期性地选择天线阵列接收的无线电信号，并馈入接收射频通道；
[0008]-接收射频通道，将接收的无线电信号进行低噪声放大、下变频至中频信号并抑制产生的高频分量，得到模拟中频信号，然后将模拟中频信号转换为数字信号；
[0009]-频谱分析模块，在数字域内对接收射频通道上输出的数字信号的基频分量频谱以及由单刀双掷射频开关模块产生的第一次谐波分量频谱进行估计；
[0010]-控制模块，通过输出逻辑信号控制单刀双掷射频开关模块的周期性打开与关断；通过比较基频分量与第一次谐波分量的频谱的相对关系，得到无线电入射方向；
[0011]-输出显示模块，控制模块将得到的无线电入射方向信息输出至显示模块并显示出来。
[0012]优选地，所述天线阵列进行一维测向时，采用两个天线单元。
[0013]优选地，所述单刀双掷射频开关模块为单刀双掷射频开关或者为功分器和单刀单掷开关的组合。
[0014]优选地，所述单刀双掷射频开关模块进行周期性采样，馈入接收射频通道的无线电信号不仅包括原始频谱成分，还包括以开关频率fp为周期产生的各次谐波分量。
[0015]优选地，所述单刀双掷射频开关模块的切换频率fp与接收射频通道的带宽B之间满足如下关系:
[0016]fp > 2B。
[0017]优选地，所述接收射频通道为单射频接收通道，包括低噪声放大器3、本振信号发生模块4、下变频模块5、低通滤波模块6以及模数转换模块7，其中，所述低噪声放大器3与单刀双掷射频开关模块2相连接，所述下变频模块5分别与低噪声放大器3、本振信号发生模块4和低通滤波模块6相连接，所述低通滤波模块6与模数转换模块7相连接，所述模数转换模块7与频谱分析模块8相连接，其中:
[0018]-低噪声放大器3，用于对接收到的无线电信号进行低噪声放大；
[0019]-本振信号发生模块4，用于产生下变频所需的本振信号；
[0020]-下变频模块5，用于将接收到的无线电信号下变频至中频信号；
[0021]-低通滤波模块6，用于对下变频后的信号进行低通滤波，滤除经过下变频模块后产生的高频分量；
[0022]-模数转换模块7，将得到的中频模拟信号转换为数字信号。
[0023]优选地，所述频谱分析模块通过频谱估计专用芯片、数字信号处理器芯片(DSP)或可编程逻辑芯片(CPLD、 FPGA)、并利用离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)方法进行估计。
[0024]优选地，所述控制模块通过单片机、数字信号处理器(DSP)或可编程逻辑芯片(CPLD、FPGA)实现对单刀双掷射频开关模块的控制。
[0025]优选地，所述控制模块得到无线电入射方向的方法，具体为:
[0026]通过分析和比较基频分量频谱 与第一次谐波分量频谱1 之间关系，得到无线
电入射方向Θ，具体计算关系如下:
【权利要求】
1.一种单通道无线电测向系统，其特征在于，包括天线阵列、单刀双掷射频开关模块、接收射频通道、频谱分析模块、控制模块以及输出显示模块，所述天线阵列与单刀双掷射频开关模块相连接，所述单刀双掷射频开关模块与接收射频通道相连接，所述接收射频通道与频谱分析模块相连接，所述频谱分析模块与控制模块相连接，所述控制模块分别与单刀双掷射频开关模块和输出显示模块相连接，其中: -天线阵列，用于接收入射的无线电信号； -单刀双掷射频开关模块，用于周期性地选择天线阵列接收的无线电信号，并馈入接收射频通道； -接收射频通道，将接收的无线电信号进行低噪声放大、下变频至中频信号并抑制产生的高频分量，得到模拟中频信号，然后将模拟中频信号转换为数字信号； -频谱分析模块，在数字域内对接收射频通道上输出的数字信号的基频分量频谱以及由单刀双掷射频开关模块产生的第一次谐波分量频谱进行估计； -控制模块，通过输出逻辑信号控制单刀双掷射频开关模块的周期性打开与关断；通过比较基频分量与第一次谐波分量的频谱的相对关系，得到无线电入射方向； -输出显示模块，控制模块将得到的无线电入射方向信息输出至显示模块并显示出来。
2.根据权利要求1·所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述天线阵列进行一维测向时，采用两个天线单元。
3.根据权利要求1所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述单刀双掷射频开关模块为单刀双掷射频开关或者为功分器和单刀单掷开关的组合。
4.根据权利要求1或3所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述单刀双掷射频开关模块进行周期性采样，馈入接收射频通道的无线电信号不仅包括原始频谱成分，还包括以开关频率fp为周期产生的各次谐波分量。
5.根据权利要求4所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述单刀双掷射频开关模块的切换频率fp与接收射频通道的带宽B之间满足如下关系:
fp > 2B。
6.根据权利要求1所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述接收射频通道为单射频接收通道，包括低噪声放大器、本振信号发生模块、下变频模块、低通滤波模块以及模数转换模块，其中，所述低噪声放大器与单刀双掷射频开关模块相连接，所述下变频模块分别与低噪声放大器、本振信号发生模块和低通滤波模块相连接，所述低通滤波模块与模数转换模块相连接，所述模数转换模块与频谱分析模块相连接，其中: -低噪声放大器，用于对接收到的无线电信号进行低噪声放大； -本振信号发生模块，用于产生下变频所需的本振信号； -下变频模块，用于将接收到的无线电信号下变频至中频信号； -低通滤波模块，用于对下变频后的信号进行低通滤波，滤除经过下变频模块后产生的高频分量； -模数转换模块，将得到的中频模拟信号转换为数字信号。
7.根据权利要求1所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述频谱分析模块通过频谱估计专用芯片、数字信号处理器芯片或可编程逻辑芯片、并利用离散傅里叶变换或快速傅里叶变换方法进行估计。
8.根据权利要求1所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述控制模块通过单片机、数字信号处理器或可编程逻辑芯片实现对单刀双掷射频开关模块的控制。
9.根据权利要求1所述的单通道无线电测向系统，其特征在于，所述控制模块得到无线电入射方向的方法，具体为: 通过分析和比较基频分量频谱Ftl与第一次谐波分量频谱之间关系，得到无线电入射方向Θ，具体计算关系如下:
【文档编号】G01S3/46GK103439686SQ201310317954
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】贺冲, 曹岸杰, 梁仙灵, 金荣洪, 耿军平 申请人:上海交通大学