专利名称：双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站系统，属于通信技术中的阵列信号数字处理测向技术领域。
背景技术：
目前同类产品有法国Esmeralda三通道系统和德国R/S公司的DDF05E系统。然而他们全都只是垂直极化的系统；而没有双极化系统。并且价格昂贵。只能对模拟通信信号进行监测的设备已不再能满足数字通信信号监测的需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站系统。采用了三(更多)信道数字监测接收机(一个单信道监测接收机和一个双信道监测/测向接收机的组合)、加上双极化监测天线系统、计算机、数字监测处理器等，组成一套相对独立的数字化双极化监测系统；同时利用其中的双信道监测/测向接收机、加上双极化测向天线系统、计算机、数字测向处理器等，可组成相对独立的数字式双极化双信道相关干涉仪测向系统。在一个移动站中，这两套系统可独立、同步运行，也可合并运行，同时进行双极化监测和双极化测向的工作。
本发明的技术解决方案其结构主要包括包括垂直极化干涉仪测向天线、水平极化干涉仪测向天线、垂直极化监测天线、水平极化监测天线，两个电旋开关单元、RF放大器、三个选择器、两个三功能RF放大器、三信道接收机、PC机、监测测向处理器、自校信号发生器、路由器、车头方位指示器、GPS、电子罗盘、逆变电源、打印机、网络等。
本发明的优点一对天线元同时采样，确保同步、快速、精确、抗干扰能力强。采用复合型有源双极化双信道测向天线阵，在同一套测向天线阵元组合中，同时包容了垂直极化双信道测向天线阵和水平极化双信道测向天线阵，而且很好地解决了各天线阵元间的互耦问题。具有放大、直通、衰减三种功能，自动切换，扩大了接收信号的动态应用范围，特别是在接收强信号时，不容易因信号饱和而产生阻塞。采用了软件无线电和数字信号处理(DSP)技术、解调解码技术，加强了对数字信号的监测和对数字信号的特征分析，如宽带实时FFT数字监测等。在不进行测向时，可立即转入多信道的同时进行不同频域、时域、调制域的监测和信号分析，最充分地使用了投资资源。系统精度高、灵敏度好、速度快、性能稳定、可靠性高。其广播电视信号监测和双信道相关干涉仪测向系统，符合国际电联ITU推荐标准中对广播电视信号的监测要求和国家广电部门的相关要求。
附图1是本发明实施例电原理框图。
附图2是三功能RF放大器电原理框图。
附图3是自校信号发生器电原理框图。
附图4是高、低端电旋开关电原理示意图(以一组电旋开关为例)。
附图5是功率分配器以1∶2分配器为例的结构框图。
附图6是双极化多信道无线电监测和相关干涉仪测向移动站系统中所用的测向天线阵示意图。
附图7是软件控制系统的流程图。
图中的A是垂直极化干涉仪测向天线阵、B是水平极化干涉仪测向天线阵、C是垂直极化监测天线、D是水平极化监测天线、1是第一电旋开关单元、2是第二电旋开关单元、3是第一选择器、4是自校信号发生器、5是第一个三功能RF放大器、6是第二个三功能RF放大器、7是第三选择器、8是三信道接收机、9是PC机、10是监测测向处理器、11是第二选择器、12是第一个RF放大器、13是第n个RF放大器、14是路由器、15是蓄电池、16是车头方位指示器、17是打印机、18是电子罗盘、19是GPS。20是五单元水平极化环形有源测向天线阵20MHz-1000MHz、21是五单元垂直极化有源测向天线阵1000MHz-3000MHz、22是天线罩、23是五单元垂直极化有源测向天线阵20MHz-1000MHz。R1、R2、R3是电阻、C1、C2、C3是电容。D1-12是二极管、V1-V7是监测测向控制器输出的电压；软件控制系统的流程图包括监测测向服务程序(dfNetServer)测向流程和监测测向服务程序(dfNetServer)运行流程。
具体实施例方式
对照附图，其结构主要包括垂直极化干涉仪测向天线阵A、水平极化干涉仪测向天线阵B、垂直极化监测天线C、水平极化监测天线D、第一电旋开关单元1、第二电旋开关单元2、第一选择器3、自校信号发生器4、第一个三功能RF放大器5、第二个三功能RF放大器6、第三选择器7、三信道接收机8、PC机9、监测测向处理器10、第二选择器11、第一个RF放大器12、第n个RF放大器13、路由器14。它们间的连接关系垂直极化干涉仪测向天线阵A、水平极化干涉仪测向天线阵B、垂直极化监测天线C、水平极化监测天线D将天线接收的信号分别与第一电旋开关单元1、第二电旋开关单元2、第一个RF放大器12、第n个RF放大器13的第一输入端对应相接；第一电旋开关单元1和第二电旋开关单元2的第一、第二输出端分别对应接入第一选择器3的第一、第二、第三、第四输入端；第一个RF放大器12和第n个RF放大器13的信号输出端与第二选择器11的第一、第二输入端对应相接；第一选择器3的第一输出端与第一个三功能RF放大器5的第一输入端相接，第一选择器3的第二输出端与第二个三功能RF放大器6的第一输入端相接；第一个三功能RF放大器5的输出端与第三选择器7的第一输入端相接，第二个三功能RF放大器6的输出端与第三选择器7的第二输入端相接，第二选择器11的输出端与第三选择器7的第三输入端相接；第三选择器7的三个输出端分别对应接入三信道接收机8的第一、第二、第三输入端；三信道接收机8的第一个输入/出端与PC机9的第一个输出/输入端相接，三信道接收机8的第二个输入/出端与监测测向处理器10的第二个输出/入端相接，监测测向处理器10的第一个输出/入端与PC机9的第二个输入/出端相接；PC机9的第三个输出/输入端与路由器的输入/出端相接；监测测向处理器10的第一个输出端分别与第三选择器7的第四输入端、第一个三功能RF放大器5的第二输入端、第二个三功能RF放大器6的第二输入端、自校信号发生器4的输入端、第一电旋开关单元1和第二电旋开关单元2的第二输入端相接、第一选择器3的第五输入端相接；第一电旋开关单元1第三输出端与第二电旋开关单元2的第三输入端相接；监测测向处理器10的第二个输出端分别与第一个RF放大器12的第二输入端和第n个RF放大器13的第二输入端以及第二选择器11的第三输入端相接；PC机9的第一、第二输出端分别与车头方位指示器16、打印机17的输入端相接，电子罗盘18、GPS19的输入端分别与PC机的第一、第二输入端相接。
所述的垂直极化干涉仪测向天线阵A，共分两层(对应两个频段)，沿高度方向排列，每层均由五单元有源垂直偶极子天线组成圆型阵列。下层为A波段(20MHz～1000MHz)，阵列最大直径1.0米，单元偶极子长度0.27米；上层是B波段(1000MHz～3000MHz)，阵列最大直径0.38米，单元偶极子长度0.185米。天线阻抗为50Ω。
水平极化干涉仪测向天线阵B，由五付水平放置的加载环天线组成圆阵。与垂直极化A波段测向天线阵在同一水平面上，工作频率为20MHz～1000MHz，阵列直径约0.7米，接口型式为N型插座，天线阻抗为50Ω。
第一电旋开关单元1根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元。它受监测测向处理器10的控制和供电。它用于垂直极化波信号。第一电旋开关单元1中分高、低端电旋开关单元，其中低端电旋开关单元的工作频率为20MHz～1000MHz，内部包括ANS 017L低端电旋开关和ALL 050L(1∶2+1∶5)功率分配器。它相当于一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端和1个自校信号输出端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。ALL 050L功率分配器是把自校信号发生器4产生的自校信号先分成两路，其中一路又被分成5路，引入低端电旋开关，用于对20MHz～1000MHz波段工作的系统进行自校；另一路自校信号传送到高端电旋开关盒中，再经1∶5功率分配器后，送到高频电旋开关单元用于高频段系统的自校。高端电旋开关单元的工作频率为1000MHz～3000MHz，内部包括ANS 018L高端电旋开关和ALL051L 1∶5功率分配器。它也是一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端，它受控同时打通某两路信号通道(分为主路、辅路)和自校信号通道。自校信号发生器4主要由100MHz晶振(型号H0-12B)、频率锁相电路、放大电路、滤波电路串接而成。产生一种频率为100MHz的稳定的信号，经电旋开关、选择器、分配器、放大器、电缆等送到天线振子端，以消除系统内部产生的相位误差，从而对整个系统进行校准。第二电旋开关单元2用于水平极化波信号，工作频率为30MHz～1300MHz。其结构、工作过程与低端电旋开关单元相同。其工作原理当控制电压V1、V2加电，二极管D1-3导通时，来自可搬移垂直极化相关干涉仪测向天线阵1的信号就可传到节点A，当控制电压V2、V3加电，二极管D4-6导通时，自校信号就可传到节点A，当控制电压V4、V5加电，二极管D7-9导通时，节点A的信号就可从主路输出；当控制电压V6、V7加电，二极管D10-12导通时，节点A的信号就可从辅助路输出(如图4所示)；第一选择器3是对从第一电旋开关1、第二电旋开关2输入的两对主辅信号进行选择，从中选取1对主辅信号输出。它有4个输入端、2个输出端和1个控制/供电端。
第一个三功能RF放大器5和第二个三功能RF放大器6，其工作频率均为20MHz～3000MHz，具有放大、直通、衰减三种功能，由软件设定。两个放大器同时对来自第一选择器3的主辅路信号进行处理。它们各有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端。该三功能放大器由高频继电器1、高频继电器2、放大电路、衰减电路和电源组成，第一高频继电器(型号RF303-12)、放大器中的放大管(型号ERA-51SM)。+12V电源受软件控制分别加到第一高频继电器和第二高频继电器上。当第一高频继电器加电，而第二高频继电器不加电时，输入信号经放大电路后得到线性放大，再经第二高频继电器的直通部分输出。即为“放大”。当第一高频继电器不加电，而第二高频继电器加电时，输入信号经第一高频继电器的直通部分后到达高频继电器的衰减电路，经衰减后输出。即为“衰减”。当第一高频继电器和第二高频继电器都不加电时，输入信号经第一高频继电器和第二高频继电器的直通部分输出。即为“直通”。故该放大器具有“直通、放大、衰减”三功能。
第三选择器7是对来自第一个三功能放大器5、第二个三功能放大器6的测向主辅路信号、第二选择器11的监测信号进行选通，根据三信道接收机8(型号TSR 2040)的信道数输出相应的信号到接收机。TSR 2040三信道接收机有三个信道，则选择器7就输出2路用于测向的主辅信号和1路用于监测的信号到接收机。
三信道接收机8对输入信号进行变频、解调、解码，输出包括信号频率、幅度、频偏、调制度、带宽、电平等信息的模拟或数字中频信号，再送到PC机9(ADVANTECH IPC-610)处理。本实施例中选用以色列Tadiran公司的TSR2040三信道监测/测向接收机，进行三信道监测和双信道相关干涉仪测向。其中，双信道监测/测向接收机主要用于双信道相关干涉仪测向；而在不测向时，又可通过软件自动切换到监测测量，同时作多信道监测，适应不同频域、调制域、时域的监测测量，真正做到一机两用，充分利用已投资资源。以色列TSR 2040接收机采用PCI总线结构和模块化设计，一块模板就是一个接收通道。当由二块或更多模块组合成多信道接收机时，外加RFM射频模块，可有很高的相位一致性，实现二(更多)信道相关干涉仪测向。TSR 2040接收机模板可插在带有PCI插槽的工控计算机内，上下用压条固定，构成当代最先进的嵌入式接收机计算机组合的虚拟仪器平台。
PC机9作为应用软件的载体，除了执行程序(包括存储、打印)外，还对大量的数据、音频、视频等进行处理，它通过对大量采集的信息数据进行复杂的统计算法(如自相关算法、相位检波算法、HILBERT变换、FFT算法等)，从而得出信号的方位。它为工业控制计算机，具有运行速度快、容量大、稳定可靠、可扩展、抗震性能好等特点。
监测测向处理器10(型号为DFC 050L)是系统各部分控制驱动单元和直流供电单元。处理器通过串行口与计算机通讯，接受计算机的控制指令，实施对有关单元的控制。如对第一、第二电旋开关单元、第一选择器3、两个三功能RF放大器、第二选择器11、第三选择器7、三信道接收机8的控制，使系统按着软件程序对无线电信号进行监测和测向。
第二选择器11是2∶1选择器，它对来自第一个RF放大器12的垂直极化监测信号和来自第n个放大器13的水平极化监测信号进行选择，从中选取1路监测信号送入第三选择器7。它有2个信号输入端、1个信号输出端、1个控制端。
第一个RF放大器12是一种双功能放大器，具有放大、直通双功能(与三功能放大器相比，取消了衰减功能部分)，对来自垂直极化监测天线C的信号进行放大。其工作频率为20MHz～3000MHz，由软件设定。它有1个控制/供电端、1个输入端、1个输出端。该双功能放大器由高频继电器(型号为RF303-12)、放大电路(其中放大管的型号为ERA-51SM)和电源组成。当+12V电源受软件控制加到高频继电器上时，输入信号经放大电路后输出，即为“放大”。当不加电时，输入信号经高频继电器的直通部分输出，即为“直通”。
第n个RF放大器13是对来自水平极化监测天线D的信号进行放大。(其结构和功能与RF放大器12相同)垂直极化监测天线C按照频段分为两种，低频端(20MHz～300MHz)为有源单极子监测天线；高频端(300MHz～3000MHz)为一种在水平面内无方向性的有源双锥全向天线，天线尺寸为底部直径248mm；高度318mm。输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座。
水平极化监测天线D是一种水平放置的有源加载环型天线，直径0.8米，附着在天线罩上，输入阻抗50Ω。
电池组或市电14包括市电220VAC和蓄电池组(4节12V100AH)。
UPS 15为不间断电源，型号为APC 1000VA在线式。
逆变电源的型号为S1500-212。是将载车发动机富余的12VDC电能转化为220VAC电，经UPS后给系统供电。
车头方位指示器是在液晶显示屏上实时显示相对于车头的信号方位，以便驾驶员及时掌握信号出现的方向，为快速查找信号提供便利。它通过串口与PC机相连。
GPS即全球定位系统(Global Positioning System)，它是由空间卫星、地面监控和用户设备三部分组成的，广泛地应用于各类导航定位系统中。GPS接收机是一个接收GPS卫星信号并实时计算出所处位置坐标的设备。GPS用于移动监测站中，其用途是随时确定移动车的地理位置(经、纬度)，并把数据提供给计算机。在电子地图上实时显示当前位置，同时为显示测向方位和交叉定位提供数据。
本系统采用美国GARMIN公司的GPS 12XL(美洲豹)GPS接收机。GPS 12XL采用并行12通道接收体制，灵敏度高。
电子罗盘是为移动监测站提供实时的参考方位数据，并把数据传输给计算机。本系统采用美国KVH公司的C100型电子罗盘。
打印机为日本CANON公司的BJC-85。
权利要求
1.双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是垂直极化干涉仪测向天线阵、水平极化干涉仪测向天线阵B、垂直极化监测天线、水平极化监测天线将天线接收的信号分别与第一电旋开关单元、第二电旋开关单元、第一个RF放大器、第n个RF放大器的第一输入端对应相接；第一电旋开关单元和第二电旋开关单元的第一、第二输出端分别对应接入第一选择器的第一、第二、第三、第四输入端；第一个RF放大器和第n个RF放大器的信号输出端与第二选择器的第一、第二输入端对应相接；第一选择器的第一输出端与第一个三功能RF放大器的第一输入端相接，第一选择器的第二输出端与第二个三功能RF放大器的第一输入端相接；第一个三功能RF放大器的输出端与第三选择器的第一输入端相接，第二个三功能RF放大器的输出端与第三选择器的第二个输入端相接，第二选择器的输出端与第三选择器的第三输入端相接；第三选择器的三个输出端分别对应接入三信道接收机的第一、第二、第三输入端；三信道接收机的第一个输入/出端与PC机的第一个输出/输入端相接，三信道接收机的第二个输入/出端与监测测向处理器的第二个输出/入端相接，监测测向处理器的第一个输出/入端与PC机的第二个输入/出端相接；PC机的第三个输出/输入端与路由器的输入/出端相接；监测测向处理器的第一个输出端分别与第三选择器的第四输入端、第一个三功能RF放大器的第二输入端、第二个三功能RF放大器的第二输入端、自校信号发生器的输入端、第一电旋开关单元和第二电旋开关单元的第二输入端相接、第一选择器的第五输入端相接；第一电旋开关单元第三输出端与第二电旋开关单元的第三输入端相接；监测测向处理器的第二个输出端分别与第一个RF放大器12的第二输入端和第n个RF放大器的第二输入端以及第二选择器的第三输入端相接；PC机的第一、第二输出端分别与车头方位指示器、打印机的输入端相接，电子罗盘、GPS的输入端分别与PC机的第一、第二输入端相接。
2.根据权利要求1所述的双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是所述的垂直极化干涉仪测向天线阵，共分两层，对应两个频段，沿高度方向排列，每层均由五单元有源垂直偶极子天线组成圆型阵列，下层为A波段(20MHz～1000MHz)，阵列最大直径1.0米，单元偶极子长度0.27米；上层是B波段(1000MHz～3000MHz)，阵列最大直径0.38米，单元偶极子长度0.185米，天线阻抗为50Ω。
3.根据权利要求1所述的双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是水平极化干涉仪测向天线阵B，由五付水平放置的加载环天线组成圆阵。与垂直极化A波段测向天线阵在同一水平面上，工作频率为20MHz～1000MHz，阵列直径约0.7米，接口型式为N型插座，天线阻抗为50Ω。
4.根据权利要求1所述的双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是第一电旋开关单元根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元，其中低端电旋开关单元的工作频率为20MHz～1000MHz，内部包括ANS 017L低端电旋开关和ALL 050L(1∶2+1∶5)功率分配器，它相当于一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端和1个自校信号输出端，高端电旋开关单元的工作频率为1000MHz～3000MHz，内部包括ANS 018L高端电旋开关和ALL051L 1∶5功率分配器。它也是一个高频电子开关，它有5个信号输入端、2个信号输出端、1个控制/供电端口、1个自校信号输入端。
5.根据权利要求1所述的双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是第一个三功能RF放大器和第二个三功能RF放大器，由第一高频继电器、第二高频继电器、放大电路、衰减电路和电源组成。
6.根据权利要求1所述的双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是第垂直极化监测天线C按照频段分为两种，低频端(20MHz～300MHz)为有源单极子监测天线；高频端(300MHz～3000MHz)为一种在水平面内无方向性的有源双锥全向天线，天线尺寸为底部直径248mm；高度318mm。输入阻抗50Ω，接口型式为N型插座；水平极化监测天线D是一种水平放置的有源加载环型天线，直径0.8米，附着在天线罩上，输入阻抗50Ω。
7.根据权利要求1所述的双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站，其特征是车头方位指示器设在液晶显示屏上实时显示相对于车头的信号方位，它通过串口与PC机相连。
全文摘要
本发明是双极化多信道数字式无线电监测和相关干涉仪测向移动站系统，包括垂直极化干涉仪测向天线、水平极化干涉仪测向天线、垂直极化监测天线、水平极化监测天线，两个电旋开关单元、RF放大器、三个选择器、两个三功能RF放大器、三信道接收机、PC机、监测测向处理器、自校信号发生器、路由器、车头方位指示器、GPS、电子罗盘、逆变电源、打印机、网络等。优点一对天线元同时采样，确保同步、快速、精确、抗干扰能力强。采用复合型有源双极化双信道测向天线阵，很好地解决了各天线阵元间的互耦问题。加强了对数字信号的监测和对数字信号的特征分析，如宽带实时FFT数字监测等。在不进行测向时，可立即转入多信道的同时进行不同频域、时域、调制域的监测和信号分析，最充分地使用了投资资源。
文档编号H04B17/00GK1885738SQ20061008829
公开日2006年12月27日 申请日期2006年7月10日 优先权日2006年7月10日
发明者俞文蕴 申请人:俞文蕴