无线信号自动定向发射系统的制作方法

本实用新型涉及无线通信技术领域，特别是一种无线信号发射系统。

背景技术：

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，在移动过程中实现的无线通信又称为移动通信。卫星通信是无线通信中最为重要的通信方式，其实利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立的通信联系。在国防和民用通信技术领域，定向通信可以降低发射功率并减少信息的泄露范围；目前实现定向通信的方案是在收到目标位置信息后通过人工或机械方式转动定向发射天线，此种实现定向通信的方法存在效率低下、精度较差的缺点。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种无线信号的自动定向发射系统，能够实现无线信号的自动定向发射，以降低发射功耗，减少信息泄露，提高工作效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

无线信号自动定向发射系统，包括定位定向处理模块、天线阵控制模块、功率分配模块、移相模块、电源模块、信号发射天线阵以及两个卫星导航定向天线；所述卫星导航定向天线用于接收室外卫星导航信号，卫星导航定向天线的输出端通过屏蔽同轴电缆与定位定向处理模块的输入端连接；定位定向处理模块用于计算出两个卫星导航定向天线基线法线与正北的夹角和系统中心的位置，并将得到的方向角及位置通过RS422接口送到天线阵控制模块；天线阵控制模块结合通过网络通信接收到的目标位置信息，计算出目标与天线之间的距离和夹角以及信号发射天线阵中各阵元发射信号的相位和幅度，然后通过控制移相模块调整信号发射天线中各阵元的相位，通过功率分配模块调整各阵元的幅度，从而使天线阵的辐射信号主瓣射向目标方向。

上述无线信号自动定向发射系统，所述定位定向处理模块包括FPGA模块以及与FPGA模块连接并分别对应两个卫星导航定向天线的处理单元，处理单元包括依次连接的低噪放放大模块、下变频模块以及模数转换模块，所述低噪放放大模块的输入端连接卫星导航定向天线，模数转换模块的输出端连接FPGA模块的输入端，FPGA模块的输出端连接天线阵控制模块的输入端。

上述无线信号自动定向发射系统，所述天线阵控制模块包括ARM处理器、FPGA控制器、网络通信接口以及RS422接口，所述ARM处理器经RS422接口与定位定向处理模块的FPGA模块输出端连接，ARM处理器的输出端连接FPGA控制器的输入端连接，FPGA控制器的输出端与移相模块的输入端连接。

上述无线信号自动定向发射系统，所述移相模块包括串联连接的六个移相器，六个移相器的相移量分别为5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°。

上述无线信号自动定向发射系统，所述功率分配模块包括增益可调功放电路以及两级串联的一分四功分器，所述增益可调功放电路的受控端连接天线阵控制模块的输出端，增益可调功放电路连接一分四功分器的输入端。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型利用卫星导航信号实现系统自身的定位定向，采用天线阵的方式发射通信信号，天线阵的信号辐射方向根据目标位置信息及系统自身位置信息进行自动调整，解决了承载系统的平台在移动状态下的天线定向发射问题，能够实现无线信号的自动定向发射，降低了发射功耗，减少了信息泄露，提高了工作效率，具有体积小、重量轻、自动化程度高等特点，可广泛应用于车辆、舰船、飞机等移动物体中进行无线信号的自动定向发射。

附图说明

图1为本实用新型所述无线信号自动定向发射系统的总体结构框图；

图2为本实用新型所述定位定向模块结构框图；

图3为本实用新型所述天线阵控制模块结构框图；

图4为本实用新型所述移相控制模块结构框图；

图5为本实用新型所述移相器电路图；

图6为本实用新型所述功率分配模块结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种无线信号自动定向发射系统，其结构如图1所示，包括定位定向处理模块、天线阵控制模块、功率分配模块、移相模块、电源模块、信号发射天线阵以及两个卫星导航定向天线；卫星导航定向天线用于接收室外卫星导航信号，两个卫星导航定向天线的输出端经屏蔽同轴电缆与定位定向处理模块的输入端连接，定位定向处理模块的输出端连接天线阵控制模块的输入端，天线阵控制模块的输出端分别与功率分配模块和移相模块的输入端连接，功率分配模块和移相模块的输出端分别与信号发射天线阵中的各天线阵元连接。电源模块用于为系统的各个模块提供电源。

定位定向处理模块用于计算出两个卫星导航定向天线的基线法线与正北的夹角和系统中心的位置，并将得到的方向角及位置通过RS422接口输送到天线阵控制模块。定位定向处理模块的结构如图2所示，包括FPGA模块以及与FPGA模块连接并分别对应两个卫星导航定向天线的处理单元，处理单元包括依次连接的低噪放放大模块、下变频模块以及模数转换模块，低噪放放大模块的输入端连接卫星导航定向天线，模数转换模块的输出端连接FPGA模块的输入端，FPGA模块的输出端连接天线阵控制模块的输入端。其中，FPGA模块主要完成对卫星导航信号的捕获、跟踪、导航电文解调，并根据导航电文、原始观测量完成位置、速度、时间、方向信息的解算工作。

天线阵控制模块根据定位定向处理模块发送的信息以及接收的目标位置，计算出目标与天线之间的距离和夹角，同时计算出天线阵各阵元发射信号的相位和幅度，并将移相控制信号和功率控制信号发射给移相模块和功率分配模块。天线阵控制模块采用ARM+FPGA结构，具体结构如图3所示，包括ARM处理器、FPGA控制器、网络通信接口以及RS422接口，ARM处理器经RS422接口与定位定向处理模块的FPGA模块输出端连接，ARM处理器的输出端连接FPGA控制器的输入端连接，FPGA控制器的输出端与移相模块的输入端连接。其中，ARM处理器用于根据定位定向处理模块发送的信息结合外部目标信息进行信号处理，FPGA控制器则主要完成天线阵朝目标方向发射信号时天线阵各阵元的相位设置和功率的计算，并把相位控制信息送到移相模块，功率控制信息发送到功率分配模块。

移相模块用于根据天线阵控制模块的指令调整各天线阵元的相位，移相模块的具体结构如图4所示，包括串联连接的六个移相器，六个移相器的相移量分别为5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°，用二进制码控制电路控制各 PIN 二极管的通与断，从而可获得2⁶（64）个相移状态。移相器采用由四个PIN二极管组成的π形电路结构，如图5所示。

功率分配模块用于根据天线阵控制模块的指令调整各天线阵元的幅度，功率分配模块的具体结构如图6所示，包括增益可调功放电路以及两级串联的一分四功分器，增益可调功放电路的受控端连接天线阵控制模块的输出端，增益可调功放电路连接一分四功分器的输入端。增益可调功放电路根据天线阵控制模块传来的功率控制信号决定外部送来的射频信号的放大增益，射频信号经增益可调功放电路进行信号放大后，再经过多级1分4功分器均等地分配给各天线阵元。

本实用新型的工作原理为：卫星导航定向天线将接收的室外卫星导航信号通过屏蔽同轴电缆输送给定位定向处理模块；定位定向处理模块计算出两个卫星导航定向天线基线法线与正北的夹角和系统中心的位置，并将得到的方向角及位置通过RS422接口送到天线阵控制模块；天线阵控制模块结合通过网络通信接收到的目标位置信息，计算出目标与天线之间的距离和夹角以及信号发射天线阵中各阵元发射信号的相位和幅度；然后通过控制移相模块调整信号发射天线中各阵元的相位，通过功率分配模块调整各阵元的幅度，从而使天线阵的辐射信号主瓣射向目标方向。

无线信号自动定向发射方法，该方法基于无线信号自动定向发射系统实现，其原理是利用双天线获取系统的位置、方位信息，利用目标位置信息和系统自身的位置方向信息调整天线阵各单元的相位和幅度，使天线阵的信号发射主瓣射向目标。具体包括以下步骤。

A. 开启电源模块，使系统各模块正常工作；启动两个卫星导航定向天线接收室外卫星导航信号，通过射频电缆送到定位定向处理模块。

B.两路室外卫星导航的射频信号送入定位定向处理模块进行处理。首先室外卫星导航的射频信号经低噪放放大模块进行低噪放放大处理后，经下变频模块转换为中频信号，再通过模数转换模块将中频信号转换为数字信号后；FPGA模块完成信号的捕获、跟踪、导航电文解调，并根据导航电文、原始观测量完成自身位置、速度、时间、方向信息的解算，以RS422/RS232接口按要求输出解算信息。

C. 天线阵控制模块的ARM处理器通过网络通信接口接收外部设备送来的目标位置/方位信息，并通过RS422接口接收系统本身的位置、方向，ARM处理器进行信息处理以后，发送给FPGA控制器，FPGA控制器计算出天线阵各单元需要调整的相位和幅度，并发送给移相模块和功率分配模块。

D.移相模块根据接收的相位调节指令调整天线阵元的相位。

F. 需要发射的信号通过射频电缆接入到功率分配模块，功率分配模块根据天线阵控制模块传来的功率控制信号对射频信号进行信号放大，然后通过一分四功分器输送到各天线阵元，通过天线阵元发射到指定的目标方向。