CN115561744B - 一种非线性结点探测方法及探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非线性结点探测方法及探测器，探测器包括发射单元和四个接收单元，方法包括以下步骤：S1,接收单元设置在不同的位置，发射单元发射探测信号，若探测范围内存在非线性结点，则接收单元将收到非线性结点反馈的谐波信号，并获取不同的谐波信号的相位数据；若没有非线性结点，接收单元则接收不到谐波信号；S2，计算每两个接收单元的接收信号的相位差，根据相位差及接收单元之间的间距，得出非线性结点的方向角。本发明的非线性结点探测器包括发射单元，接收单元和数据处理单元。本发明可以根据多个接收单元接收到的谐波信号的相位差，快速指出被探测区域内非线性结点的方向和位置点。

Description

一种非线性结点探测方法及探测器

技术领域

本发明属于非线性结点探测器的技术领域，具体涉及一种非线性结点探测方法及探测器。

背景技术

现有技术中，非线性结点探测器有一个发射单元(TX)和一个接收单元(RX)，探测信号通过天线发射出来，在天线覆盖范围内，如果有非线性结点存在，将会产生谐波信号，谐波被接收单元接收，根据接收的谐波信号的强度，即可指示出被探测区域是否有非线性结点的存在，此方法被用于寻找隐藏的电子产品(通常是窃听装置)。

现有的非线性结点探测器在实际使用时，需要通过来回扫描式的搜索被测区域，来找到隐藏的非线性结点，对面积较大的区域，扫描式搜索需要花费较多的时间，而且存在漏扫的风险。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种非线性结点探测方法及探测器，可以快速准确的找出非线性结点的方向或位置。

为实现上述目的，本发明提供一种非线性结点探测方法，探测器包括发射单元和至少两个接收单元，方法包括以下步骤：

S1,接收单元设置在不同的位置，发射单元发射探测信号，若探测范围内存在非线性结点，则接收单元将收到非线性结点反馈的谐波信号，并获取不同的谐波信号的相位数据；若没有非线性结点，接收单元则接受不到谐波信号；

S2，计算每两个接收单元的接收信号的相位差，根据相位差及接收单元之间的间距，得出非线性结点的方向角。

进一步地，步骤S2中，计算所述非线性结点的方向角的方法为：两个接收单元的接收信号的相位分别为PH₁和PH₂，两者的相位差ΔPH＝PH₁-PH₂；已知谐波信号的波长为λ，两个接收单元的间距为S；谐波信号到两个接收单元的距离差为d，则有则非线性结点的方向角/>

进一步地，步骤S1中，接收单元包括第一接收单元，第二接收单元和第三接收单元，三者位于直角三角形的顶点上，第二接收单元位于直角的顶点上。

进一步地，步骤S2中，根据第一接收单元与第二接收单元之间的间距和相位差，得到非线性结点的垂直俯仰角；根据第二接收单元与第三接收单元之间的间距和相位差，得到非线性结点的水平偏转角。

进一步地，接收单元还包括第四接收单元，第一接收单元、第二接收单元、第三接收单元及第四接收单元分别位于矩形的四个顶点上，第一接收单元与第三接收单元位于矩形对角顶点上，第二接收单元与第四接收单元位于矩形对角顶点上。

进一步地，将第一接收单元和第四接收单元之间的相位差，与第二接收单元和第三接收单元之间的相位差取平均值，再结合间距得到非线性结点的水平偏转角；将第二接收单元和第一接收单元之间的相位差，与第三接收单元和第四接收单元之间的相位差取平均值，结合间距得到非线性结点的垂直俯仰角。

进一步地，步骤S1中，接收单元包括第一接收单元、第二接收单元、第三接收单元及第四接收单元，第一接收单元和第三接收单元的连线，与第二接收单元和第四接收单元的连线垂直正交。

进一步地，步骤S2中，根据第一接收单元与第三接收单元之间的间距和相位差，得到非线性结点的水平偏转角；根据第二接收单元与第四接收单元之间的间距和相位差，得到非线性结点的垂直俯仰。

进一步地，接收单元还包括第四接收单元，第一接收单元、所第二接收单元和所第三接收单元所在的平面为基准平面，第四接收单元位于基准平面的上方或下方，根据垂直俯仰角、第四接收单元与第三单元之间的相位差和垂直间距以及第四接收单元距基准面的距离，得到非线性结点到基准平面的距离。

本发明同时提供一种非线性结点探测器，应用上述非线性结点探测方法，包括：

发射单元，用于发射探测信号；

接收单元，设有至少两个，用于接收非线性结点反馈的二次谐波信号；

数据处理单元，计算处理非线性结点的方位数据；

发射单元发射探测信号后，若范围内存在非线性结点，则接收单元获取非线性结点反馈的二次谐波信号的相位数据，数据处理单元根据接收单元的相位数据和间距，计算得出非线性结点的方位数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：在搜索探测具有非线性结点的隐藏式电子设备时，若搜索范围内存在非线性结点，本发明可以根据多个接收单元接收到的谐波信号的相位差，快速得出被探测区域内隐藏的非线性结点的方向和位置，不需要来回搜索，节省搜索操作的时间，提升了非线性结点探测器的探测效率和准确度。

附图说明

图1是本发明实施例一的测角原理图一；

图2是本发明实施例一的测角原理图二；

图3是本发明实施例一的二维测角方法一的原理图；

图4是本发明实施例一的二维测角方法二的原理图；

图5是本发明实施例一的二维测角方法三的原理图；

图6是本发明实施例一的三维测角方法原理图一；

图7是本发明实施例一的三维测角方法原理图二；

图8是本发明实施例二的结构连接图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

本发明实施例一提供一种非线性结点探测方法，探测器包括发射单元TX和至少两个接收单元RX，方法包括以下步骤：

S1,接收单元RX设置在不同的位置，发射单元TX发射探测信号，若探测范围内存在非线性结点，则接收单元RX将收到非线性结点反馈的谐波信号，并获取不同的谐波信号的相位数据；若没有非线性结点，接收单元RX则接受不到谐波信号；

S2，计算每两个接收单元RX的接收信号的相位差，根据相位差及接收单元RX之间的间距，得出非线性结点的方向角。

这样，在搜索探测具有非线性结点的隐藏式电子设备时，若搜索范围内存在非线性结点，可以根据多个接收单元RX接收到的谐波信号的相位差，快速指出被探测区域内隐藏的非线性结点的方向和位置，不需要来回搜索，节省搜索操作的时间，提升了非线性结点的探测效率和准确度。

在本实施例中，如图1-6所示，RX1为第一接收单元，RX2为第二接收单元，RX3为第三接收单元，RX4为第四接收单元，TX为发射单元。

步骤S2中，计算非线性结点的方向角的方法如下：

如图1和2所示，发射单元TX、第一接收单元RX1和第二接收单元RX2均在同一天线板上，或者直接设计成PCB天线；已知第一接收单元RX1和第二接收单元RX2的间距为S，谐波信号的波长为λ；

分别对第一接收单元RX1和第二接收单元RX2接收的基带信号进行相位测量(傅立叶变换或者其它方法)，得到第一接收单元RX1和第二接收单元RX2接收信号的相位分别为PH₁和PH₂，两者的相位差ΔPH＝PH₁-PH₂；

当被测的非线性结点与接收单元的距离远大于间距S时，第一接收单元RX1与第二接收单元RX2收到的电磁波基本等同于平行波，通过相位差ΔPH计算谐波信号到两个接收单元的距离差

根据d可以求出入射谐波信号的偏转角

此偏转角θ为非线性结点的一维方向角。

本实施例的一维测角方法：

接收单元RX包括第一接收单元RX1和第二接收单元RX2，发射单元TX位于第一接收单元RX1和第二接收单元RX2连线的中点上；参照上述的测角计算方法可以快速的得出非线性结点的一维方向角。

本实施例的二维测角方法一：

如图3所示，接收单元RX包括第一接收单元RX1，第二接收单元RX2和第三接收单元RX3，位于直角三角形的顶点上；

第一接收单元RX1和第二接收单元RX2的连线与第二接收单元RX2和第三接收单元RX3的连线互相垂直。采用上述的计算方法，根据第一接收单元RX1与第二接收单元RX2之间的间距和相位差，得到非线性结点的垂直俯仰角根据第二接收单元RX2与第三接收单元RX3之间的间距和相位差，得到非线性结点的水平偏转角θ。

其中第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3接收信号的相位分别为PH₁、PH₂、PH₃；第二接收单元RX2和第三接收单元RX3的间距为S₁，第二接收单元RX2和第一接收单元RX1间距为S₂；谐波信号的波长为λ；

第二接收单元RX2和第三接收单元RX3的接收信号的相位差ΔPH₁＝PH₂-PH₃，与探测到的目标结点的距离差为

第二接收单元RX2和第一接收单元RX1的接收信号的相位差ΔPH₂＝PH₂-PH₁；与探测到的目标结点的距离差为则，

入射谐波信号的水平偏转角

入射谐波信号的垂直俯仰角

这样，综合水平偏转角θ和垂直俯仰角得到目标结点的二维方向角，可以更精准的定位目标非线性结点的方位角。

本方法中优选地，第一接收单元RX1，第二接收单元RX2和第三接收单元RX3设置在等腰直角三角形的三个顶点上，这样S₁＝S₂，计算更方便。同时发射单元TX设置在等腰直角三角形的斜边中点上，这样结构布局更美观，测量的精度也更高。

本实施例的二维测角方法二：

如图4所示，接收单元RX还可以包括第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3及第四接收单元RX4，其分别位于矩形的四个顶点上，第一接收单元RX1与第三接收单元RX3位于矩形对角顶点上，第二接收单元RX2与第四接收单元RX4位于矩形对角顶点上。

第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3、第四接收单元RX4接收信号的相位分别为PH₁、PH₂、PH₃、PH₄。

第一接收单元RX1与第四接收单元RX4的间距等于第二接收单元RX2与第三接收单元RX3的间距，其间距为S₁；第一接收单元RX1与第二接收单元RX2的间距等于第三接收单元RX3与第四接收单元RX4的间距，其间距为S₂；谐波信号的波长为λ；取相位差的平均值，进一步提高检测精度：

ΔPH₁＝[(PH₁-PH₄)+(PH₂-PH₃)]÷2

ΔPH₂＝[(PH₂-PH₁)+(PH₃-PH₄)]÷2

位于矩形两条水平边的接收单元，与探测到的目标结点的距离差为

位于矩形两条垂直边的接收单元，与探测到的目标结点的距离差为

则：入射谐波信号的水平偏转角

入射谐波信号的垂直俯仰角

这样，根据水平偏转角θ和垂直俯仰角可以更精准的定位目标非线性结点的方位角。

本方法中优选地，第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3、第四接收单元RX4分别位于正方形的四个顶点上，则，S₁＝S_2,，这样计算更快捷；发射单元TX位于正方形的中心点上，这样结构布局更美观，测量的精度也更高。

本实施例的二维测角方法三：

如图5所示，接收单元RX还可以包括第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3及第四接收单元RX4，第一接收单元RX1和第三接收单元RX3的连线，与第二接收单元RX2和第四接收单元RX4的连线垂直正交；

其中第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3、第四接收单元RX4接收信号的相位分别为PH₁、PH₂、PH₃、PH₄；第一接收单元RX1与第三接收单元RX3的间距为S₁，第二接收单元RX2和第四接收单元RX4间距为S₂；谐波信号的波长为λ；

第一接收单元RX1与第三接收单元RX3的接收信号的相位差ΔPH₁＝PH₁-PH₃，与探测到的目标结点的距离差为

第二接收单元RX2和第四接收单元RX4的接收信号的相位差ΔPH₂＝PH₂-PH₄；与探测到的目标结点的距离差为则，

入射谐波信号的水平偏转角

入射谐波信号的垂直俯仰角

这样，根据水平偏转角θ和垂直俯仰角可以更精准的定位目标非线性结点的方位角。

优选地，第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3、第四接收单元RX4分别位于正方形的四个顶点上，发射单元TX位于正方形的中心点上。则，S₁＝S_2,，这样计算更快捷，可以更精准快速的定位目标非线性结点的具体方位。此方法的实施概率最大，技术效果更佳。

本实施例的三维测角方法：

如图6和7所示，在二维测角方法一的基础上，以第一接收单元RX1、第二接收单元RX2和第三接收单元RX3所在的平面为基准平面，第四接收单元RX4位于基准平面的上方或下方。

第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3、第四接收单元RX4接收信号的相位分别为PH₁、PH₂、PH₃、PH₄。第四接收单元RX与于基准平面的距离为h。第二接收单元RX1和第三接收单元RX2的间距为S₁，第一接收单元RX2和第二接收单元RX3间距为S₂；谐波信号的波长为λ；

接收单元信号相位差为：

ΔPH₁＝PH₂-PH₃

ΔPH₂＝PH₂-PH₁

ΔPH₃＝PH₃-PH₄

如图6所示，接收单元距离目标非线性结点的距离差分别为：

根据d₁计算出入射谐波信号的水平偏转角为

根据d₂计算出入射谐波信号的垂直俯仰角为

根据d₃计算出入射谐波信号相对于第三接收单元RX3-第四接收单元RX4平面法线的俯仰角为

根据s₂和h可以计算出RX3-RX4平面法线相对于水平面的俯仰角为

如图7所示，目标结点到基准平面的距离d₄、高度d₅和h、的关系如下：

根据h、和/>可以得到目标结点到基准平面的距离d₄：

最后综合水平偏转角θ，垂直俯仰角和距离d₄，就可以精准定位非线性结点的具体空间位置了。

本方法中优选地，第一接收单元RX1、第二接收单元RX2、第三接收单元RX3、第四接收单元RX4分别位于正方形的四个顶点上，则，S₁＝S_2,，这样计算更快捷；发射单元TX位于正方形的中心点上，这样结构布局更美观，测量的精度也更高。

实施例二：

本发实施例二提供一种非线性结点探测器，应用实施例一提供的非线性结点探测方法，如图8所示，包括：

发射单元1，用于发射探测信号；

接收单元2，设有至少两个，用于接收非线性结点反馈的二次谐波信号；

数据处理单元3，计算处理非线性结点的方位数据；

发射单元1发射探测信号后，若范围内存在非线性结点，则接收单元2获取非线性结点反馈的二次谐波信号的相位数据，数据处理单元3根据接收单元2的相位数据和间距，计算得出非线性结点的方位数据。

数据处理单元3包括发射基带数据处理单元31和接收基带数据处理单元32。

发射单元1包括：发射天线11、第一低通滤波器12、第一放大器13、正交调制器14、第一带通滤波器15、数模转换器16及第一本振单元17。

第一本振单元17用于产生射频基波信号的载波，载波信号的频率为F₀，发射基带数据处理单元31产生频率为F₁的正弦波，经过数模转换器16和第一带通滤波器15处理后，再经过正交调制器14处理，产生频率为F₀+F₁的基波信号，经过放大器13放大，再经过低通滤波器12滤除高次谐波，最后经发射天线11发射出来。

本实施例中，接收单元2优选地设有四个，每个接收单元2包括：接收天线21、第二带通滤波器22、第二放大器23、正交解调器24、第二低通滤波器25、模数转换器26及第二本振单元27。

当基波覆盖区域有非线性结点时，非线性结点会产生二次谐波(和其它谐波信号)，非线性结点产生的谐波信号被接收天线21接收，经过第二带通滤波器22滤除基波信号后，进入第二放大器23放大，再进入正交解调器24进行解调(本振信号为2*F₀)，得到谐波的基带为2*F₁，经过第二带通滤波器25处理，进入模数转换器7进行数字化处理，最后由接收基带数据处理单元32进行处理。

本实施例还包括控制与显示单元4，其与发射数据处理单元31和接收基带数据处理单元32连接，用于控制和显示发射单元1和接收单元2的工作状况。

本实施例采用单发射单元和多接收单元的结构，可以在搜索探测具有非线性结点的隐藏式电子设备时，可以根据多个接收单元接收到的谐波信号的相位差，快速指出被探测区域内非线性结点的方向和位置，不需要来回搜索，节省搜索操作的时间，快速找到隐藏的目标非线性结点，提升了非线性结点的探测效率和准确度

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种非线性结点探测方法，其特征在于，探测器包括发射单元和四个接收单元，所述四个接收单元包括第一接收单元、第二接收单元、第三接收单元、和第四接收单元，所述非线性结点探测方法包括以下步骤：

，所述四个接收单元设置在不同的位置，其中，所述第一接收单元、所述第二接收单 元、所述第三接收单元、和所述第四接收单元分别位于矩形的四个顶点上，所述第一接收单 元与所述第三接收单元位于矩形对角顶点上，所述第二接收单元与所述第四接收单元位于 矩形对角顶点上，所述第一接收单元、所述第二接收单元、所述第三接收单元、所述第四接 收单元接收信号的相位分别为、、、，所述第一接收单元与所 述第四接收单元之间的间距等于所述第二接收单元与所述第三接收单元之间的间距，其间 距为；所述第一接收单元与所述第二接收单元之间的间距等于所述第三接收单元与所 述第四接收单元之间的间距，其间距为；谐波信号的波长为λ；所述发射单元发射探测 信号，若探测范围内存在非线性节点，则所述四个接收单元将收到所述非线性结点反馈的 谐波信号，并获取不同的谐波信号的相位数据；若没有非线性结点，所述四个接收单元则接 收不到谐波信号；

，根据相位分别为、、、、谐波信号的波长λ、以及间 距、，计算所述非线性结点的水平偏转角和垂直俯仰角；

步骤中，取相位差的平均值，

位于矩形两条水平边的接收单元，与探测到的目标结点的距离差为；

位于矩形两条垂直边的接收单元，与探测到的目标结点的距离差为。

2.根据权利要求1所述的非线性结点探测方法，其特征在于，非线性结点反馈的谐波信号的水平偏转角；非线性结点反馈的谐波信号的垂直俯仰角。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的非线性结点探测方法，其特征在于，所述四个接收单元分别包括接收天线，所述发射单元包括发射天线，所述四个接收单元的接收天线和所述发射天线都做在同一天线板上，或，所述四个接收单元的接收天线和所述发射天线设计成PCB天线。

4.根据权利要求3所述的非线性结点探测方法，其特征在于，所述矩形为正方形，所述四个接收单元的接收天线分别位于正方形的四个顶点上，所述发射天线位于所述正方形的中心点上。

5.一种非线性结点探测器，其特征在于，包括：

发射单元，用于发射探测信号；

接收单元，设有四个，用于接收非线性结点反馈的二次谐波信号, 所述四个接收单元 包括第一接收单元、第二接收单元、第三接收单元、和第四接收单元，所述四个接收单元设 置在不同的位置，其中，所述第一接收单元、所述第二接收单元、所述第三接收单元、和所述 第四接收单元分别位于矩形的四个顶点上，所述第一接收单元与所述第三接收单元位于矩 形对角顶点上，所述第二接收单元与所述第四接收单元位于矩形对角顶点上，所述第一接 收单元、所述第二接收单元、所述第三接收单元、所述第四接收单元接收信号的相位分别为、、、，所述第一接收单元与所述第四接收单元之间的间距等 于所述第二接收单元与所述第三接收单元之间的间距，其间距为；所述第一接收单元 与所述第二接收单元之间的间距等于所述第三接收单元与所述第四接收单元之间的间距， 其间距为；

数据处理单元，计算处理非线性结点的方位数据；

所述发射单元发射探测信号后，若范围内存在非线性结点，则所述四个接收单元获取 所述非线性结点反馈的二次谐波信号的相位分别为、 、和， 所述谐波信号的波长为λ；

所述数据处理单元根据所述、、和，以及λ、、和， 计算所述非线性结点的水平偏转角和垂直俯仰角；

所述数据处理单元计算相位差的平均值：

位于矩形两条水平边的接收单元，与探测到的目标结点的距离差为；

位于矩形两条垂直边的接收单元，与探测到的目标结点的距离差为。

6.根据权利要求5所述的非线性结点探测器，其特征在于，非线性结点反馈的谐波信号的水平偏转角；非线性结点反馈的谐波信号的垂直俯仰角/>。

7.根据权利要求5-6中任意一项所述的非线性结点探测器，其特征在于，所述四个接收单元分别包括接收天线，所述发射单元包括发射天线，所述四个接收单元的接收天线和所述发射天线都做在同一天线板上，或，所述四个接收单元的接收天线和所述发射天线设计成PCB天线。

8.根据权利要求7所述的非线性结点探测器，其特征在于，所述矩形为正方形，所述四个接收单元的接收天线分别位于正方形的四个顶点上，所述发射天线位于所述正方形的中心点上。

9.根据权利要求5所述的非线性结点探测器，其特征在于，所述数据处理单元包括发射基带数据处理单元和接收基带数据处理单元；

所述发射单元包括发射天线、第一低通滤波器、第一放大器、正交调制器、第一带通滤波器、数模转换器及第一本振单元；

第一本振单元用于产生射频基波信号的载波，载波信号的频率为，所述发射基带 数据处理单元产生频率为的正弦波，经过数模转换器和第一带通滤波器处理后，再经 过正交调制器处理，产生频率为+的基波信号，经过放大器放大，再经过低通滤波 器滤除高次谐波，最后经发射天线发射出来。

10.根据权利要求9所述的非线性结点探测器，其特征在于，每个接收单元包括：接收天线、第二带通滤波器、第二放大器、正交解调器、第二低通滤波器、模数转换器及第二本振单元；

当基波信号覆盖区域有非线性结点时，非线性结点会产生二次谐波，非线性结点产生 的谐波信号被接收天线接收，经过第二带通滤波器滤除基波信号后，进入第二放大器放大， 再进入正交解调器进行解调，得到谐波的基带为，经过第二带通滤波器处理，进入 模数转换器进行数字化处理，最后由接收基带数据处理单元进行处理。

11.根据权利要求9所述的非线性结点探测器，其特征在于，所述非线性结点探测器还包括控制与显示单元，其与发射数据处理单元和接收基带数据处理单元连接，用于控制和显示发射单元和接收单元的工作状况。