CN101038334A - 多普勒无线电测向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多普勒无线电测向系统，属于无线电测向领域。由电子开关、无线电接收机、比较器、中频滤波器、鉴频器、可编程窄带滤波器、A/D转换器、测向控制单片机、PC机和天线阵组成。电子开关输出端与无线电接收机的输入端相连，无线电接收机输出口与比较器的输入端相连；比较器把无线电接收机输出的模拟中频信号变成同频方波，中频滤波器对比较器输出的方波进行带通滤波，经鉴频器进行鉴频，再经可编程窄带滤波器进行窄带滤波，经A/D转换后将无线电来波方向的模拟正弦波信号变成数字量，由测向控制单片机计算出无线电来波的示向度。本单信道多普勒测向系统能完成对已调无线电信号的测向，使测向系统构建简单、稳定性好，且成本较低。

Description

多普勒无线电测向系统

技术领域

本发明涉及一种利用多普勒效应确定无线电信号来波方向的多普勒无线电测向系统，是一种用相位法完成无线电测向的系统，属于无线电测向领域。

背景技术

目前，采用多普勒测向法的测向系统大都使用电子开关高速切换均匀分布在圆周上的若干偶极子天线，从而使得电子开关输出的射频信号产生多普勒频移，通过处理该频移从而可以得到无线电信号的来波方向，即示向度。若来波是未被调制的等幅振荡高频信号，则信号的处理和示向度的计算都很简单；但天空中的无线电信号大都是已调信号，调制信息的存在将造成多普勒测向法示向度计算的误差加大，甚至不能完成有效示向度的计算。消除调制信息的传统方法有：双信道混频法和双向差动法。在双信道混频法测向中，测向系统要使用2个信道能同时工作的单台无线电接收机，这样的接收机一般很昂贵；若使用2台单信道接收机，不但使天线系统变得复杂，而且需要外加混频器和频率同步设备，这样使得系统的成本上升，稳定性下降。在双向差动法测向中，需要解决两个天线同步旋转问题，因此，测向系统需要具有天线同步设备，这样同样使测向系统的成本变得很昂贵。综上所述，采用多普勒双信道混频法或双向差动法消除调制信息影响的测向系统构建复杂，价格昂贵。

发明内容

为了克服上述情况下多普勒测向系统构建复杂、稳定性差和系统成本较高的缺点，本发明提供了一种消除调制信息和噪声对多普勒测向结果不利影响的单信道多普勒无线电测向系统。本多普勒测向系统的比较器在天线等效旋转时把单信道无线电接收机输出的模拟中频信号变成同频方波，同频方波经电平适当衰减后进行可编程带通滤波和鉴频，鉴频输出的模拟信号窄带滤波后进行A/D转换，数字量经示向度算法程序处理后得到无线电来波的示向度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本多普勒测向系统由电子开关、无线电接收机、比较器、中频滤波器、鉴频器、可编程窄带滤波器、A/D转换器、测向控制单片机、PC机和天线阵组成。电子开关为N×1电子开关，其输出端与无线电接收机的输入端相连，无线电接收机的中频输出口与比较器的输入端相连；比较器把无线电接收机输出的模拟中频信号变成同频方波，中频滤波器对比较器输出的方波进行带通滤波，再经鉴频器进行鉴频，再经可编程窄带滤波器进行窄带滤波，经A/D转换后将表示无线电来波方向的模拟正弦波信号变成数字量，由测向控制单片机计算出无线电来波的示向度，然后通过通信接口将示向度送给PC机或其它发出测向指令的系统。比较器可以消除无线电信号的幅度调制信息对测向结果的不利影响。可编程窄带滤波器可以消除空间或系统噪声、无线电信号的相位或频率调制信息对测向结果的不利影响。改变电子开关的开关频率可以减小测向结果的计算误差。比较器和中频滤波器之间、无线电接收机和比较器之间、中频滤波器和鉴频器之间、鉴频器和可编程窄带滤波器之间、可编程窄带滤波器和A/D转换器之间可能会存在放大倍数大于1或者小于1的模拟放大器电路。

测向控制单片机设置的无线电接收机中频带宽如下：

$\mathrm{IFBW}=\frac{256+f_S}{N}\left(\mathrm{kHz}\right)$

其中：f_S是N×1电子开关的开关频率，单位：kHz。

      N是天线阵的天线阵子的数量。

可编程窄带滤波器的中心频率为f_S/N，带宽可由测向控制单片机设置，其值如下：

$\mathrm{AFBW}=\frac{f_S}{10N}\left(\mathrm{kHz}\right)$

其中：f_S是N×1电子开关的开关频率，单位：kHz。

      N是天线阵的天线阵子的数量。

系统的测向流程：测向控制单片机从PC机或网络上得到测向指令后，首先确定N×1电子开关的开关频率f_S的初始值，从而算出中频带宽IFBW和音频带宽AFBW，给无线电接收机发指令设置接收频点和中频带宽，给可编程窄带滤波器设置带宽，接着控制N×1电子开关按频率f_S进行开关切换。比较器把单信道无线电接收机输出的模拟中频信号变成同频方波，同频方波经电平适当衰减后进行带通滤波和鉴频，鉴频输出的模拟信号窄带滤波后进行A/D转换，数字量经示向度算法程序处理后得到无线电来波的示向度。然后，测向控制单片机按照某一步长增大f_S，重复上面的流程可以得到多个示向度，最终的示向度就是这些示向度的数学平均值。最后，测向控制单片机通过通信接口将测向结果发给测向指令发出者。

本发明的有益效果是，本单信道多普勒测向系统能完成对已调无线电信号的测向，使测向系统构建简单、稳定性好，且成本较低。

附图说明

图1是本发明的系统功能框图。

图2是本发明的具体电路图。

图2(a)NX1电子开关

图2(b)测向控制单片机

图2(c)测向控制单片机外围电路

图2(d)通信接口

图2(e)比较器

图2(f)中频滤波器

图2(g)鉴频器

图2(h)可编程窄带滤波器

图2(i)电源

图中1.N×1电子开关，2.无线电接收机，3.比较器，4.中频滤波器，5.鉴频器，6.可编程窄带滤波器，7.A/D转换器，8.测向控制单片机，9.PC机，10.天线阵，11.第一电缆，12.第二电缆，13.第三电缆，14.第四电缆，15.第五电缆，16.第六电缆，17.第七电缆，18.第八电缆，19.第九电缆，20.串口电缆，21.通信电缆，22.第十电缆。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明。

天线阵10是由N个偶极子组成的，以某一方向(如正北方向)为参考方向按顺时针(或逆时针)方向旋转，N个偶极子均匀分布在半径为R的圆周上，每个偶极子与参考方向的夹角为α＝360n/N(其中n为偶极子号，n＝0、1、2...N-1)，且每个偶极子与圆周平面相垂直，N是能被4整除的正整数。无线电接收机2是至少应具有AGC、中频输出接口和遥控接口(RS232或USB)功能的中频带宽可控的单信道接收机。比较器3的门限电平要大于无线电接收机背景噪声瞬时值的最大值。两种比较器逻辑：当比较器3输入信号电平大于门限电平时比较器输出高电平，当比较器输入信号电平小于门限电平时比较器输出低电平；或当比较器3输入信号电平大于门限电平时比较器3输出低电平，当比较器3输入信号电平小于门限电平时比较器3输出高电平。A/D转换器7应具有12bit或16bit的分辨率。测向控制单片机8的核心器件是单片机，板上含有测向控制及信息处理执行代码，信息处理代码含有示向度算法。A/D转换器7也可以包含在测向控制单片机8或其单片机中。

在图1中，天线阵10中的N个天线与N×1电子开关1的N个输入端通过射频电缆相连；N×1电子开关1的1个输出端通过第一电缆11与无线电接收机2天线输入端相连；无线电接收机2的中频输出口通过第二电缆12与比较器3的输入端相连；比较器3、中频滤波器4、鉴频器5和可编程窄带滤波器6可以做在同一电路板内，在比较器3和中频滤波器4之间不同的电路需要不同的模拟衰减量；测向控制单片机8通过第九电缆19、第十电缆22和第八电缆18分别完成对N×1电子开关1、可编程窄带滤波器6和A/D转换器7的控制，通过串口电缆20完成对无线电接收机2的无线电频点和工作方式设置，通过通信电缆21与PC机9进行通信，接收PC机9的测向指令，并将示向度传给PC机9。多普勒测向系统可通过通信接口与本地计算机进行通信，或与局域网、广域网或Internet相连，跟远程主机通信。

图2为本发明的具体电路图。因无线电接收机2和PC机9是整机，所以没有给出其电路图。N×1电子开关1由4片ADG936BRU组成；天线阵10由分布在同一圆周上的8个半波偶极子组成；比较器3的核心芯片是1片TI公司OPA699运放，能完成正弦波到同频方波的转换，同时具有信号电平的限幅功能，能消除无线电信号调制信息对测向结果的影响；中频滤波器4由1片陶瓷滤波器SFE10.7MA组成，完成10.7MHz中频信号的滤波，消除带外噪声和干扰对测向结果的影响；鉴频器5的核心芯片是TA7130，完成对10.7MHz中频信号的鉴频，输出的信号是不含直流成份的正弦波；可编程窄带滤波器6由1片MAX268为核心芯片的电路组成，对鉴频器5输出信号进行窄带滤波，可编程窄带滤波器6的带宽由测向控制单片机8进行实时控制，能提高无线电测向的精度；测向控制单片机8是C8051F060，完成对N×1电子开关1、无线电接收机2、可编程窄带滤波器6的控制和与PC机9的通信；A/D转换器7包含在C8051F060中，完成模拟量到数字量的转换。

Claims (9)

1.多普勒无线电测向系统，包括电子开关、无线电接收机、A/D转换器、测向控制单片机和天线阵，其特征在于：还包括比较器、中频滤波器、鉴频器；其中，电子开关的输出端与无线电接收机的输入端相连，无线电接收机的中频输出口与比较器的输入端相连；比较器把无线电接收机输出的模拟中频信号变成同频方波，中频滤波器对比较器输出的方波进行带通滤波，经鉴频器进行鉴频，最后经A/D转换后，由测向控制单片机计算出无线电来波的示向度，然后通过通信接口将示向度送给PC机或其它发出测向指令的系统。

2.根据权利要求书1所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：鉴频器和A/D转换器之间还设置有可编程窄带滤波器，对鉴频输出的模拟信号进行窄带滤波。

3.根据权利要求书1或2所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：无线电接收机和比较器之间包含模拟放大器电路，放大倍数为大于1或者小于1。

4.根据权利要求书1或2所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：比较器和中频滤波器之间包含模拟放大器电路，放大倍数为大于1或者小于1。

5.根据权利要求书1或2所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：中频滤波器和鉴频器之间包含模拟放大器电路，放大倍数为大于1或者小于1。

6.根据权利要求书2所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：鉴频器和可编程窄带滤波器之间包含模拟放大器电路，放大倍数为大于1或者小于1。

7.根据权利要求书2所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：可编程窄带滤波器和A/D转换器之间包含模拟放大器电路，放大倍数为大于1或者小于1。

8.根据权利要求书1所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：窄带滤波器的中心频率为f_S/N。

9.根据权利要求书1所述的多普勒无线电测向系统，其特征在于：所述的电子开关在对某一无线电来波进行测向时，其开关切换频率是可变的。

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