CN101206257B - 一种空降兵集结通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种测向装置，用于接收中心控制装置不间断地发射无线电信号，其中，该测向装置包括两个互相对称的该第一射频接收单元和第二射频接收单元、与该第一射频接收单元和第二射频接收单元分别连接的第一天线和第二天线、频率合成器、本振电路及基带信号处理单元和控制单元、该第一射频接收单元和第二射频接收单元经由该第一天线和第二天线接收到的信号处理后，提供给频率合成器、本振电路和基带信号处理单元处理，经处理后的信号提供给该控制单元，该控制单元根据该第一射频接收单元和第二射频接收单元的场强信号计算出该中心控制装置与测向装置之间的方向角度。本发明在没有卫星定位系统的情况下可实现远距离定位及方向测量，测量精度高、绕射能力强。本发明还提供一种测向方法。

Description

一种空降兵集结通信系统及方法

【技术领域】

本发明涉及通信领域，特别涉及一种空降兵集结通信系统及方法。

【背景技术】

目前，一般的导航、定位方式是利用卫星定位系统，包括美国的全球定位系统(Global Position System，GPS)、俄罗斯的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GLONASS)和欧洲空间局的导航通信卫星(Navigation Communication Satellites，NAVSAT)系统。

在军事作战领域中，国外空降部队的战术集结主要应用一种集成GPS接收机的手持对讲机。该手持对讲机不区分指挥员和普通队员，而可以将队员的位置数据彼此传送，从而实现对等定位，定位精度也很高。同时，该手持对讲机还可以预装电子地图，其定位信息的显示非常直观。该手持对讲机的单台零售价格在2500～3000元人民币之间。其次，该手持对讲机的工作频率为400MHz频段，实际使用结果显示这个频段电波的绕射能力较差，在山地、密集建筑区、森林等恶劣地形地貌通信距离很短(约1km)，这个距离对美、俄等军是可以接受的，但达不到我军的训练要求。要求的通信距离是由空降分散范围决定的，而这个范围又是由空降高度决定的，我军目前的空降高度为800m～1000m之间，美、俄等军的空降高度为500m，使得我军空降分散范围比美、俄等军大1倍，从而要求集结通信系统的通信距离远1倍。另外，该手持对讲机使用时没有中心指挥台，因此大量队员发送定位数据需要人工协调，操作时间长。这种手持对讲机除用于军事集结之外，更广泛用于一般野外作业、紧急事件救援、团队旅游探险等活动。

但在特殊情况下，上述GPS等定位系统可能被控制而不能被使用，即使我国自行建立的卫星定位系统，其信号在敏感地区也有可能被强力干扰而变得不能使用，主要因为卫星信号频率是公开的，没有通信对抗能力。

【发明内容】

为了解决现有技术在卫星定位系统不可用的条件下无法实现定位的问题，本发明提供一种绕射能力较好，通信距离较远的测向装置及其测向方法。

本发明解决现有技术的问题，所采用的技术方案是提供一种空降兵集结通信系统，包括中心控制装置和50～100个测向装置，测向装置用于接收中心控制装置不间断地发射无线电信号，该测向装置包括两个互相对称的该第一射频接收单元和第二射频接收单元、与该第一射频接收单元和第二射频接收单元分别连接的第一天线和第二天线、频率合成器、本振电路及基带信号处理单元和控制单元、该第一射频接收单元和第二射频接收单元经由该第一天线和第二天线接收到的信号处理后，提供给频率合成器、本振电路和基带信号处理单元处理，经处理后的信号提供给该控制单元，该控制单元根据该第一射频接收单元和第二射频接收单元的场强信号计算出该中心控制装置与测向装置之间的方向角度，

所述中心控制装置不间断地发射无线电信号供给该测向装置，该测向装置根据接收到的无线电信号，用以测定中心控制装置与该测向装置之间的方向角度，同时该中心控制装置向该测向装置下达指令，

该测向装置包括与该频率合成器、本振电路和基带信号处理单元连接的射频发射单元和发射天线，该测向装置的响应信息可通过该射频发射单元和发射天线发射给该中心控制装置。

本发明测向装置的进一步改进是：该第一天线和第二天线为环形天线。

本发明测向装置的进一步改进是：该第一天线和第二天线正交垂直分布以拾取地平面两个垂直方向的场强分量。

本发明测向装置的进一步改进是：该第一射频接收单元和第二射频接收单元的场强比值的反正切函数值是该中心控制装置和测向装置之间的角度。

本发明测向装置的进一步改进是：该测向装置中包括GPS接收模块，通过GPS接收中心控制装置的信息指令。

本发明测向装置的进一步改进是：该控制单元是DSP或单片机。

本发明测向装置的进一步改进是：包括与该控制单元连接的液晶显示器，用于显示该中心控制装置与测向装置之间的方向角度和接收信号场强。

一种空降兵集结通信方法，其特征在于包括中心控制装置和50～100个测向装置，

所述中心控制装置不间断地发射无线电信号供给该测向装置，该测向装置根据接收到的无线电信号，用以测定中心控制装置与该测向装置之间的方向角度，同时该中心控制装置向该测向装置下达指令，

该测向装置包括与该频率合成器、本振电路和基带信号处理单元连接的射频发射单元和发射天线，该测向装置的响应信息可通过该射频发射单元和发射天线发射给该中心控制装置。

本发明测向方法的进一步改进是：两个射频接收单元接收的信号是通过两个正交垂直安装的环形天线以拾取地平面两个垂直方向的场强分量而获得。

相较于现有技术，本发明测向装置的有益效果是：测向装置根据接收到的不同的场强信号测算出与中心控制装置之间的角度，从而使采用测向装置的空降兵迅速集结到中心控制装置指定的区域，因此本发明综合应用多项移动通信领域的前沿技术，解决大传播损耗条件下的通信与测向问题，在没有GPS等定位系统的情况下仍能够实现空降兵的迅速集结，本发明综合应用多项移动通信领域的前沿技术，解决大传播损耗条件下的通信与测向问题，因此为国防事业所急需，若应用于军队中将提高我军空降作战的安全保障水平与快速反应能力，从而大大提高我军空降部队的战斗力。能工作于森林、山区、丘陵地和城区等各种地形地貌，并适应雨天、雾天、下雪天等各种天候，同时适于随身携带。

【附图说明】

图1是空降兵集结通信系统结构示意图；

图2是本发明测向装置结构示意图；

图3是图2中各个模块单元的内部电路结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

请一起参考图1和图2，图1是空降兵集结通信系统结构示意图；图2是本发明测向装置结构示意图。该空降兵集结通信系统100包括中心控制装置1和50～100个测向装置2，该中心控制装置1不间断地发射无线电信号供给该测向装置2，该测向装置2根据接收到的无线电信号，用以测定中心控制装置1与该测向装置2之间的方向角度，同时该中心控制装置1向该测向装置2下达指令。

该测向装置2用以接收该中心控制装置1的信号，其包括控制单元20、第一射频接收单元21、与该第一射频接收单元21对称的第二射频接收单元22、与该第一射频接收单元21连接的第一接收天线23、与该第二射频接收单元22连接的第二接收天线24、频率合成器、本振电路和基带信号处理单元25、射频发射单元27和发射天线28。

该第一接收天线23和第二接收天线24分别为环形天线且正交垂直安装以拾取地平面两个垂直方向的场强分量。该第一射频接收单元21通过从第一接收天线23接收的信号，解调出基带信号和第一场强指示信号，然后传递给频率合成器、本振电路和基带信号处理单元25，该第二射频接收单元22的电路与该第一射频接收单元21完全对称，并从第二接收天线24接收的信号，解调出基带信号和第二场强指示信号，然后传递给频率合成器、本振电路和基带信号处理单元25，频率合成器和本振电路提供该第一射频接收单元21和该第二射频接收单元22所需要的全部本振及发射载波，通过该控制单元20处理计算得到来波方向角数据和该中心控制装置1发送的调制数据。该控制单元20具有以下三大功能：a.数字信号处理，以实现比特恢复、比特同步、定时恢复、场强检测、发散角计算及与目标发射机的通信；b.提供人机对话界面，通过键盘和液晶显示屏来实现；c.电源控制、频率的控制以及对电源电量不足等情况进行提前预警等其他控制功能。该控制单元20可用DSP或单片机来实现，如ATMEGA16等。该测向装置2响应信号可通过射频发射单元27调制后，经发射天线28发送给该中心控制装置1。其中，该第一射频接收单元21和第二射频接收单元22的场强比值的反正切函数值是来波方向角，即该中心控制装置1和测向装置2之间的角度。为减小该第一接收天线23和第二接收天线24的方向受周围环境影响，以达到测向精度要求，其尺寸要足够小。为达到较高的接收性能，该第一射频接收单元21和第二射频接收单元22的低噪声放大器应比普通调频电台的接收灵敏度提高10dB以上，该控制单元20采用数字信号处理(DSP)实现最佳接收，再进行前向纠错译码，最佳接收和纠错编码技术各为该第一射频接收单元21和第二射频接收单元22贡献约15dB的灵敏度增益。该测向装置2的响应信息可通过该射频发射单元27和发射天线28发射给该中心控制装置1。请参考图3，是图2中各个模块的内部电路结构示意图。

表示滤波与阻抗变换电路    表示低噪声放大器(LNA)，    表示混频器，

表示解调与场强检测电路，该第一射频接收单元21和该第二射频接收单元22包括滤波与阻抗变换电路，低噪声放大器，混频器，解调与场强检测电路(DEM)，其中，低噪声放大器具有低噪声前置放大功能和自动增益调节功能，低噪声放大功能保证接收机有较高的接收灵敏度(集结半径在5km时，优于-110dbm)，自动增益调节功能保证在不同收发距离与电波覆盖条件下，低噪声放大器的输出电平落在场强检测电路的线性范围内，自动增益调节提供的动态范围应大于20dB；解调与场强检测电路将已调信号恢复成基带信号，该基带信号经交流放大后再进行A/D转换，转换成数字信号送给该控制单元20进行数据恢复，该控制单元20的最佳接收算法将接收灵敏度提高约15dB，场强检测电路将低噪声放大器的输出信号电平转换成与该电平的对数成正比的电流，再经过直流放大器转换成直流电压，送给该控制单元20进行采样、滤波，该控制单元20根据该第一射频接收单元21和该第二射频接收单元22中接收通道的场强信号计算出发散角，以直观形式在液晶显示屏上显示出来。其中频率合成器、解调、场强检测电路可采用现有的集成电路实现，如Mortorola的MC3362芯片等。测向装置2中还可嵌入一个GPS接收模块，以便在GPS可用时取得较精确的定位精度。测向装置2应尽量缩小体积与重量，以适合手持使用并便于移动。

该空降兵集结通信系统100的工作频率范围是50MHz～150MHz。其中，该中心控制装置1与测向装置2的最长通信距离可以达到5km，具有保密功能和很强的抗干扰能力，以符合通信对抗的要求。该空降兵集结通信系统100发射信号频谱符合无线发射设备的相关国家标准与行业标准。该中心控制装置1的技术指标是：发射的无线电信号传输最大距离：5km；发射功率：≤2W；频率稳定度：≤20ppm或1.5kHz；谐波辐射、邻道干扰：≤-40dBc；电池电压：7.2V，4Ah；调制方式：FM，带宽16kHz；识别口令：≥30位，数据加密；信道数不小于20且信道间隔是25kHz。该中心控制装置1可以制成背负式或便携式的，以支持用适当的发射功率进行较长时间的发射。测向装置2的接收灵敏度：≤-120dBm，误比特(译码后)≤10^-4，指令差错率≤10^-11；定向精度(不使用GPS)：≤10°；电池电压：7.2V，1000mAh。

本发明在民用领域也具有巨大的应用前景，如公安、森林消防、地质资源勘探、导游等行业都有巨大的应用。在此类场合，可不考虑禁用GPS的情况，在中心台和测向装置中可用GPS接收模块替换本项目中专门研制的定向模块，而利用设备的通信与指示功能，可实现精确的定位和更快捷的集结。

相较于现有技术，本发明测向装置2根据接收到的不同的场强信号测算出与中心控制装置1之间的角度，从而使采用测向装置2的空降兵迅速集结到中心控制装置1指定的区域，因此本发明综合应用多项移动通信领域的前沿技术，解决大传播损耗条件下的通信与测向问题。高性能接收机技术方面，通过研制新的低噪声接收电路、用DSP实现的最佳接收算法和纠错编码等技术使灵敏度比目前对讲机提高40dB左右。在小型化方面，通过优化单元电路、尽量使用DSP算法取代部分硬件电路等措施，使电路规模比目前对讲机减少20～30％。根据本发明还可进一步开发出其它的小型化、节能、远距离的专用移动通信产品。按某特殊部门提供的信息，每年空降训练约需要2万台(按测向装置计)，陆军侦察需要约5万台。该部门预计每部测向装置可接受的零售价格约为3500元人民币。这样，目前军用场合每年存在约2.5亿元的市场容量。更为重要的是，本发明将为提高我军的快速反应能力做出贡献，其社会效益非常显著。将发明的测向装置的测向模块用GPS模块代替，用于民用集结场合如公安、紧急事件救援、地质资源勘探、导游等行业，则设备可以大大简化，每年销售可达数百万台，销售额可达数十亿元。按目前GPS接收模块的价格估计，这种产品的造价完全可被市场接受。由于潜在应用领域多，因此市场前景非常广阔。本发明所研制的设备因使用环境特殊，对小型化、节能、接收机灵敏度等方面的技术指标有很高的要求，将可能大大超过目前专用移动通信设备的技术指标(公用移动通信设备如蜂窝电话手持机因全球制造商投入了巨额开发费用已在上述方面做得比较理想)。

上述的详细描述仅是示范性描述，本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims (8)

1.一种空降兵集结通信系统，其特征在于，包括中心控制装置和50～100个测向装置，测向装置用于接收中心控制装置不间断地发射无线电信号，该测向装置包括两个互相对称的第一射频接收单元和第二射频接收单元、与该第一射频接收单元和第二射频接收单元分别连接的第一天线和第二天线、频率合成器、本振电路及基带信号处理单元和控制单元，该第一射频接收单元和第二射频接收单元对该第一天线和第二天线接收到的信号处理后，提供给频率合成器、本振电路和基带信号处理单元处理，经处理后的信号提供给该控制单元，该控制单元根据该第一射频接收单元和第二射频接收单元接收到信号的场强计算出该中心控制装置与测向装置之间的方向角度，

所述中心控制装置不间断地发射无线电信号供给该测向装置，该测向装置根据接收到的无线电信号，用以测定中心控制装置与该测向装置之间的方向角度，同时该中心控制装置向该测向装置下达指令，

该测向装置包括与该频率合成器、本振电路和基带信号处理单元连接的射频发射单元和发射天线，该测向装置的响应信息可通过该射频发射单元和发射天线发射给该中心控制装置。

2.根据权利要求1所述的空降兵集结通信系统，其特征在于：该第一天线和第二天线为环形天线。

3.根据权利要求1或2所述的空降兵集结通信系统，其特征在于：该第一天线和第二天线正交垂直分布以拾取地平面两个垂直方向的场强分量。

4.根据权利要求1所述的空降兵集结通信系统，其特征在于：该第一射频接收单元和第二射频接收单元的场强比值的反正切函数值是该中心控制装置和测向装置之间的角度。

5.根据权利要求1所述的空降兵集结通信系统，其特征在于：该测向装置中包括GPS接收模块，通过所述GPS接收模块接收中心控制装置的信息指令。

6.根据权利要求1所述的空降兵集结通信系统，其特征在于：该控制单元是DSP或单片机。

7.根据权利要求1所述的空降兵集结通信系统，其特征在于：包括与该控制单元连接的液晶显示器，用于显示该中心控制装置与测向装置之间的方向角度和接收信号场强。

8.一种空降兵集结通信方法，其特征在于包括中心控制装置和50～100个测向装置，

所述测向装置用于接收中心控制装置不间断地发射无线电信号，该测向装置包括两个互相对称的第一射频接收单元和第二射频接收单元、与该第一射频接收单元和第二射频接收单元分别连接的第一天线和第二天线、频率合成器、本振电路及基带信号处理单元和控制单元，该第一射频接收单元和第二射频接收单元对该第一天线和第二天线接收到的信号处理后，提供给频率合成器、本振电路和基带信号处理单元处理，经处理后的信号提供给该控制单元，该控制单元根据该第一射频接收单元和第二射频接收单元接收到信号的场强计算出该中心控制装置与测向装置之间的方向角度，

所述中心控制装置不间断地发射无线电信号供给该测向装置，该测向装置根据接收到的无线电信号，用以测定中心控制装置与该测向装置之间的方向角度，同时该中心控制装置向该测向装置下达指令，

该测向装置包括与该频率合成器、本振电路和基带信号处理单元连接的射频发射单元和发射天线，该测向装置的响应信息可通过该射频发射单元和发射天线发射给该中心控制装置。

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