CN101363889A

CN101363889A - 小型嵌入式无线电监测测向站系统

Info

Publication number: CN101363889A
Application number: CNA2008101964865A
Authority: CN
Inventors: 俞惟铨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: CN101363889B

Abstract

本发明是小型嵌入式无线电监测测向站系统，包括折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵、电旋开关单元、RF放大器模块、板卡式接收机、监测测向处理模块、嵌入式计算机系统、环境监测报警模块、远程控制模块、集线器、有线网络传输模块、无线网络传输模块、控制中心、避雷针、五单元垂直极化有源测向天线阵、五单元垂直极化有源测向天线阵。优点：实现对垂直极化无线电信号的远程化和自动化监测；将板卡式接收机、嵌入式计算机系统、监测测向处理模块和网络传输模块等集成在一个机箱中，配备轻型折叠式天线阵，结构紧凑轻便，安装维护方便；组网灵活，支持多种有线/无线网络数据安全传输；实现无线电频谱管理、监测监听、测向定位、统计分析功能。

Description

小型嵌入式无线电监测测向站系统

技术领域

本发明涉及的是一种小型嵌入式无线电监测测向站系统，属于无线电监测技术领域。

背景技术

随着无线电通信事业的高速发展，为了对无线电频率资源进行有效管理、有序使用、免受电磁污染、保护电磁环境，无线电监测(测向)需求也迅速增大，同时对无线电监测(测向)的地域覆盖面积也相继扩大。除在大、中城市外，还需要在大、中城市的“盲区”、中/小城市、县、县级以下地区以及边远、边疆、高山或需要全天候监视的地域建立较多数量的分布式无线电监测站，并通过有线/无线传输组成广域的无线电监测网。但是，要建立如此庞大的监测网，数十个甚至上百个常规高级固定监测站以及每个站的征地、建房、架塔和安装架设等人力、物力、财力的投入无疑是巨大的，远远超过了各地无线电管理部门的承受能力。为此，有必要发展一种小型嵌入式无线电监测测向站系统。

发明内容

本发明提出一种结构紧凑、配置灵活、经济实用、快速发现、宽带监测、信号分析、远程遥控、组网能力强的小型嵌入式无线电监测测向站系统，具有系统智能化、功能多样化、监测自动化、软/硬件模块化、配置灵活化等特点。其目的旨在针对上述存在的问题。

本发明的技术解决方案：其特征是折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵的第一信号输出端、第二信号输出端分别与电旋开关单元的第一信号输入端、电旋开关单元的第二信号输入端对应相接；电旋开关单元的信号输出端与RF放大器模块的第一信号输入端对应相接；RF放大器模块的信号输出端与板卡式接收机的信号输入端对应相接；板卡式接收机的信号输出/输入端与嵌入式计算机系统的第一信号输入/输出端对应相接，嵌入式计算机系统的第二信号输入/输出端与监测测向处理模块的输出/输入端对应相接，嵌入式计算机系统的第三信号输入/输出端与远程控制模块的信号输出/输入端对应相接，远程控制模块的第二信号输出/输入端与集线器的第一信号输入/输出端对应相接，集线器的第二信号输入/输出端与有线网络传输模块的第一信号输出/输入端对应相接，集线器的第三信号输入/输出端与无线网络传输模块的第一信号输出/输入端对应相接；有线网络传输模块的第二信号输出/输入端与控制中心的第一信号输入/输出端对应相接，无线网络传输模块的第二信号输出/输入端与控制中心的第二信号输入/输出端对应相接；环境监测报警模块的输出端与远程控制模块的信号输入端相接；监测测向处理模块的第一信号输出端与RF放大器模块的第二信号输入端对应相接，监测测向处理模块的第二信号输出端与电旋开关单元的第三信号输入端相接，五单元垂直极化有源测向天线阵的工作频率：1000MHz—3000MHz，五单元垂直极化有源测向天线阵的工作频率：20MHz—1000MHz。

本发明的优点：系统实现了对垂直极化无线电信号的远程化和自动化监测；将板卡式接收机、嵌入式计算机系统、监测测向处理模块和网络传输模块等集成在同一个机箱中，配备轻型折叠式天线阵，结构紧凑轻便，安装维护方便；组网灵活，可支持多种有线/无线网络数据安全传输；可实现无线电频谱管理、监测监听、测向定位、统计分析等功能。

附图说明

附图1是本发明实施例电原理框图。

附图2是高、低端电旋开关电原理框图。

附图3是三功能RF放大器电原理框图。

附图4是功率分配器以1：2分配器为例的结构框图。

附图5是折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵示意图

图中的1是折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵、2是电旋开关单元、3是RF放大器模块、4是板卡式接收机、5是监测测向处理模块、6是嵌入式计算机系统(Embedded System)、7是环境监测报警模块、8是远程控制模块、9是集线器、10是有线网络传输模块、11是无线网络传输模块、12是电源模块交流、直流、UPS或太阳能供电(选件)、13是控制中心、14是避雷针、15是五单元垂直极化有源测向天线阵：1000MHz—3000MHz、16是五单元垂直极化有源测向天线阵：20MHz—1000MHz

具体实施方式

对照附图1，其结构是折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵1的第一信号输出端、第二信号输出端分别与电旋开关单元2的第一信号输入端、电旋开关单元的第二信号输入端对应相接；电旋开关单元的信号输出端与RF放大器模块3的第一信号输入端对应相接；RF放大器模块3的信号输出端与板卡式接收机4的信号输入端对应相接；板卡式接收机的信号输出/输入端与嵌入式计算机系统6的第一信号输入/输出端对应相接，嵌入式计算机系统的第二信号输入/输出端与监测测向处理模块5的输出/输入端对应相接，嵌入式计算机系统的第三信号输入/输出端与远程控制模块8的信号输出/输入端对应相接，远程控制模块的第二信号输出/输入端与集线器9的第一信号输入/输出端对应相接，集线器的第二信号输入/输出端与有线网络传输模块10的第一信号输出/输入端对应相接，集线器的第三信号输入/输出端与无线网络传输模块11的第一信号输出/输入端对应相接；有线网络传输模块的第二信号输出/输入端与控制中心13的第一信号输入/输出端对应相接，无线网络传输模块的第二信号输出/输入端与控制中心的第二信号输入/输出端对应相接；环境监测报警模块7的输出端与远程控制模块8的信号输入端相接；监测测向处理模块的第一信号输出端与RF放大器模块的第二信号输入端对应相接，监测测向处理模块的第二信号输出端与电旋开关单元的第三信号输入端相接，五单元垂直极化有源测向天线阵的工作频率：1000MHz—3000MHz，五单元垂直极化有源测向天线阵的工作频率：20MHz—1000MHz。电源模块交流、直流、UPS或太阳能12供电。

所述的折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵1，共分两层排列，对应两个频段，沿高度方向排列。下层为低端天线阵，工作频段为20MHz～1000MHz，由五付长约300mm、直径16mm的有源垂直极化偶极子组成天线圆阵，阵列直径约1000mm，可折叠至与中轴线平行；上层为高端天线阵，工作频段为1000MHz～3000MHz，由五付长约150mm、直径17mm的有源垂直极化偶极子组成天线圆阵，阵列直径约300mm。最上端安装有避雷针，天线总高度约1200mm，阻抗为50Ω，接口为N型插座。

电旋开关单元2是根据频段分为低端电旋开关单元和高端电旋开关单元。它受监测测向处理模块的控制和供电。其中低端电旋开关单元的工作频率为20MHz～1000MHz，内部包括SW-5/2-ML低端电旋开关、SPL-1/2功率分配器和SPL-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。SPL-1/2功率分配器是把自校信号分成两路，其中一路又经SPL-1/5功率分配器被分成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单元中，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SW-5/2-MH高端电旋开关和SPL-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。从低端电旋开关单元分出的一路自校信号经SPL-1/5功率分配器后被分成5路，用于对1000MHz～3000MHz频段工作的系统进行自校。其工作原理：当控制电压V1、V2加电，二极管D1～D3导通时，来自天线1的信号就可传到节点A，当控制电压V2、V3加电，二极管D4～D6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～D9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～D12导通时，节点A的信号就可从辅助路输出；如图2所示。

RF放大器模块3，包括两个宽频带低噪声三功能放大器，工作频率为20MHz～3000MHz，具有放大、直通、衰减三种功能，在使用中根据实际需要由软件设定。分别对来自电旋开关单元2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。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，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第二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。

板卡式接收机4，由两个板卡式测向接收机(J0601)组成。对来自RF放大器模块3的信号进行变频、解调、解码(可对不同频域、调制域、时域的信号进行监测测量)，输出包含频率、幅度、频偏、调制度、带宽、电平、频谱图像等的数字监测信息和包含信号相位和幅度特性的数字测向信号。它通过串口与计算机通讯。本实施例中选用江西省九江市713厂的J0601数字式测向接收机，该接收机为板卡式，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，采用两块板卡即可组成双信道。接收机模板可插在带有PCI插槽的计算机内，用压条固定，构成先进的嵌入式接收机计算机组合的虚拟仪器平台

所述的监测测向处理模块5(型号为DFC050E)是系统各部分控制驱动单元和直流供电单元。处理模块通过接口与嵌入式计算机系统6进行通讯，接受计算机的控制指令，对电旋开关单元、RF放大器模块、测向接收机等进行控制，使系统按着软件程序进行监测和测向

所述的嵌入式计算机系统6。内置的嵌入式计算机为研华公司的ARK-3380，软件被固化在嵌入式计算机内，因而设备运行的可靠性得到增强，同时体积、功耗也大大减小。硬件“看门狗”可以在异常状态下或断电时迅速复位并快速启动至程序运行状态。内置的嵌入式Linux系统，可以使得系统软件内核容量大大减小，硬件配置裁减至适合程度。应用软件为我公司成熟的DESCO DF7.0版智能化监测测向软件，其具有完备的侦查功能和信号分析处理功能。该计算机系统除了执行程序(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)，从而得出信号的方位。

所述的环境监测报警模块7，是由网络视频服务器(型号为DS-6001HC，用于传输现场图像)、彩色摄像头(型号为三星101)、温湿度传感器(型号为JWSL-3W)、烟雾报警器(型号为BT-168A)、红外报警器(型号为BT-922R)等部份组成。对监测站的工作状态、设备连接状态、环境状态进行监测，并通过传输链路将环境、工作状态等监测数据和通过摄像头把远程监视的图像送到控制中心进行监视。如有异常(含盗窃、火警等)将及时报警。

所述的远程控制模块8，由数据采集器(用于现场220VAC的AD采集、读取设备上下电状况及电压数据等)、电压传感器(型号为DYH28-14A，用于将220V交流电转化为5V的交流电)和继电器开关等组成。它接受控制指令对监测站的供电状况、上下电、计算机复位、空调启动等进行信息采集与控制。

五单元垂直极化有源测向天线阵15：工作频段为1000MHz—3000MHz；五单元垂直极化有源测向天线阵16：工作频段为20MHz—1000MHz。

为便于搬移和安装维护，又不过多地复杂接线，该小型嵌入式监测站系统仅由折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵(含电旋开关单元、RF放大器模块等)和小型化19″主机机箱(内置板卡式接收机、嵌入式计算机模块、监测测向处理模块和网络传输模块等)两个部分组成。两部份之间仅用若干控制电缆和射频电缆连接即可。

Claims

1、小型嵌入式无线电监测测向站系统，其特征是折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵的第一信号输出端、第二信号输出端分别与电旋开关单元的第一信号输入端、电旋开关单元的第二信号输入端对应相接；电旋开关单元的信号输出端与RF放大器模块的第一信号输入端对应相接；RF放大器模块的信号输出端与板卡式接收机的信号输入端对应相接；板卡式接收机的信号输出/输入端与嵌入式计算机系统的第一信号输入/输出端对应相接，嵌入式计算机系统的第二信号输入/输出端与监测测向处理模块的输出/输入端对应相接，嵌入式计算机系统的第三信号输入/输出端与远程控制模块的信号输出/输入端对应相接，远程控制模块的第二信号输出/输入端与集线器的第一信号输入/输出端对应相接，集线器的第二信号输入/输出端与有线网络传输模块的第一信号输出/输入端对应相接，集线器的第三信号输入/输出端与无线网络传输模块的第一信号输出/输入端对应相接；有线网络传输模块的第二信号输出/输入端与控制中心的第一信号输入/输出端对应相接，无线网络传输模块的第二信号输出/输入端与控制中心的第二信号输入/输出端对应相接；环境监测报警模块的输出端与远程控制模块的信号输入端相接；监测测向处理模块的第一信号输出端与RF放大器模块的第二信号输入端对应相接，监测测向处理模块的第二信号输出端与电旋开关单元的第三信号输入端相接，五单元垂直极化有源测向天线阵的工作频率：1000MHz—3000MHz，五单元垂直极化有源测向天线阵的工作频率：20MHz—1000MHz。

2、根据权利要求1所述的小型嵌入式无线电监测测向站系统，其特征是所述的折叠式垂直极化干涉仪测向天线阵，共分上、下两层排列，对应两个频段，沿高度方向排列；下层为低端天线阵，工作频段为20MHz～1000MHz，由五付长约300mm、直径16mm的有源垂直极化偶极子组成天线圆阵，阵列直径1000mm，可折叠至与中轴线平行；上层为高端天线阵，工作频段为1000MHz～3000MHz，由五付长约150mm、直径17mm的有源垂直极化偶极子组成天线圆阵，阵列直径300mm；最上端安装有避雷针，天线总高度1200mm，阻抗为50Ω，接口为N型插座。

3、根据权利要求1所述的小型嵌入式无线电监测测向站系统，其特征是电旋开关单元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SW-5/2-ML低端电旋开关、SPL-1/2功率分配器和SPL-1/5功率分配器，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，受控同时打通主路、辅路两路信号通道和自校信号通道；其中SPL-1/2功率分配器是把自校信号分成两路，其中一路又经SPL-1/5功率分配器被分成5路，引入低端电旋开关，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单元中，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SW-5/2-MH高端电旋开关和SPL-1/5功率分配器，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，它受控同时打通主路、辅路两路信号通道和自校信号通道，从低端电旋开关单元分出的一路自校信号经SPL-1/5功率分配器后被分成5路，对1000MHz～3000MHz频段工作的系统进行自校。