CN103995188B - 可单一频段探测的全频段射频信号探测定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位方法，采用指向性天线和射频信号接收器对射频信号进行强度指示和定位。采用叠层片式巴伦带通滤波器对接收信号进行过滤，以实现对单一或多个需要探测的频段进行探测。本发明射频信号探测及定位方法是基于叠层带通滤波器实现单一频段的信号功率探测，且功率阀值可调，减少噪音信号的干扰。本发明装置包括定向天线、射频信号接收器和发送器、显示器和功率放大器等。本发明装置具有小型化、低功耗、便于携带、可分频段探测及定位等特性。本发明主要用于特殊环境对于射频设备的管理和无线信号的甄别探测，探测范围根据设备的发射功率而不同，探测功率范围为‑70dbm到10dbm。

Description

可单一频段探测的全频段射频信号探测定位装置及方法

技术领域

本发明属于传感及检测技术领域，特别涉及一种全频段射频信号探测及定位系统。

背景技术

随着人们对信息传输要求的提高和无线通信设备的升级，信息的传递已经无处不在。无线通信设备凭借其具有操作简单、设备小型化、可加密性、低功耗等特点，为大众做广泛使用，如手机、对讲机、广播、无线局域网等，极大的满足了人们生活中对于信息通信的要求。但另一方面，对于特定场合的射频信号管理就显得尤为重要，比如民航客机机舱内、保密场所等。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位装置，本发明可以解决如民航客机、保密工厂等特殊场所的射频信号管理与设备探测，避免了频谱探测仪的笨重和功能复杂，简单有效的实现了射频信号的分类探测及定位，并且设备小型化，方便携带，可手持探测。

为了解决上述技术问题，本发明一种可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位装置，包括定向天线A和定向天线B，所述定向天线A依次连接叠层片式巴伦带通滤波器和射频信号接收器，所述射频信号接收器将接收到的射频信号发送给功率放大器A和处理器，所述功率放大器A连接有嗡鸣器；所述定向天线B依次连接功率放大器B和射频信号发送器，所述处理器与射频信号发送器和显示器连接。

所述定向天线A和定向天线B在定位过程中，通过窄带辐射和接收信号，实现对单一方向信号的探测，并根据信号强度确定信号方向和位置。

所述叠层片式巴伦带通滤波器对接收到的0.8～6GHz的射频信号进行窄带滤波，从而实现对单一设备的信号辐射和接收，经过叠层片式巴伦带通滤波器窄带滤波后的射频信号频带范围至少包括GSM、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TDD-LTE、FDD-LTE通用手机蜂窝网络频段，以及WLAN的2.4G和5G频段；所述叠层片式巴伦带通滤波器对射频信号进行窄带滤波后，为后续的射频设备定位提供单一信号锁定。

所述射频信号接收器用于接收射频信号，进行功率检测，提取信号信息；所述射频信号发送器用于将信息转换成电信号并通过定向天线B进行发送，实现对没有主动发射射频信号的隐藏设备的广播，对所述射频信号所处在的不同频段进行相应频段的射频信号发送。

所述功率放大器A用于对接收的模拟信号进行功率放大；所述功率放大器B用于对发送的信号进行放大并通过定向天线B发送；所述处理器用于对整个装置的控制以及信息处理；所述显示器用于显示接收射频信号的功率强度、位置信息以及实现的功能；所述嗡鸣器用于对接收到的信号进行功率大小的提示。

使用本发明上述可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位装置进行全频段射频信号探测及定位方法，包括以下步骤：

步骤一、通过定向天线A进行水平方向上360度旋转探测，对全频段的射频信号进行扫频接收，然后，通过叠层片式巴伦带通滤波器对接收到的射频信号进行单一频段滤波；

步骤二、滤波后，通过所述射频信号接收器对滤波后的射频信号进行接收、信号放大、峰值检测以及混频/降频处理；包括：

将接收到的射频信号放大后分为两路，一路用于定位，另一路用于信息提取；

对上述用于定位的一路放大信号：所述射频信号接收器将用于定位的一路放大信号进行峰值检波后，再将信息传给处理器，处理器记录射频信号功率强弱的变化，并通过信号相位检测，去除信号多径传输对信号方向判断的误差和干扰；同时记录下射频信号的功率方位图；通过判断功率最大值确定所探测的射频信号的角度参数，即所探测的单一频段的射频信号源的方向信息；同时根据功率衰减模型和经过峰值检波后的峰值功率，计算出所探测的单一频段射频信号发射源的距离信息；根据上述得出的方向信息和距离信息，最终计算出所探测的单一频段射频信号发射源的位置信息；

对上述用于信息提取的另一路放大信号：所述射频信号接收器将用于数据提取的另一路放大信号进行混频/降频处理，然后通过功率放大器A放大后，将数据传送给处理器，处理器对所接收的射频信号进行信号解调，提取其所传播的信息，并同时传送给嗡鸣器，进行声音报警；

步骤三、处理器将步骤二处理后的结果传送给显示器进行显示。

同时，本发明还可以针对处在静默模式的射频信号源，通过所述处理器发出广播数据，并利用所述射频信号发送器对广播数据混频，再经过功率放大器B进行发送，最后经定向天线B对全频段进行广播，然后根据定向天线A接收的反馈射频信号，对隐藏的射频设备进行探测，其探测方法同前所述。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

射频信号的频率范围为300kHz到30GHz之间，我国商用频段根据不同制式手机通信网络及其附属设备、无线寻呼发射、点对点扩频通信设备、3.5GHz无线接入通信设备、电视发射设备等设备划分了各自的网络频段，并且严格要求了不同设备的发射功率。本发明射频信号探测及定位方法是基于叠层带通滤波器实现单一频段的信号功率探测，并且功率阀值可调，减少噪音信号的干扰。本发明射频信号探测及定位装置，具有小型化、低功耗、便于携带、可分频段探测及定位等特性。本发明射频探测及定位装置主要用于特殊环境对于射频设备的管理和无线信号的甄别探测，探测范围根据设备的发射功率而不同，探测功率范围为-70dbm到10dbm。

附图说明

图1是本发明射频信号探测及定位装置框图；

图2是本发明射频信号探测及定位的原理图；

图3是水平方向360°单信号源探测的功率谱；

图4是水平方向360°双信号信号源探测的功率谱；

图5是本发明射频信号探测及定位方法流程图。

图中，2是叠层片式巴伦带通滤波器，4是射频信号接收器，5是射频信号发送器，6是处理器，7是显示屏，8是蜂鸣器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

射频信号探测及定位系统的基本原理如图1所示，射频信号接收器4采用射频功率检波器对射频信号进行功率检波。

本发明中主动探测是指被探测的射频信号源处于静默模式，不对外进行射频信号广播，需要利用本发明的可单一频段探测的全频段射频信号探测定位装置主动向外进行信号广播，对反馈的射频信号进行探测，从而对处于静默模式的射频信号源进行定位。

本发明中被动探测是指被探测的射频信号源处于正常工作模式，对外持续进行射频信号广播，不需要本装置主动向外进行信号广播，可直接对射频信号源进行定位。

在主动探测时，通过射频信号发送器5对所需频段进行广播，再对接收的无线射频信号进行功率探测，并配有计时功能，判断设备距离。实现了主动发射信号对手机、无线路由器等设备进行被动探测。在被动探测时，根据功率衰减模型判断信号源距离，实现定位。

本发明可单一频段探测的全频段射频信号探测定位装置及方法是基于叠层片式巴伦带通滤波器和指向性天线的单一频段的射频信号探测和定位系统，采用RSSI接收信号强度指示，对接收到的信号进行功率显示，配合嗡鸣器进行报警。如图2所示，通过具有接收指向性天线(即定向天线A)可对周围信号进行全向360°搜索，根据接收信号的功率指示，判断信号方向。采用叠层片式巴伦带通滤波器2，对接收信号进行过滤，以实现对单一或多个需要探测的频段进行探测和追踪。

如图1所示，本发明可单一频段探测的全频段射频信号探测定位装置，包括：定向天线A和定向天线B，所述定向天线A依次连接叠层片式巴伦带通滤波器2和射频信号接收器4，所述射频信号接收器4将接收到的射频信号发送给功率放大器A和处理器6，所述功率放大器A连接有嗡鸣器；所述定向天线B依次连接功率放大器B和射频信号发送器5，所述处理器6与射频信号发送器5和显示器7连接。

所述定向天线A和定向天线B在水平方向上表现为一定角度范围辐射或接收电磁波，对射频信号源的接收增益具有高指向性，频带窄，从而判断接收功率的最大值和角度判断信号源方向。在定位过程中，通过窄带辐射和接收信号，实现对单一方向信号的探测，并根据信号强度确定信号方向和位置；本发明中可采用八木天线或抛物面天线，并根据接收信号的中心波长进行尺寸设计。

所述叠层片式巴伦带通滤波器2对接收到的0.8～6GHz的射频信号进行窄带滤波，从而实现对单一设备的信号辐射和接收，经过叠层片式巴伦带通滤波器2窄带滤波后的射频信号频带范围至少包括GSM、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TDD-LTE、FDD-LTE等通用手机蜂窝网络频段，以及WLAN的2.4G和5G频段；所述叠层片式巴伦带通滤波器2对射频信号进行窄带滤波后，为后续的射频设备定位提供单一信号锁定；本发明中，所述叠层片式巴伦带通滤波器2可采用muRata的LDB211G8120C-002、LDB21869M20C-001、LDB21942M20C-001、LDB212G4010C-001等，对1710-1910MHz、2300-2500MHz、824-915MHz、925-960MHz等具体频段进行滤波划分。

所述射频信号接收器4用于接收射频信号，进行功率检测，提取信号信息；本发明中所述射频信号接收器4可采用Analog公司的ADL5519或AD8319，射频信号检波范围可达1-10GHz。

所述射频信号发送器5用于将信息转换成电信号并通过定向天线B进行发送，实现对没有主动发射射频信号的隐藏设备的广播，对所述射频信号所处在的不同频段进行相应频段的射频信号发送。

所述功率放大器A用于对接收的模拟信号进行功率放大，以实现对射频信号的功率显示；所述功率放大器B用于对发送的信号进行放大并通过定向天线B发送；本发明中，所述功率放大器A和所述功率放大器B可采用Analog公司的ADL5544或ADL5610，实现30Mhz-6GHz的射频信号放大，最大增益均可达到18dB左右。

所述处理器6用于对整个装置的控制以及信息处理，本发明中的处理器可采用Samsung公司的S3C6410处理器。所述显示器7用于显示接收射频信号的功率强度、位置信息以及所能实现的操作等；所述嗡鸣器8用于对接收到的信号进行功率大小的提示。

使用上述可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位装置进行全频段射频信号探测及定位方法，主要过程是对全频段信号进行扫频探测，并对所要探测的信号频段进行单一频段探测；锁定频道后，通过定向天线对水平方向上360度探测，针对信号功率强弱变化，确定信号方向，并通过信号相位检测，去除信号多径传输对信号方向判断的误差和干扰。然后对该信号频段进行数据发送，对接收信号的时间进行计算，得出该信号的距离，从而实现对信号的定位。其具体包括以下步骤：

步骤一、通过定向天线A进行水平方向上360度旋转探测，对全频段的射频信号进行扫频接收，然后，通过叠层片式巴伦带通滤波器对接收到的射频信号进行单一频段滤波；

步骤二、滤波后，通过所述射频信号接收器对滤波后的射频信号进行接收、信号放大、峰值检测以及混频/降频处理；包括：

将接收到的射频信号放大后分为两路，一路用于定位，另一路用于信息提取；

对上述用于定位的一路放大信号：所述射频信号接收器将用于定位的一路放大信号进行峰值检波后，再将信息传给处理器，处理器记录射频信号功率强弱的变化，并通过信号相位检测，去除信号多径传输对信号方向判断的误差和干扰；同时记录下射频信号的功率方位图；通过判断功率最大值确定所探测的射频信号的角度参数，即所探测的单一频段的射频信号源的方向信息；同时根据功率衰减模型和经过峰值检波后的峰值功率，计算出所探测的单一频段射频信号发射源的距离信息；根据上述得出的方向信息和距离信息，最终计算出所探测的单一频段射频信号发射源的位置信息；

对上述用于信息提取的另一路放大信号：所述射频信号接收器将用于数据提取的另一路放大信号进行混频/降频处理，然后通过功率放大器A放大后，将数据传送给处理器，处理器对所接收的射频信号进行信号解调，提取其所传播的信息，并同时传送给嗡鸣器，进行声音报警；

步骤三、处理器将步骤二处理后的结果传送给显示器进行显示。

另外，利用本发明上述全频段射频信号探测及定位方法还可以针对处在静默模式的射频信号源，通过所述处理器发出广播数据，并利用所述射频信号发送器对广播数据混频，再经过功率放大器B进行发送，最后经定向天线B对全频段进行广播，然后根据定向天线A接收的反馈射频信号，对隐藏的射频设备进行探测，其探测方法同前。

实施例：

如图2所示，在被动探测模式下，射频信号源11处于持续辐射模式，利用本发明全频段射频信号探测及定位装置9可直接对信号进行探测并定位。当信号源处于空闲或者静默(即主动探测)模式下，本发明全频段射频信号探测及定位装置9要通过定向天线B主动对设定频域内进行扫频广播，使静默模式下的信号源在接收广播信号后，反馈信号。

首先是通过定向天线A，在水平方向360度进行信号接收和标定，按照上述步骤进行探测并定位，在此过程中，处理器根据功率最大值确定所探测的射频信号的角度参数，如图3和图4所示，分别显示出了单信号源和同频率双信号源下的信号功率方向图，通过判断信号功率峰值，可判断信号源方向θ和。

通过叠层片式巴伦带通滤波器对接收到的射频信号进行单一频段滤波，本发明装置处于单一信号源探测状态，利用射频信号接收器对射频信号进行最大功率探测，然后针对不同环境的功率衰减模型，根据当前信号功率，对信号源进行测量，通过显示器显示被探测的射频信号的功率值、方向以及距离，利用外设的嗡鸣器所提示的功率强弱及所显示的功率值，跟踪信号源方向移动本装置，对信号源进行最终定位。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位方法，所使用的可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位装置包括：

定向天线A和定向天线B，所述定向天线A依次连接叠层片式巴伦带通滤波器和射频信号接收器，所述射频信号接收器将接收到的射频信号发送给功率放大器A和处理器，所述功率放大器A连接有嗡鸣器；所述定向天线B依次连接功率放大器B和射频信号发送器，所述处理器与射频信号发送器和显示器连接；

所述定向天线A和定向天线B在定位过程中，通过窄带辐射和接收信号，实现对单一方向信号的探测，并根据信号强度确定信号方向和位置；

所述叠层片式巴伦带通滤波器对接收到的0.8～6GHz的射频信号进行窄带滤波，从而实现对单一设备的信号辐射和接收，经过叠层片式巴伦带通滤波器窄带滤波后的射频信号频带范围至少包括GSM、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TDD-LTE、FDD-LTE通用手机蜂窝网络频段，以及WLAN的2.4G和5G频段；所述叠层片式巴伦带通滤波器对射频信号进行窄带滤波后，为后续的射频设备定位提供单一信号锁定；

所述射频信号接收器用于接收射频信号，进行功率检测，提取信号信息；

所述射频信号发送器用于将信息转换成电信号并通过定向天线B进行发送，实现对没有主动发射射频信号的隐藏设备的广播，对所述射频信号所处在的不同频段进行相应频段的射频信号发送；

所述功率放大器A用于对接收的模拟信号进行功率放大；

所述功率放大器B用于对发送的信号进行放大并通过定向天线B发送；

所述处理器用于对整个装置的控制以及信息处理；

所述显示器用于显示接收射频信号的功率强度、位置信息以及实现的功能；

所述嗡鸣器用于对接收到的信号进行功率大小的提示；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过定向天线A进行水平方向上360度旋转探测，对全频段的射频信号进行扫频接收，然后，通过叠层片式巴伦带通滤波器对接收到的射频信号进行单一频段滤波；

步骤二、滤波后，通过所述射频信号接收器对滤波后的射频信号进行接收、信号放大、峰值检测以及混频/降频处理；包括：

将接收到的射频信号放大后分为两路，一路用于定位，另一路用于信息提取；

对上述用于定位的一路放大信号：所述射频信号接收器将用于定位的一路放大信号进行峰值检波后，再将信息传给处理器，处理器记录射频信号功率强弱的变化，并通过信号相位检测，去除信号多径传输对信号方向判断的误差和干扰；同时记录下射频信号的功率方位图；通过判断功率最大值确定所探测的射频信号的角度参数，即所探测的单一频段的射频信号源的方向信息；同时根据功率衰减模型和经过峰值检波后的峰值功率，计算出所探测的单一频段射频信号发射源的距离信息；根据上述方向信息和距离信息，最终计算出所探测的单一频段射频信号发射源的位置信息；

对上述用于信息提取的另一路放大信号：所述射频信号接收器将用于信息提取的另一路放大信号进行混频/降频处理，然后通过功率放大器A放大后，将数据传送给处理器，处理器对所接收的射频信号进行信号解调，提取其所传播的信息，并同时传送给嗡鸣器，进行声音报警；

步骤三、处理器将步骤二处理后的结果传送给显示器进行显示。

2.根据权利要求1所述可单一频段探测的全频段射频信号探测及定位方法，其特征在于，针对处在静默模式的射频信号源，通过所述处理器发出广播数据，并利用所述射频信号发送器对广播数据混频，再经过功率放大器B进行发送，最后经定向天线B对全频段进行广播，然后根据定向天线A接收的反馈射频信号，对隐藏的射频设备进行探测。