CN110208737B - 一种超短波双通道宽带测向系统及门限判定测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超短波双通道宽带测向系统及门限判定测向方法，包括：天线阵，接收无线信号；双通道射频单元，连接天线阵和信号处理单元；信号处理单元，接收双通道射频单元处理后的信号，进行信号监测；处理终端，连接信号处理单元，接收信号处理单元输出的数据信号，进行监测结果显示和保存，同时用于用户输入测向参数。本发明通过射频单元与信号处理单元，对信号进行监测，同时根据用于输入的门限偏移值，选择对应的天线，利用天线阵不同基线接收的信号相位差，进行信号测向，通过本方案，可以很大程度上提高测向系统的测向准确率，降低对信号的误报率。

Description

一种超短波双通道宽带测向系统及门限判定测向方法

技术领域

本发明涉及超短波双通道信号测向领域，尤其涉及一种超短波双通道宽带测向系统及门限判定测向方法。

背景技术

测向系统是被认为用于测定无线电信号、非法广播信号或者雷达等射频辐射源的情报发射站方位的工具，在实际使用中，准确高效的测向能力对所有军事，民用领域来说都至关重要。随着个人无人机功能的日益强大和普及，无人机会对机场，国家机密部门形成很大威胁，非法的广播台站也屡禁不止,测向系统能定位这样非法目标的位置，配合工作人员解除安全隐患。现有的测向系统对信号的测向时对频段内信号都进行测向，没有区分信号的信噪比、信号功率值，会引起很多的误报，损耗了测向的效率。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种超短波双通道宽带测向系统及门限判定测向方法。

一种超短波双通道宽带测向系统，包括：天线阵，接收无线信号，通过天线矩阵开关，把天线阵上各天线阵元接收到的信号分别送给对应的测向通道；双通道射频单元，连接天线阵和信号处理单元，设置有两个测向通道，对天线阵接收的信号进行下变频处理，并将处理后的信号传输给信号处理单元；信号处理单元，接收双通道射频单元处理后的信号，进行信号监测，同时通过天线阵子组成的不同基线，利用到达基线上天线阵子的信号相位差，估算信号的发射方向；处理终端，连接信号处理单元，接收信号处理单元输出的数据信号，进行监测结果显示和保存，同时用于用户输入测向参数，测向参数包括工作频段、方位范围和门限偏移值。

所述双通道射频单元包括两个数字下变频器，对两个测向通道的信号进行下变频处理，并将两路信号传输至信号处理单元，分别用于信号监测和信号测向。

所述信号处理单元包括：模数转换器、数字滤波器组和DSP处理器；所述模数转换器用于将接收信号进行模数转换，便于后续数字滤波；所述数字滤波器组用于对数字信号进行滤波抽样，得到不同时间分辨率的I、Q数据信号；所述DSP处理器用于根据I、Q数据进行信号监测，同时根据输入的门限偏移值进行信号测向。

所述天线阵为九单元测向天线阵，利用九个阵元构成的长短不同的测向基线，消除反射多径引起的波前扭曲以及相位模糊度。

进一步的，一种超短波双通道宽带测向系统，还包括天线控制单元，连接天线矩阵开关和信号处理单元，根据处理终端用户输入的门限偏移值，通过天线矩阵开关自主选择天线，用于信号测向。

进一步的，一种超短波双通道宽带测向系统，还包括校准单元，通过天线矩阵开关将校准单元发出的校正信号送入双通道射频单元，用于计算双通道射频单元输出信号和校正信号的相位差和幅度差，进行相位补偿和校正。

进一步的，一种超短波双通道宽带测向系统，还包括电子罗盘，向信号处理单元提供被测信号的示向度，用于处理终端显示示向度的瞬时值和最大概率值，并给出测向等级。

进一步的，一种超短波双通道宽带测向系统，还包括GPS接收机，向信号处理单元提供被测信号的经纬度，用于处理终端把监测点的真实位置标在地图上。

一种超短波双通道宽带测向门限判定测向方法，包括如下步骤：

S1：用户终端下发测向参数；

S2：检查测向参数是否有效，若是，进入S3；

S3：通过射频单元和信号处理单元进行信号监测；

S4：判断信号功率是否达到门限值，若是，进入S5；

S5：利用天线阵不同基线接收的信号相位差，进行信号测向，并上报测向结果。

所述门限值为信号处理单元根据IQ数据估算的底噪值与用户设置的门限偏移值共同生成的信号功率门限值。

本发明的有益效果：本发明通过射频单元与信号处理单元，对信号进行监测，同时根据用于输入的门限偏移值，选择对应的天线，利用天线阵不同基线接收的信号相位差，进行信号测向，通过本方案，可以很大程度上提高测向系统的测向准确率，降低对信号的误报率。

附图说明

图1是本发明的结构原理框图。

图2是本发明的门限判定测向方法流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1所示，一种超短波双通道宽带测向系统，包括：天线阵，接收无线信号，通过天线矩阵开关，把天线阵上各天线阵元接收到的信号分别送给对应的测向通道；双通道射频单元，连接天线阵和信号处理单元，设置有两个测向通道，对天线阵接收的信号进行下变频处理，并将处理后的信号传输给信号处理单元；信号处理单元，接收双通道射频单元处理后的信号，进行信号监测，同时通过天线阵子组成的不同基线，利用到达基线上天线阵子的信号相位差，估算信号的发射方向；处理终端，连接信号处理单元，接收信号处理单元输出的数据信号，进行监测结果显示和保存，同时用于用户输入测向参数，测向参数包括工作频段、方位范围和门限偏移值。

测向天线感应的30MHz～3000MHz的信号首先进入接收机的模拟信道，模拟信道采用三次变频方案。经过三次变频后输滤波后形成以70MHz为中心，20MHz带宽的中频信号，经过放大后分别送采样器进行数字信号处理。

测向功能基于相关干涉仪技术体制，采用九阵元测向体制，对工作频段内的定频信号、跳频信号、短时信号进行搜索截获，支持宽带测向、定频守候测向、跳频守候频测向等工作模式。

门限判定测向方法如下：

本系统通过双通道测向接收机完成频段选择和模拟信号的下变频，从其中频（70MHz）采样完成模数转换后，经DDC数字下变频器变换成为正交的基带信号，并通过各种数字滤波器进行灵活的滤波抽样，输出不同时间分辨率的I、Q数据信号。I、Q数据通过处理后再将结果送入处理终端，进行监测结果显示和保存。

根据IQ处理后的结果，系统估算信号的底噪值，系统使用自动估算底噪值加上用户设置的偏移值的方式产生门限值，对于高于门限值的信号，才会让信号测向组件进行测向。用户可以手动设置门限值一部分信号信噪比低的信号过滤掉，降低测向的误报率，同时提升了测向的效率。

本实施例中，具体门限判定筛选流程如图2所示，用户进行宽带测向时，根据门限设置，以及估算结果，选择满足条件的信号。自动选择相应的天线阵，通过天线矩阵开关，把天线阵上各天线阵元接收到的信号分别送到对应的测向通道。信号处理单元接收到各个测向通道的信息后，通过特定的处理和算法，获取电子罗盘的方位信息后，可以获得被测信号的示向度。在测向过程中，可以显示示向度的瞬时值和最大概率值，并给出测向等级。

优选的，要把测向结果显示在电子地图上，GPS接收机将提供监测点的经纬度，系统软件将把监测点的真实位置标在地图上，以该点为起点画出示向度。

测向过程中，利用测向天线阵子组成不同的基线，利用到达基线上天线阵子的信号相位差，估算天线的到达方向；利用九个阵元构成的长短不同的测向基线，消除反射多径引起的波前扭曲以及相位模糊度，以获取较高精度的测向结果。

测向过程分为校正阶段与测向阶段。

a)校正阶段

为保证测向精度，测向过程开始前需校正射频前端到下变频单元通道的信号相位偏差。通过控制天线开关切换至校正通路，由校正源向测向天线开关阵发送校正信号，并送至下变频单元的接收通道；接收通道接收校正信号、进行下变频后的多路信号送至通用信号处理板，计算下变频单元输出信号、输入测向天线开关阵的校正源信号的相位差和幅度差，进行相位的补偿和校正，保证各通道信号相位的一致性。

b)测向过程

测向前首先指定测向模式（宽带测向、定频/跳频守候测向）与测向参数（工作频段、方位范围等），根据模式参数控制下变频单元各通道的工作状态；同时，控制测向天线开关阵，切换至相应频段的天线，并由下变频器，接收相应频段天线的射频信号，对信号进行下变频后生成模拟中频信号；模拟中频信号经AD采集单元转换后，传回至信号处理单元。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种超短波双通道宽带测向系统，其特征在于，包括：

天线阵，接收无线信号，通过天线矩阵开关，把天线阵上各天线阵元接收到的信号分别送给对应的测向通道；所述天线阵为九单元测向天线阵，利用九个阵元构成的长短不同的测向基线，消除反射多径引起的波前扭曲以及相位模糊度；

双通道射频单元，连接天线阵和信号处理单元，设置有两个测向通道，对天线阵接收的信号进行下变频处理，并将处理后的信号传输给信号处理单元；所述双通道射频单元包括两个数字下变频器，对两个测向通道的信号进行下变频处理，并将两路信号传输至信号处理单元，分别用于信号监测和信号测向；

信号处理单元，接收双通道射频单元处理后的信号，进行信号监测，同时通过天线阵子组成的不同基线，利用到达基线上天线阵子的信号相位差，估算信号的发射方向；所述信号处理单元包括：模数转换器、数字滤波器组和DSP处理器；所述模数转换器用于将接收信号进行模数转换，便于后续数字滤波；所述数字滤波器组用于对数字信号进行滤波抽样，得到不同时间分辨率的I、Q数据信号；所述DSP处理器用于根据I、Q数据进行信号监测，同时根据输入的门限偏移值进行信号测向；

处理终端，连接信号处理单元，接收信号处理单元输出的数据信号，进行监测结果显示和保存，同时用于用户输入测向参数，测向参数包括工作频段、方位范围和门限偏移值；

还包括天线控制单元，连接天线矩阵开关和信号处理单元，根据处理终端用户输入的门限偏移值，通过天线矩阵开关自主选择天线，用于信号测向；

还包括校准单元，通过天线矩阵开关将校准单元发出的校正信号送入双通道射频单元，用于计算双通道射频单元输出信号和校正信号的相位差和幅度差，进行相位补偿和校正；

还包括电子罗盘，向信号处理单元提供被测信号的示向度，用于处理终端显示示向度的瞬时值和最大概率值，并给出测向等级；

还包括GPS接收机，向信号处理单元提供被测信号的经纬度，用于处理终端把监测点的真实位置标在地图上；

超短波双通道宽带测向系统的门限判定测向方法如下：

通过双通道测向接收机完成频段选择和模拟信号的下变频，从其中频采样完成模数转换后，经DDC数字下变频器变换成为正交的基带信号，并通过各种数字滤波器进行灵活的滤波抽样，输出不同时间分辨率的I、Q数据信号，I、Q数据通过处理后再将结果送入处理终端，进行监测结果显示和保存；

根据IQ处理后的结果，系统估算信号的底噪值，系统使用自动估算底噪值加上用户设置的偏移值的方式产生门限值，对于高于门限值的信号，才会让信号测向组件进行测向，用户手动设置门限值一部分信号信噪比低的信号过滤掉，降低测向的误报率，同时提升测向的效率；

测向过程分为校正阶段与测向阶段，校正阶段：通过控制天线开关切换至校正通路，由校正源向测向天线开关阵发送校正信号，并送至下变频单元的接收通道；接收通道接收校正信号、进行下变频后的多路信号送至通用信号处理板，计算下变频单元输出信号、输入测向天线开关阵的校正源信号的相位差和幅度差，进行相位的补偿和校正，保证各通道信号相位的一致性；

测向阶段：测向前首先指定测向模式与测向参数，根据模式参数控制下变频单元各通道的工作状态；同时，控制测向天线开关阵，切换至相应频段的天线，并由下变频器，接收相应频段天线的射频信号，对信号进行下变频后生成模拟中频信号，转换后传回至信号处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种超短波双通道宽带测向系统，其特征在于，所述超短波双通道宽带测向系统的门限判定测向方法，包括如下步骤：

S1：用户终端下发测向参数；

S2：检查测向参数是否有效，若是，进入S3；

S3：通过射频单元和信号处理单元进行信号监测；

S4：判断信号功率是否达到门限值，若是，进入S5；所述门限值为信号处理单元根据IQ数据估算的底噪值与用户设置的门限偏移值共同生成的信号功率门限值；

S5：利用天线阵不同基线接收的信号相位差，进行信号测向，并上报测向结果。