CN111220941A - 一种分布式非规则阵列短波测向的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式非规则阵列短波测向的方法和系统，包括一个或多个天线阵列，多个测向接收机与中央控制器；每个天线阵列具有相对应的接收区域，每个天线阵列包括多个子阵列，每个子阵列具有相对应的子接收区域；本发明提供的系统及使用系统进行测向的方法通过多个子系统分别负责各自特定空域方向测向的方式，避免了地形条件对侧向系统的影响，具备了在复杂地形条件下部署测向系统的能力；测向接收机只从所对应的子阵列中获取接收信号，不同子阵列之间独立工作，因此不同测向接收机之间不要求时钟、频率等的同步，从而大大简化测向系统的软、硬件设计和制造成本。

Description

一种分布式非规则阵列短波测向的方法和系统

技术领域

本发明涉及无线电测向技术领域，尤其涉及一种分布式非规则阵列短波测向的方法和系统。

背景技术

测向短波测向在短波监测网中具有十分重要的地位和作用。我国短波监测网建立较早，随着近年社会高速发展，各地无线电监测站的短波测向系统在发展中遇到了较多问题，主要包括：

(1)既有短波测向站性能恶化

短波测向站一般部署在地形开阔、电磁环境优良的地区。然而，由于近些年社会发展和城市化进程，多地无线电测向站周边的地形地貌较早期规化阶段变化较大，监测站周边人员活动也更加密集，恶化了短波测向站周边电磁环境。周边地形地貌和电磁环境的恶化，使各地短波测向站均出现性能恶化现象，部分既有测向站甚至已无法达到预期设计指标。例如，福建省无线电监测站测向场位于武夷山将口镇山区。测向场地建成初期，周边电磁环境良好。然而，随着合福高铁贯通，高铁线路距监测站最近距离不足400米。根据ITU、国内民用及军用无委建站标准，电气化铁路距离测向站应至少在1200米以上，将口测向站已无法达到预期设计要求。随着社会发展，此类问题将不断出现，建设新短波测向站已经迫在眉睫。

(2)新建短波测向站建设选址困难

虽然对新短波测向站的需求十分迫切，但新站选址却十分困难。目前,短波测向系统普遍采用短波天线阵测向，根据以往实践，短波天线阵对场地有严格的地形地貌要求，如地势平坦、面积较大等。同时，还要求短波天线阵周边电磁环境优良，以保证测向系统性能。由于对场地地形地貌和周边电磁环境要求严格，能够满足要求的测向场地较少，潜在站址资源十分短缺；另一方面，短波测向场占地较大，且无经济效益，与城市发展的矛盾日益显现，征地工作十分困难。目前，国家无线电监测中心针对北京站和福建站的新站选工作已经持续近八年，上述问题依然无法得到有效解决。

综上，站址资源短缺、征地困难，是阻碍短波测向系统发展的瓶颈问题。

目前，实际应用中的短波测向系统均采用天线阵列实现对来波信号方位的测定。根据短波测向系统所采用的阵列形式不同，可以将现有短波测向技术分为两类：标准阵列测向和非规则阵列测向。

(1)标准阵列测向

标准阵列测向指利用部署在标准测向场地上的平面天线阵列进行测向，常见的平面阵列结构如圆环阵列、三角形阵列等。

在测向方法上，标准阵列一般采用传统测向体制或空间谱测向体制。传统无线电测向体制利用天线的方向性实现对到达信号方向的测量。常用的方向性天线包括：环天线、艾德考克(Adcock)天线、乌兰韦伯尔天线等；常用的测向方法包括：最小信号测量、最大信号测量、相位比较测量等。目前，全国各地短波监测站中仍以传统测向体制为主，大多数监测站均采用了相位干涉仪体制执行短波测向任务。相比于传统的相位干涉仪体制，空间谱测向体制通过引入奇异值分解等现代信号处理手段，可以显著提高短波测向系统的测向灵敏度高，同时，空间谱测向体制还具备同频多信号的分辨能力，能够在同一频段对多个信号进行同时测向。空间谱测向体制属于新型测向体制，是短波监测系统未来的发展方向。目前，国家短波监测网中的部分监测站已经采用了空间谱测向体制。

(2)非规则阵列测向

标准阵列测向对测向场地及周边环境要求较高，导致了前述的站址选择问题。解决站址选择问题的一种方案是采用非规则天线阵列测向。

与标准阵列测向类似，非规则阵列属于集中式测向，即所有天线阵元的接收信号均被接接收机采集用于测定来波方向。非规则阵列测向系统不要求标准的测向场地，天线阵中的各天线阵元依据地形条件部署，因此非规则阵列可以部署在山地、丘陵等复杂地形条件下，解决标准测向阵列所面临的站址选择问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种分布式非规则阵列短波测向的方法和系统，用以解决现有技术中存在的当非规则阵列部署在复杂地形条件下时，地形条件对天线阵元的遮挡、以及特殊地形条件带来的反射、折射等，会导致部署阵元无法有效接收信号，从而恶化测向系统的测向性能。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种分布式非规则阵列短波测向的系统，包括一个或多个天线阵列，多个测向接收机与中央控制器；

每个天线阵列具有相对应的接收区域，每个天线阵列包括多个子阵列，每个子阵列具有相对应的子接收区域；

每个子阵列与一个测向接收机通信连接，每个测向接收机分别与中央控制器通信连接；

中央控制器用于：向每个测向接收机发送测向指令；接收每个测向接收机发送的测向结果；对该测向结果进行合并运算。

优选地，每个天线阵列具有三棱锥型的接收区域；

子阵列包括第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列，该第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列的子自接收区域分别位于三棱锥型的接收区域的三个侧面。

优选地，天线阵列的子阵列包括第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列，第一子阵列的子接收区域分别与第二子阵列、第三子阵列的子接收区域相邻接。

优选地，天线阵列的子阵列包括第一子阵列和第二子阵列，该第一子阵列和第二子阵列的子接收区域相互邻接或相互错开。

优选地，测向接收机的测向体制为相位干涉仪测向体制或空间谱测向体制。

第二方面，本发明提供一种分布式非规则阵列短波测向的方法，包括：

测向接收机接收中央控制器发送的测向指令；

测向接收机接收所对应的子阵列获取的无线电信号，并进行测向处理；

测向接收机相中央控制器发送该测向处理的结果；

其中，测向接收机为多个，每个测向接收机具有相对应的一个子阵列。

优选地，包括：

中央控制器向多个测向接收机发送测向指令；

中央控制器接收该多个测向接收机发送的测向处理的结果；

中央控制器对该测向处理的结果进行合并运算。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的分布式非规则阵列短波测向的方法和系统，通过多个子系统分别负责各自特定空域方向测向的方式，避免了地形条件对侧向系统的影响，具备了在复杂地形条件下部署测向系统的能力。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种分布式非规则阵列短波测向的系统的逻辑框图；

图2为本发明提供的一种分布式非规则阵列短波测向的系统的工作流程图；

图3为本发明提供的一种分布式非规则阵列短波测向的系统的第一种实施例的逻辑框图；

图4为本发明提供的一种分布式非规则阵列短波测向的系统的第二种实施例的逻辑框图；

图5为本发明提供的一种分布式非规则阵列短波测向的方法的第一种实施例流程图；

图6为本发明提供的一种分布式非规则阵列短波测向的方法的第二种实施例流程图。

图中：

101.中央控制器102.测向接收机201.第一子阵列202.第二子阵列203.第三子阵列。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

参见图1，本发明提供一种分布式非规则阵列短波测向的系统，包括一个或多个天线阵列，多个测向接收机102与中央控制器101；其中：

每个天线阵列接收各自相对应的接收区域的无线电信号，每个天线阵列具有多个子阵列，每个子阵列将所述天线阵列的接收区域划分为多个子接收区域，每个子阵列对应一个子接收区域接收无线电信号；

每个子阵列通过对应的连接一个测向接收机102，向所对应的测向接收机102发送接收到的无线电信号；每个测向接收机102将接收到的无线电信号进行测向处理，传输到中央控制器101；

中央控制器101是本系统的核心功能单位，用于：向每个测向接收机102发送测向指令；接收每个测向接收机102发送的测向结果；对该测向结果进行合并运算；以及将测向结果向终端用户进行显示，其工作流程如图2所示。

本发明提供的分布式非规则阵列短波测向的系统，通过多个子系统分别负责各自特定空域方向测向的方式，避免了地形条件对侧向系统的影响，具备了在复杂地形条件下部署测向系统的能力。

本发明提供的系统，根据地形地貌对接收区域进行分割设置，下面提供几种实施例，示例性地展示接收区域的分割划分设置。

实施例一：

在该实施例中，天线阵列部署地为孤立的山体，其接收区域为三棱锥型结构；

子阵列包括第一子阵列201、第二子阵列202和第三子阵列203，其各自所对应的子接收区域分别位于该三棱锥型接收区域的三个侧面；

如图3所示，天线阵列部署地为以A为顶点、BCD为地平面构成的孤立山体，其中A'表示顶点在地平面上的投影点；第一子阵列201、第二子阵列202和第三子阵列203分别由部署与ABC、ACD和ABD平面上的阵元组成；在图中第一子阵列201、第二子阵列202和第三子阵列203分别负责∠BA'C、∠CA'D和∠BA'D三个侧面对应空域内的短波测向；通过将三个子阵列的测向结果进行合并，可以获得完整空域内的测向结果；

实施例二：

在该实施例中，天线阵列部署地为延伸的山体一侧坡面，天线阵列的子阵列包括第一子阵列201、第二子阵列202和第三子阵列203，其中一个子阵列所对应的子接收区域与另外两个子阵列各自对应的子接收区域相互邻接，在该实施例中，第一子阵列201所对应的子接收区域分别与第二子阵列202、第三子阵列203所对应的子接收区域相邻接；如图4所示，天线阵列的接收区域整体呈四棱锥型，天线阵列部署地取以A为顶点，BCDE为地平面的山体一侧，其中A'表示顶点在地平面上的投影点；第一子阵列201、第二子阵列202和第三子阵列203分别由部署与ABC、ACD和ADE平面上的阵元组成；在图中第一子阵列201、第二子阵列202和第三子阵列203分别负责∠BA'C、∠CA'D和∠DA'E三个侧面对应空域内的短波测向；通过将三个子阵列的测向结果进行合并，可以获得完整空域内的测向结果；

实施例三：

在该实施例中，天线阵列部署地为山口彼此背向的两侧坡面，天线阵列的子阵列包括第一子阵列和第二子阵列，该第一子阵列和第二子阵列所对应的子接收区域相互背向错开；即，天线阵列接收背对两个方向的无线电信号。

应当理解的是，基于第三个实施例，第一子阵列和第二子阵列还所对应的子接收区域还可以是同侧检测错开划分，适用于一侧坡面具有凸出体、断裂带、河流的地形；还可以是两个子接收区域相互邻接，适用于一个特定范围互成夹角坡面的地形；

通过上述实施例天线阵列数量的设置，以及根据不同地形对子阵列进行相应的排布，综合组织即可实现在复杂地段进行测向；

本领域技术人员应能理解，上述所举的子阵列排布方式及接收区域的划分方式仅为更好地说明本发明实施例的技术方案，而非对本发明实施例作出的限定，任何根据地形地貌来决定子阵列排布方式及接收区域的划分的方式，均包含在本发明实施例的范围内。

在另一些优选实施例中，测向接收机102用于从所对应的子阵列中获取所接收的短波信号，并在预先制定的空域范围内执行测向任务；测向接收机102所采用的测向体制，即可以是传统的相位干涉仪体制，也是可以是较为新型的空间谱测向体制；应当理解的是，无论哪种测向体制，均要求测向接收机102能够在三位非规则阵列的条件下执行测向任务；

在这些实施例中，分布式测向系统中的测向接收机102只从所对应的子阵列中获取接收信号，不同子阵列之间独立工作，因此不同测向接收机102之间不要求时钟、频率等的同步，从而大大简化测向系统的软、硬件设计和制造成本。

第二方面，本发明提供一种使用上述分布式非规则阵列短波测向的系统进行短波测向的方法，如图5所示，包括如下步骤：

测向接收机102接收中央控制器101发送的测向指令；

测向接收机102接收所对应的子阵列获取的无线电信号，并进行测向处理；

测向接收机102相中央控制器101发送该测向处理的结果；

其中，测向接收机102为多个，每个测向接收机102具有相对应的一个子阵列。

进一步的，在一些优选实施例中，该方法，如图6所示，还包括如下步骤：

中央控制器101向多个测向接收机102发送测向指令；

中央控制器101接收该多个测向接收机102发送的测向处理的结果；

中央控制器101对该测向处理的结果进行合并运算。

综上所述，本发明提供的分布式非规则阵列短波测向的系统，包括一个或多个天线阵列，多个测向接收机与中央控制器；每个天线阵列具有相对应的接收区域，每个天线阵列包括多个子阵列，每个子阵列具有相对应的子接收区域；本发明提供的系统及使用系统进行测向的方法具有如下有益效果：

(1)通过多个子系统分别负责各自特定空域方向测向的方式，避免了地形条件对侧向系统的影响，具备了在复杂地形条件下部署测向系统的能力；

(2)测向接收机只从所对应的子阵列中获取接收信号，不同子阵列之间独立工作，因此不同测向接收机之间不要求时钟、频率等的同步，从而大大简化测向系统的软、硬件设计和制造成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种分布式非规则阵列短波测向的系统，其特征在于，包括一个或多个天线阵列，多个测向接收机与中央控制器；

每个所述天线阵列具有相对应的接收区域，每个所述天线阵列包括多个子阵列，每个所述子阵列具有相对应的子接收区域；

每个所述子阵列与一个所述测向接收机通信连接，每个所述测向接收机分别与所述中央控制器通信连接；

所述中央控制器用于：向每个所述测向接收机发送测向指令；接收每个所述测向接收机发送的测向结果；对该测向结果进行合并运算。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述天线阵列具有三棱锥型的所述接收区域；

所述子阵列包括第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列，该第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列的所述子自接收区域分别位于所述三棱锥型的所述接收区域的三个侧面。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线阵列的子阵列包括第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列，所述第一子阵列的所述子接收区域分别与所述第二子阵列、第三子阵列的所述子接收区域相邻接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线阵列的子阵列包括第一子阵列和第二子阵列，该第一子阵列和第二子阵列的所述子接收区域相互邻接或相互错开。

5.根据权利要求1或4任一所述的系统，其特征在于，所述测向接收机的测向体制为相位干涉仪测向体制或空间谱测向体制。

6.一种分布式非规则阵列短波测向的方法，其特征在于，包括：

测向接收机接收中央控制器发送的测向指令；

测向接收机接收所对应的子阵列获取的无线电信号，并进行测向处理；

测向接收机相中央控制器发送该测向处理的结果；

其中，所述测向接收机为多个，每个所述测向接收机具有相对应的一个所述子阵列。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括：

中央控制器向多个测向接收机发送测向指令；

中央控制器接收该多个测向接收机发送的测向处理的结果；

中央控制器对该测向处理的结果进行合并运算。

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