CN112731276B - 相位可控的双信道测向装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相位可控的双信道测向装置，包括第一射频控制单元、第一变频放大单元、第一可变增益放大器、第一采样单元、数字控制及数据存储单元、第二射频控制单元、第二变频放大单元、第二可变增益放大器以及第二采样单元，通过该相位可控的双信道测向装置可消除信道相位误差的方法，能够在双信道测向中，修正信道间的相位变化，消除因信道响应的差异给测向系统带来的额外误差。本发明还提供一种相位可控的双信道测向方法。相关技术相比，本发明的相位可控的双信道测向装置及方法测向准确度高。

Description

相位可控的双信道测向装置及方法

技术领域

本发明涉及超短波测向技术领域，尤其涉及一种相位可控的双信道测向装置及方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，机载搜救系统面临着测向精度提升越发困难的状况。目前机载搜救设备利用机载双天线和相位严格匹配的一对接收机，采用相位式干涉仪测向法同时接收、解算求救目标的信号，通过信号到两根接收天线的时间差，和这两根天线之间的间距，得到同一辐射源的信号相位差获得入射角，实现相对定位。

相位式干涉仪测向是精度较高的一种测向技术，相位差测的准确度决定着测角的准确性，因此相位差的测量精度成了相位式干涉仪测向的关键。双通道测向接收机中，通道间的相位一致性是影响相位式干涉仪法测向精度的一个重要因素。在不同工作环境中，通道的相位一致性受影响而发生变化，需要进行校准，在利用相位干涉法进行测向处理时，如果将两根天线看成理想状态的，则信道相位的不一致将直接导致测向性能严重下降。

因此，实有必要提供一种新的相位可控的双信道测向装置及方法解决上述问题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种精确性高的相位可控的双信道测向装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种相位可控的双信道测向装置，包括：

第一射频控制单元、第一变频放大单元、第一可变增益放大器、第一采样单元、数字控制及数据存储单元、第二射频控制单元、第二变频放大单元、第二可变增益放大器以及第二采样单元；

所述第一射频控制单元的输入端用于接收射频信号，所述第一射频控制单元的输出端连接至所述第一变频放大单元的输入端，所述第一变频放大单元的输出端与所述第一可变增益放大器的输入端连接，所述第一可变增益放大器的输出端与所述第一采样单元的输入端连接，所述第一采样单元的输出端与所述数字控制及参数存储单元的输入端连接，所述数字控制及参数存储单元的输出端分别连接至所述第一可变增益放大器的输入端、所述第一射频控制单元的输入端以及所述第一变频放大单元的输入端；所述第一射频控制单元、所述第一变频放大单元、所述第一可变增益放大器、所述第一采样单元、所述数字控制及数据存储单元共同形成第一信道，所述第一可变增益放大器的输出端作为所述第一信道的输出端；

所述第二射频控制单元的输入端用于接收所述射频信号，所述第二射频控制单元的输出端连接至所述第二变频放大单元的输入端，所述第二变频放大单元的输出端连接至所述第二可变增益放大器的输入端，所述二可变增益放大器的输出端与所述第二采样单元的输入端，所述第二采样单元的输出端与所述数字控制及参数存储单元的输入端连接，所述数字控制及参数存储单元的输出端分别连接至所述第二可变增益放大器的输入端，所述第二射频控制单元的输入端以及所述第二变频放大单元的输入端；所述第二射频控制单元、所述第二变频放大单元、所述第二可变增益放大器、所述第二采样单元、所述数字控制及数据存储单元共同形成第二信道，所述第二可变增益放大器的输出端作为所述第二信道的输出端；

所述数字控制及数据存储单元内预存有控制策略数据，用以结合所述第一采样单元和第二采样单元输入的信号对所述第一射频控制单元、第一变频放大单元、第一可变增益放大器、第二射频控制单元、第二变频放大单元、第二可变增益放大器进行调节控制以使所述第一信道和所述第二信道输出的信号幅度一致。

优选的，所述控制策略数据包括预先给所述第一信道和所述第二信道加入的等幅同向射频信号、预置按照不同信号频率、不同的信号强度区间、高低温因素、采样信号大小，增益控制电压、第一射频衰减器及第二射频衰减器切入时机。

优选的，所述第一信道中，所述第一射频控制单元包括相互连接的第一射频衰减器与数控滤波和放大单元；所述第一变频放大单元包括依次连接的第二射频衰减器、滤波放大单元以及滤波器；所述第一射频衰减器的输入端用于接收射频信号，所述数控滤波和放大单元的输出端连接至所述第二射频衰减器的输入端，所述第二射频衰减器的输出端与外部的第一本振信号混合后共同连接至所述滤波放大单元的输入端，所述滤波放大单元的输出端与外部的第二本振信号混合后共同连接至所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端分别连接至所述第一可变增益放大器的输出端和所述第一采样单元的输入端；所述数字控制及数据存储单元的输出端分别连接至所述第一射频衰减器的输入端和所述第二射频衰减器的输入端；

所述第二信道中，所述第二射频控制单元与所述第一射频控制单元的结构相同，所述第二变频放大单元的结构与所述第一变频放大单元的结构相同。

优选的，所述第一采样单元及所述第二采样单元均采用SF8307MF型检波及集成运算放大器。

本发明还提供一种相位可控的双信道测向方法，提供如本发明上述的相位可控的双信道测向装置，该方法包括如下步骤：

步骤S1、所述射频天线的射频信号分别进入所述第一信道的输入端和所述第二信道的输入端，当所述第一信道和所述第二信道工作在预设频率时，外部本振同时给所述第一信道和所述第二信道提供本振信号，使得所述第一可变增益放大器和所述第二可变增益放大器分别输出第一中频信号和第二中频信号；所述第一采样单元接收所述第一中频信号后输出第一采样电压并将该第一采样电压输入至所述数字控制及参数存储单元；所述第二采样单元接收所述第二中频信号后输出第二采样电压并将该第二采样电压输入至所述数字控制及参数存储单元。

步骤S2、所述数字控制及参数存储单元根据其预存的控制策略数据，将每个频率在不同信号强度区间下的采样电压值，将所述第一采样电压和所述第二采样电压中电压值较大的分别值接入所述第一信道及所述第二信道中所述第一射频衰减器和所述第二射频衰减器的时机，以并置所述第一可变增益放大器和所述第二可变增益放大器的增益控制电压，使得所述第一信道和所述第二信道保持相位差恒定。

优选的，所述控制策略数据包括预先给所述第一信道和所述第二信道加入的等幅同向射频信号、预置按照不同信号频率、不同的信号强度区间、高低温因素、采样信号大小、增益控制电压、第一射频衰减器及第二射频衰减器切入时机。

与相关技术相比，本发明的相位可控的双信道测向装置及方法中，对于第一信道或第二信道中的一个接收信道时，当信号强度区间变化，就会对应一个相位差的改变，这个改变可以通过预置查表及计算得知，这就是信号强度变化后信道带来的相位改变；测向双收模式时，根据信号的强弱，对两信道同时进行控制，根据控制数据可知相位差变化量，实现对双信道接收相位变化的修下，从而修正用于接收的信道给系统测向带来的额外误差，进而使得测向准确度更高。另外，还可以在测向领域能够有效掌握信道相位的变化，通过上述装置和方法预先置入信道相位数据，减小了测向装置及方法的整体修正难度。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：

图1为本发明相位可控的双信道测向装置结构框图；

图2为本发明相位可控的双信道测向装置中第一信道电路结构图。

实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

请参图1-2所示，本发明提供了一种相位可控的双信道测向装置，包括：

第一射频控制单元1、第一变频放大单元2、第一可变增益放大器3、第一采样单元4、数字控制及数据存储单元5、第二射频控制单元6、第二变频放大单元7、第二可变增益放大器8以及第二采样单元9。

所述第一射频控制单元1的输入端用于接收射频信号RF，所述第一射频控制单元1的输出端连接至所述第一变频放大单元2的输入端，所述第一变频放大单元2的输出端与所述第一可变增益放大器3的输入端连接，所述第一可变增益放大器3的输出端与所述第一采样单元4的输入端连接，所述第一采样单元4的输出端与所述数字控制及参数存储单元5的输入端连接，所述数字控制及参数存储单元5的输出端分别连接至所述第一可变增益放大器3的输入端、所述第一射频控制单元1的输入端以及所述第一变频放大单元2的输入端。

所述第一射频控制单元1、所述第一变频放大单元2、所述第一可变增益放大器3、所述第一采样单元4、所述数字控制及数据存储单元5共同形成第一信道。其中，所述第一可变增益放大器3的输出端作为所述第一信道的输出端，用以输出第一中频信号IF1。

所述第二射频控制单元6的输入端用于接收所述射频信号RF，所述第二射频控制单元6的输出端连接至所述第二变频放大单元7的输入端，所述第二变频放大单元7的输出端连接至所述第二可变增益放大器8的输入端，所述二可变增益放大器8的输出端与所述第二采样单元9的输入端，所述第二采样单元9的输出端与所述数字控制及参数存储单元5的输入端连接，所述数字控制及参数存储单元5的输出端分别连接至所述第二可变增益放大器8的输入端，所述第二射频控制单元6的输入端以及所述第二变频放大单元7的输入端。

本实施方式中，所述第一采样单元4及所述第二采样单元9均采用SF8307MF型检波及集成运算放大器。

所述第二射频控制单元6、所述第二变频放大单元7、所述第二可变增益放大器8、所述第二采样单元9、所述数字控制及数据存储单元5共同形成第二信道。其中，所述第二可变增益放大器8的输出端作为所述第二信道的输出端，用以输出第二中频信号IF2。

具体的，所述第一信道中，所述第一射频控制单元1包括相互连接的第一射频衰减器11与数控滤波和放大单元12。

所述第一变频放大单元2包括依次连接的第二射频衰减器21、滤波放大单元22以及滤波器23。

所述第一射频衰减器11的输入端用于接收射频信号RF，所述数控滤波和放大单元12的输出端连接至所述第二射频衰减器21的输入端，所述第二射频衰减器21的输出端与外部的第一本振信号混合后共同连接至所述滤波放大单元22的输入端，所述滤波放大单元22的输出端与外部的第二本振信号混合后共同连接至所述滤波器23的输入端，所述滤波器23的输出端分别连接至所述第一可变增益放大器3的输出端和所述第一采样单元4的输入端。所述数字控制及数据存储单元5的输出端分别连接至所述第一射频衰减器11的输入端和所述第二射频衰减器21的输入端。

所述第二信道中，所述第二射频控制单元6与所述第一射频控制单元1的结构相同，所述第二变频放大单元7的结构与所述第一变频放大单元2的结构相同，当然各结构的连接关系一致，在此不再赘述。

本实施方式中，所述数字控制及数据存储单元5内预存有控制策略数据，用以结合所述第一采样单元4和第二采样单元9输入的信号对所述第一射频控制单元1、第一变频放大单元2、第一可变增益放大器3、第二射频控制单元6、第二变频放大单元7、第二可变增益放大器8进行调节控制以使所述第一信道和所述第二信道输出的信号幅度一致。

具体的，所述控制策略数据包括预先给所述第一信道和所述第二信道加入的等幅同向射频信号、预置按照不同信号频率、不同的信号强度区间、高低温因素、采样信号大小，增益控制电压、第一射频衰减器及第二射频衰减器切入时机。

本发明的相位可控的双信道测向装置中，将输入的射频信号幅度划分成很多区间，每一个信道在每一个信号幅度区间内都会对应一个可变增益放大器的增益控制电压（AGC电压）。射频信号在某一区间内变化时，第一信道和第二信道两个信道在各自AGC电压控制下，保持信道的相位差恒定，这样每一区间的信号幅度就对应一个稳定的信道相位差，当信号强度区间变化，就会对应一个相位差的改变，这个改变可以通过预置查表及算得知，再告知系统，这就是信号强度变化后由信道带来的误差。

记录射频信号输入时，两个信道的第一射频衰减器11和第二射频衰减器21同时接入时时机及带来的相位差。

测向接收时，射频信号RF分别进入两个接收信道，即第一信道和第二信道，并依次通过每一信道的射频控制单元（第一射频控制单元1和第二射频控制单元6）、变频放大单元（第一变频放大单元2和二变频放大单元7）、可变增益放大器（第一可变增益放大器3和第二可变增益放大器8），然后两信道分别输出中频信号IF1和IF2，同时中频信号IF1和IF2分别输入两个信道的采样单元（第一采样单元4和第二采样单元9），两个采样单元输出的直流信号均输入至数字控制及参数存储单元5，数字控制及参数存储单元5的数字控制部分判断直流信号的大小，根据控制策略分别调整两个信道的可变增益放大器的增益控制电压（AGC电压）、射频衰减器的衰减、还要控制信道衰减同步变化，控制两个信道AGC的控制时机一致，保证双信道相位差的变化可知。因第一信道和第二信道结构相同，为了描述简洁，因此，上述测向接收的工作原理说明时对各结构省去了两个信道中相同结构的“第一”、“第二”的区分，对于本领域普通技术人员是容易理解的。后续描述为了简洁同理省去两个信道中相同结构的“第一”、“第二”的区分。

本发明还提供一种相位可控的双信道测向方法，提供如本发明上述的相位可控的双信道测向装置，该方法包括如下步骤：

步骤S1、所述射频天线的射频信号分别进入所述第一信道的输入端和所述第二信道的输入端，当所述第一信道和所述第二信道工作在预设频率时，外部本振同时给所述第一信道和所述第二信道提供本振信号，使得所述第一可变增益放大器和所述第二可变增益放大器分别输出第一中频信号和第二中频信号；所述第一采样单元接收所述第一中频信号后输出第一采样电压并将该第一采样电压输入至所述数字控制及参数存储单元；所述第二采样单元接收所述第二中频信号后输出第二采样电压并将该第二采样电压输入至所述数字控制及参数存储单元。

步骤S2、所述数字控制及参数存储单元根据其预存的控制策略数据，将每个频率在不同信号强度区间下的采样电压值，将所述第一采样电压和所述第二采样电压中电压值较大的分别值接入所述第一信道及所述第二信道中所述第一射频衰减器和所述第二射频衰减器的时机，以并置所述第一可变增益放大器和所述第二可变增益放大器的增益控制电压，使得所述第一信道和所述第二信道保持相位差恒定。

其中，所述控制策略数据包括预先给所述第一信道和所述第二信道加入的等幅同向射频信号、预置按照不同信号频率、不同的信号强度区间、高低温因素、采样信号大小、增益控制电压、第一射频衰减器及第二射频衰减器切入时机。

本发明的测向方法为两个信道提供了一种步进式的AGC控制方式，通过这种方式保证了信号在一定强度范围内时两信道的相位差不变。当信号强度变到另一个范围内时，通过场强检测指示后通过查表判断应给AGC控制电压的大小，并通过计算指示AGC控制电压跳变后信道相位差的变化量。

所述数字控制及数据存储单元中存入的数据是预先给双信道加入等幅同向的射频信号时，预置的两个信道各自的AGC电压，以保证中频输出幅度一致。

将输入的射频信号RF的幅度划分成很多区间，每一个信道在每一个信号幅度区间内都会对应一个AGC电压。射频信号在某一区间内变化时，两个信道在各自AGC电压控制下，保持信道的相位差恒定，这样每一区间的信号幅度就对应一个稳定的信道相位差，当信号强度区间变化，就会对应一个相位差的改变，这个改变可以通过预置查表及算得知，再告知系统，这就是信号强度变化后由信道带来的误差。

数字控制及数据存储单元中还记录了当大信号输入时，两个信道的射频衰减器同时接入时机及带来的相位差。

数字控制及数据存储单元中按照不同信号频率，不同的信号强度区间，高低温因素、AGC电压、固定衰减器切入时机等存储数据。

经基于上述相位可控的双信道测向装置的测向方法，可以在测向领域能够有效掌握信道相位的变化，通过本发明的相位可控的双信道测向装置及方法预先置入信道相位数据，减小了测向系统的整体修正难度。

工作时，接收到的射频信号RF分别经两个信道，两个信道的射频控制单元，完成数控滤波选频和放大，接着进入两个信道的变频放大单元，完成混频、滤波和放大后输出中频信号IF1和IF2，中频信号送至后续的模块完成信号的处理。每一信道的第一射频衰减器和第二射频衰减只在信号强度达到特定值时接入电路，保证系统工作于线性放大区。

当两个信道进行测向接收时，由于信道采用了线性控制技术，同时采用共同的频合提供本振信号，可有效控制相位变化，保证接收时相位差的相对稳定。

比如：当信道工作在某一频率时，外部本振同时给两个信道提供本振信号，两个信道的采样单元将采样的电平放大后分别送入数字控制及数据存储单元。根据数字控制及数据存储单元中存储表内每个频率在不同信号强度区间下的采样电压值，根据两信道采样值中大的值接入每一信道的第一射频衰减器和第二射频衰减器的时机，并置每一信道的可变增益放大器的电压；兼顾温度等环境参数，射频信号在某一区间内变化时，两个信道在各自AGC电压（自动增益控制电压）控制下，保持信道的相位差恒定，这样每一区间的信号幅度就对应一个稳定的信道相位差；对于一个接收信道，当信号强度区间变化，就会对应一个相位差的改变，这个改变可以通过数字控制及数据存储单元中预置查表及计算得知，这就是信号强度变化后信道带来的相位改变；测向双收模式时，根据信号的强弱，对两信道同时进行控制，根据控制数据可知相位差变化量。

与相关技术相比，本发明的相位可控的双信道测向装置及方法中，对于第一信道或第二信道中的一个接收信道时，当信号强度区间变化，就会对应一个相位差的改变，这个改变可以通过预置查表及计算得知，这就是信号强度变化后信道带来的相位改变；测向双收模式时，根据信号的强弱，对两信道同时进行控制，根据控制数据可知相位差变化量，实现对双信道接收相位变化的修下，从而修正用于接收的信道给系统测向带来的额外误差，进而使得测向准确度更高。能够在双信道测向中，修正信道间的相位变化，消除因信道响应的差异给测向系统带来的额外误差，还可以在测向领域能够有效掌握信道相位的变化，通过上述装置和方法预先置入信道相位数据，减小了测向装置及方法的整体修正难度。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (4)

1.一种相位可控的双信道测向装置，其特征在于，包括：

第一射频控制单元、第一变频放大单元、第一可变增益放大器、第一采样单元、数字控制及数据存储单元、第二射频控制单元、第二变频放大单元、第二可变增益放大器以及第二采样单元；

所述第一射频控制单元的输入端用于接收射频信号，所述第一射频控制单元的输出端连接至所述第一变频放大单元的输入端，所述第一变频放大单元的输出端与所述第一可变增益放大器的输入端连接，所述第一可变增益放大器的输出端与所述第一采样单元的输入端连接，所述第一采样单元的输出端与所述数字控制及参数存储单元的输入端连接，所述数字控制及参数存储单元的输出端分别连接至所述第一可变增益放大器的输入端、所述第一射频控制单元的输入端以及所述第一变频放大单元的输入端；所述第一射频控制单元、所述第一变频放大单元、所述第一可变增益放大器、所述第一采样单元、所述数字控制及数据存储单元共同形成第一信道，所述第一可变增益放大器的输出端作为所述第一信道的输出端；

所述第二射频控制单元的输入端用于接收所述射频信号，所述第二射频控制单元的输出端连接至所述第二变频放大单元的输入端，所述第二变频放大单元的输出端连接至所述第二可变增益放大器的输入端，所述二可变增益放大器的输出端与所述第二采样单元的输入端，所述第二采样单元的输出端与所述数字控制及参数存储单元的输入端连接，所述数字控制及参数存储单元的输出端分别连接至所述第二可变增益放大器的输入端，所述第二射频控制单元的输入端以及所述第二变频放大单元的输入端；所述第二射频控制单元、所述第二变频放大单元、所述第二可变增益放大器、所述第二采样单元、所述数字控制及数据存储单元共同形成第二信道，所述第二可变增益放大器的输出端作为所述第二信道的输出端；

所述数字控制及数据存储单元内预存有控制策略数据，用以结合所述第一采样单元和第二采样单元输入的信号对所述第一射频控制单元、第一变频放大单元、第一可变增益放大器、第二射频控制单元、第二变频放大单元、第二可变增益放大器进行调节控制以使所述第一信道和所述第二信道输出的信号幅度一致;所述控制策略数据包括预先给所述第一信道和所述第二信道加入的等幅同向射频信号、预置按照不同信号频率、不同的信号强度区间、高低温因素、采样信号大小，增益控制电压、第一射频衰减器及第二射频衰减器切入时机。

2.根据权利要求1所述的相位可控的双信道测向装置，其特征在于，所述第一信道中，所述第一射频控制单元包括相互连接的第一射频衰减器与数控滤波和放大单元；所述第一变频放大单元包括依次连接的第二射频衰减器、滤波放大单元以及滤波器；所述第一射频衰减器的输入端用于接收射频信号，所述数控滤波和放大单元的输出端连接至所述第二射频衰减器的输入端，所述第二射频衰减器的输出端与外部的第一本振信号混合后共同连接至所述滤波放大单元的输入端，所述滤波放大单元的输出端与外部的第二本振信号混合后共同连接至所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端分别连接至所述第一可变增益放大器的输出端和所述第一采样单元的输入端；所述数字控制及数据存储单元的输出端分别连接至所述第一射频衰减器的输入端和所述第二射频衰减器的输入端；

所述第二信道中，所述第二射频控制单元与所述第一射频控制单元的结构相同，所述第二变频放大单元的结构与所述第一变频放大单元的结构相同。

3.根据权利要求1所述的相位可控的双信道测向装置，其特征在于，所述第一采样单元及所述第二采样单元均采用SF8307MF型检波及集成运算放大器。

4.一种相位可控的双信道测向方法，其特征在于，提供如权利要求2或3所述的相位可控的双信道测向装置，该方法包括如下步骤：

步骤S1、所述射频天线的射频信号分别进入所述第一信道的输入端和所述第二信道的输入端，当所述第一信道和所述第二信道工作在预设频率时，外部本振同时给所述第一信道和所述第二信道提供本振信号，使得所述第一可变增益放大器和所述第二可变增益放大器分别输出第一中频信号和第二中频信号；所述第一采样单元接收所述第一中频信号后输出第一采样电压并将该第一采样电压输入至所述数字控制及参数存储单元；所述第二采样单元接收所述第二中频信号后输出第二采样电压并将该第二采样电压输入至所述数字控制及参数存储单元；

步骤S2、所述数字控制及参数存储单元根据其预存的控制策略数据，将每个频率在不同信号强度区间下的采样电压值，将所述第一采样电压和所述第二采样电压中电压值较大的分别值接入所述第一信道及所述第二信道中所述第一射频衰减器和所述第二射频衰减器的时机，以并置所述第一可变增益放大器和所述第二可变增益放大器的增益控制电压，使得所述第一信道和所述第二信道保持相位差恒定。