CN114578299A - 一种无线远程控制信标设备产生射频信号的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线远程控制信标设备产生射频信号的方法及系统，其采用树莓派小型计算机，计算机通过第一数据线与电台和第二信标球相连，通过第二数据线与第一信标球相连，通过网线将计算机与信号源相连；所述计算机编辑生成控制信标设备修改点频、输出信号指令，经地面站电台无线发送至标校塔，标校塔电台接收到指令转送至计算机，计算机解读指令内容后自动向信号源、第一信标球和/或第二信标球发送指令，信标设备执行指令后产生所需射频信号，同时将执行状态通过电台进行回传。本发明显著缩短了地面站开展对塔标校准备时间，节省了人力物力，具有控制高效、精准的特点，信号源与信标球信标信号产生互为备份，更加稳妥可靠。
Description
技术领域
本发明涉及信号产生技术领域，更为具体地，本发明涉及一种无线远程控制信标设备产生射频信号的方法及系统。
背景技术
对塔标校是雷达系统校准相位、验证设备状态的重要途径。通常情况下，对塔标校实施过程中，需要岗位人员将信号源设备搬运至5公里之外的标校塔，上到塔顶现场人工搭建信标产生环境，通过电话或者对讲机与地面站沟通信号源的开启和频率修改。手动通讯时，人员携带对讲机、信号源设备登上标校塔；当需要更改信号参数时，地面站人员通过对讲机或者内部电话沟通需求。但标校塔为钢筋混凝土结构，且一般情况下地面站机房位于钢结构内，这就导致二者之间的无线信道电磁屏蔽效应较为显著。对讲机信道存在较大噪声，音质较差，有时发生误操作需要反复更改。当使用电话沟通时，需要标校塔上人员连续长时间值守，例如，每次对塔3小时左右。
对塔校标的整个过程涉及人员车辆、搭建环境、沟通协调等诸多环节，组织实施耗时长、效率低，且每次对塔标校均需重复该过程。对于需要频繁对塔校的具体应用场合，例如，年平均20多次，浪费了大量人力物力。并且，信号源作为贵重仪器不适合连续长时间加电工作。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提出一种无线远程控制信标设备产生射频信号的方法及系统，经地面站电台无线发送至标校塔，标校塔电台接收到指令转送至树莓派小型计算机，解读指令内容后自动向信号源、第一信标球或第二信标球这三种信标设备之一发送执行指令，信标设备执行指令后产生所需射频信号，信标设备执行结果通过以上逆反过程反馈至地面站树莓派小型计算机进行显示。具体地，本发明使用信标球与信号源构成双冗余备份方案。信标球结构简单，价格低廉，可以满足地面站标校需求。本发明采用无线的方式对信标设备进行远程控制以产生射频信号。并且根据本发明的方法及系统能够产生多种射频信号，也就是说，本发明采用两个信标球，每个信标球产生一个频段的的射频信号。两个信标球组合在一起与信号源构成双冗余备份方案。当需要产生某个频段的信号时，既可以开启相应频段的信标球，也可以开启信号源。本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的系统中的信标信号产生系统，其通过电台无线传输信号，通过树莓派产生及解读指令，并且通过信标设备执行指令并产生射频信标信号。本发明成本低廉，快捷高效，省时省力，能够实现在地面站远程控制标校塔信标设备产生所需无线射频信号，从而高效开展地面站对塔标校工作。当不需要复杂的信号样式，且需要在无能源供应的野外架设信标标校时，本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法和系统能够仅使用信标球，无需信号源，通过小型锂电池和电源适配器供电。提高了信标部署的灵活性。
本发明的技术方案如下：
一种无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其具体包括如下步骤：
S1：选定需要进行控制的目标，需要进行控制的目标包括信号源和多个信标球；根据控制目标填写命令帧地址信息；
S2：地面站树莓派计算机产生第一命令帧，所述第一命令帧经地面站小型电台无线发送至标校塔；
S3：标校塔小型电台接收来自于地面站小型电台所发射的第一命令帧，并将其传输至标校塔树莓派计算机，设为第二命令帧；
S4：标校塔树莓派计算机对其第一USB接口所接收的第二命令帧进行格式校验；所述格式校验包括完整性校验和长度校验；
S5：若完整性校验和/或数据包长度未通过，则判定格式校验未通过，则本次标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的第二命令帧丢弃；
若完整性校验和数据包长度校验均通过，则判定格式校验通过，转入步骤S6；
S6：对通过格式校验的第二命令帧进行校验码校验，所述校验码校验采用字段检验的方式进行；
若未发生字段丢失，则判定字段检验通过；转入步骤S7；
若发生字段丢失，则判定字段检验未通过，对通过格式校验的命令帧进行丢弃处理；
S7：对命令帧进行解析：
当所述命令帧的地址信息为信号源地址，则转入步骤S8；
当所述命令帧的地址信息为第一信标球地址或第二信标球地址时，转入步骤S9；
S8：标校塔树莓派计算机重新组装得到第三命令帧，转入步骤S10；
S9：通过预设的置信区间进行频率校验，若原始频率范围与置信区间不吻合，则丢弃本次第二命令帧；若原始频率范围与置信区间吻合，则转入步骤S10；
S10：向第一信标球、第二信标球或信号源发送合法的指令；若标校塔树莓派计算机向信标球发送指令，则转入S11；若标校塔树莓派计算机向信号源发送指令，则转入S14；
S11：若步骤S10中向信标球发送合法的指令，则信标球响应，执行所收到的第二命令帧，进行相应动作，并向标校塔树莓派计算机反馈响应帧；所述响应帧由信标球创建，所述响应帧为第一响应帧，
S12：标校塔树莓派计算机将该响应帧保持初始格式经标校塔小型电台和地面站小型电台传输至地面站树莓派计算机；
S13：地面站树莓派计算机对所接收的响应帧进行校验，此处的响应帧为第二响应帧；若通过校验则，在地面站树莓派计算机的用户显示界面上提示信标球的参数信息；所述信标球的参数信息包括设备状态和频率，其中信标球的设备状态参数包括开或关；
S14：若步骤S10中向信号源发送第三命令帧，则标校塔树莓派计算机发布查询命令，以便获取信号源的参数，所述参数包括设备状态、幅度和频率；
S15：若预设时间间隔内未读取到当前信号源的参数，则超时退出；标校塔树莓派计算机终止读取信号源参数，通过标校塔小型电台与地面站小型电台向地面站树莓派计算机返回预设数量的字节，向用户发出信号源提示；
若预设时间间隔内读取到当前信号源的设备状态、幅度和频率参数，则将当前信号源的设备状态、幅度和频率参数组成第四命令帧；转入步骤S16；
S16：标校塔树莓派计算机生成校验码，将带校验码的第四命令帧通过标校塔小型电台和地面站小型电台传输回地面站树莓派计算机进行校验；
S17：若校验通过，则在地面站树莓派计算机的显示界面显示当前信号源设备的参数信息，完成对信号源的设置。
优选地，通过第一信标球对第一频率的设备进行标校，通过第二信标球对第二频率的设备进行标校，第一频率的范围为2～4GHz，第二频率范围为22～40GHz。
优选地，地面站树莓派计算机产生第一命令帧，并将第一命令帧传输至所述地面站树莓派计算机的USB接口，通过USB转RS485数据线，将该第一命令帧经地面站小型电台无线发至标校塔。
优选地，所述完整性校验如下：所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式是否完整；若帧头和帧尾存在，则判定所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式完整；若帧和/或帧尾不存在，则判定所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式不完整。
优选地，判断所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的数据包的长度是否与所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧中帧长字段的值一致，若数据包的长度等于帧长度字段的值，则长度校验通过；若数据包的长度不等于帧长度字段的值，则长度校验为未通过。
优选地，若原始频率范围与置信区间吻合，则执行如下操作：
当所述命令帧中的地址信息为第一信标球地址，则将该第二命令帧发送至标校塔树莓派计算机的第二USB接口；
当所述命令帧的地址信息为第二信标球地址，则将该第二命令帧发送至标校塔树莓派计算机的第三USB接口。
优选地，带校验码的第四命令帧传输至标校塔树莓派计算机的第一USB接口后，通过相应的数据线传输回标校塔小型电台的RS485接口，通过标校塔小型电台传输至地面站小型电台，并从地面站小型电台的RS485接口经过相应的数据线至地面站树莓派计算机的USB接口，地面站树莓派计算机对经过该USB接口传回的第四命令帧进行校验。
优选地，从第四命令帧的第二个字段开始至第四命令帧的数据字段逐一进行校验；校验的过程如下：
(1)检查数据帧头和帧尾字段是否与格式要求一致：命令帧帧头为0x7F，帧尾是0x7D；
(2)检查命令帧数据包长度与命令帧内填充的“协议长度”字段是否一致；
(3)对命令数据帧中的第2至倒数第2个字节所有数据计算异或和，并与命令帧内填充的“校验”字段是否一致；
(4)若上述三种检查均与要求一致，则校验通过。
优选地，发送至标校塔树莓派计算机的网口的第三命令帧通过网线传输至信号源的网口；发送至标校塔树莓派计算机的第二USB接口的第二命令帧通过数据线传输至第一信标球的RS485接口；发送至标校塔树莓派计算机的第三USB接口的第二命令帧通过数据线传输至第二信标球的RS485接口；优选地，所述信标球建立响应帧，并通过信标球的RS485接口经数据线传输至标校塔树莓派计算机的相应的USB接口。
优选地，响应帧中第一个字段为7FH，以便确保其能顺利通过帧格式检查。所述响应帧的第一个字段内容在标校塔树莓派计算机向信标球发送第二命令帧时预先设定。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法及系统，它包括2台树莓派小型计算机、2台小型电台、1台信号源、第一信标球、第二信标球，其中第一信标球为产生某特定频段的信标球，第二信标球为产生另外某特定频段的信标球。在标校塔，1台树莓派小型计算机与信号源、第一信标球、第二信标球及1台电台相连；在地面站，另1台树莓派小型计算机与另外1台电台相连。地面站树莓派小型计算机编辑产生指令，指令经地面站电台无线发送至标校塔，标校塔电台接收到该指令后送至标校塔树莓派小型计算机，树莓派小型计算机解读指令后形成执行指令送至信号源、第一信标球、第二信标球等信标设备，信标设备执行指令并产生所需射频信号，射频信号经标校塔固有天线发送无线射频信号，地面站接收到射频信号后即可开展对塔标校工作。同时，标校塔上信标球、信号源的状态通过电台回传至地面站树莓派小型计算机。参见图1，本发明涉及一种无线远程控制信标设备产生射频信号系统，它包括2台树莓派小型计算机、2台电台、信号源、第一信标球、第二信标球。在标校塔，使用树莓派小型计算机分别与信号源、第一信标球、第二信标球及电台相连；在地面站，使用树莓派小型计算机与电台相连。其中，通过USB转RS232数据线将树莓派小型计算机与电台、第二信标球相连，并使用RS232协议进行通信；通过USB转RS85数据线将树莓派小型计算机与第一信标球相连，并使用RS485协议进行通信；通过RJ45网线将树莓派小型计算机与信号源相连，通过LXI协议进行通信。地面站树莓派小型计算机可编辑生成控制信标设备修改某点频、输出信号指令；标校塔树莓派小型计算机可接收解读该指令内容，并自动向信标球和信号源发送产生某点频射频信号的执行指令。地面站树莓派小型计算机生成指令，该指令具体传输过程为：经地面站电台无线发送至标校塔电台，标校塔电台接收到指令后转送至标校塔树莓派小型计算机，标校塔树莓派小型计算机解读指令后形成执行指令送至信号源、第一信标球或第二信标球这3个信标设备之一，信标设备执行指令并产生所需射频信号，同时信标球、信号源的状态反馈给标校塔树莓派小型计算机，校塔树莓派小型计算机将反馈信息经汇总后，通过电台将该信息回传至地面站树莓派小型计算机，地面站树莓派小型计算机可显示指令执行结果状态，从而形成闭环。由信标设备产生的射频信号，经标校塔固有天线发送无线射频信号，地面站接收天线接收该射频信号后即可开展对塔标校工作。
本发明能够实现在地面站无线远程控制标校塔信标设备产生所需射频信号。本发明设计的系统中信号源与信标球均能产生所需射频信号，形成了有效冗余备份。本发明设计系统中标校塔信标球的命令控制支持2种方式，一是通过小型电台直接控制，二是通过树莓派计算机转接控制，通过切换线缆连接即可实现切换。本发明设计的命令帧格式具有实现简单的特点。
本发明显著缩短了地面站开展对塔标校准备时间，大大节省了人力物力资源。本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法及系统，其在地面站即可编辑生成用于控制塔上信标设备的执行命令，本发明与通过人工电话或对讲机进行沟通的方式相比，其能够进行高效控制，并且本发明能够有效避免通过人工电话或对讲机进行沟通时所带来的误沟通，以便进行精准标校。本发明的信标信号产生系统可通过控制信号源产生信标信号，亦可根据需要控制信标球产生信标信号，形成了备份手段，更加稳妥可靠。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法的流程图。
图2是根据本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的系统的结构示意图。
图3是根据本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的系统中信标信号产生系统的信号流程图。
图4是根据本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的系统命令帧格式图。
图5是根据本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法中BCH(63，56)编码电路的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合附图对本发明进行详细说明。根据本发明的第一实施例的无线远程控制信标设备产生射频信号系统，如图1至图5所示，其包括计算机、电台、和信标设备；所述信标设备包括信号源、第一信标球和第二信标球，第一信标球产生2～4GHz射频信号；第二信标球产生22～40GHz射频信号。电台与计算机之间通过数据线进行连接，电台分别设置在地面站和标校塔，所述电台配置用于在地面站和标校塔之间实现数据传输。地面站的计算机通过数据线与地面站的电台连接，所述标校塔的计算机通过数据线与标校塔的电台相连，所述标校塔的计算机通过数据线分别与信标设备相连接，也就是说，所述标校塔的计算机通过相应的数据线与第一信标球和第二信标球相连。所述标校塔的计算机通过网线与信号源连接。
具体地，所述计算机可以采用树莓派计算机；优选地，所述树莓派计算机的数量为两个；其分别为第一树莓派计算机和第二树莓派计算机。
优选地，所述电台为小型电台，所述电台的数量为2个，其分别为第一电台和第二电台。第一电台和第二电台是完全一致的，可以互换。支持加密功能。当设置相同的加密参数时，电台提供透明传输通道，即第一电台输入的数据与第二电台输出的数据相同。同样的，第二电台的输入数据与第二电台的输出数据相同。优选地，所述电台的频率范围是：410.125～493.125MHz，默认使用433.125MHz。要求电台通视条件下，最小通信距离12km，功耗小于24W，工作温度-40～85℃。
所述第一电台和所述第一树莓派计算机放置于地面站。在地面站，第一电台与第一树莓派计算机通过第一数据线相连；优选地，所述第一数据线为USB转RS485数据线。所述第一数据线的第一端连接至第一树莓派计算机的USB接口，所述第一数据线的第二端连接至第一电台的DB9接口。
所述第二电台与所述第二树莓派计算机放置于标校塔。在标校塔，第二电台与第二树莓派计算机通过第二数据线相连；所述第二数据线的第一端连接至第二树莓派计算机的第一USB接口，所述第二数据线的第二端连接至第二电台的DB9接口。优选地，所述第二数据线为USB转RS485数据线。第二树莓派计算机通过第三数据线分别与第一信标球、第二信标球相连；优选地，所述第三数据线为USB转RS485数据线相连。第三数据线的第一端连接至第二树莓派计算机的第二USB接口，所述第三数据线的第二端连接至各信标设备的RS485接口。
所述第二树莓派计算机通过网线与信号源相连，所述网线的第一端连接至第二树莓派计算机的网口，所述网线的第二端连接至信号源的网口。例如，其通过RJ45网线与信号源相连。第二树莓派计算机与第二电台、第二信标球之间使用RS232协议进行通信，第二树莓派计算机与第一信标球之间使用RS485协议进行通信，第二树莓派计算机与信号源使用LXI协议进行通信。所述第一树莓派计算机为地面站树莓派计算机，地面站小型电台为第一电台，第二树莓派计算机为标校塔树莓派计算机，标校塔小型电台为第二电台。通过地面站树莓派计算机生成控制信标设备修改点频、输出信号指令，地面站树莓派计算机产生命令帧，该命令帧经地面站小型电台无线发送至标校塔，标校塔小型电台接收该命令帧，并通过标校塔树莓派计算机解读命令帧，并产生控制信号源、第一信标球和/或第二信标球的指令。具体地，地面站树莓派计算机按照用户的设置产生三类命令帧：修改点频、修改信号幅度和开关输出信号。命令帧的格式如图4。命令帧数据通过第一数据线，第一电台的DB9接口发送至第一电台。第一电台透明转发至第二电台，第二电台经过其DB9接口，使用第二数据线将命令帧透明转发至第标校塔树莓派计算机。
各个树莓派计算机发送命令的基本过程为，打开串口，同时初始化串口参数，向串口写入数据。根据本发明的信标设备执行该指令后产生所需射频信号，信号源、第一信标球、第二信标球将自身状态反馈地面站树莓派计算机，形成闭环。第一信标球与第二信标球的执行方式是一致的；信标球内的单片机通过RS485接口接收到指令后，向信号产生芯片写入频率控制字，信号产生芯片更改频率，产生的低频信号与本振模块产生的本振信号混频，产生所设置频率的射频信号。
更为具体地，树莓派计算机用于解读命令帧并产生控制信号源(使用信号源SCPI标准指令格式)、第一信标球或第二信标球(使用命令帧格式)之一的指令，信标设备执行指令后产生所需射频信号，第一信标球、第二信标球执行命令后将自身状态形成响应帧反馈至标校塔树莓派计算机，信号源执行命令后自身状态通过标校塔树莓派计算机主动查询得到，标校塔树莓派计算机收集到信标设备状态后产生命令帧，通过标校塔小型电台发送至地面站，标校塔小型电台接收到该命令帧后送至地面站树莓派计算机，树莓派计算机解读显示出命令执行情况，从而形成闭环。
具体地，根据本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其具体包括如下步骤：
S1：选定需要进行控制的目标：
优选地，所述需要进行控制的目标包括信号源和多个信标球。
具体地，根据本发明的信标设备包括第一信标球和第二信标球，其中第一信标球配置用于对第一频率的设备进行标校，第二信标球配置用于第二频率的设备进行标校，第一频率的范围为2～4GHz，第二频率范围为22～40GHz。
S2：地面站树莓派计算机产生第一命令帧，所述第一命令帧经地面站小型电台无线发送至标校塔；在第一命令帧内设置信号源的地址信息和各信标球的地址信息：
优选地，所述信号源、第一信标球和第二信标球的地址信息互不相同；
优选地，地面站树莓派计算机产生第一命令帧，并将第一命令帧传输至所述地面站树莓派计算机的USB接口，通过USB转RS485数据线，将该第一命令帧经地面站小型电台无线发至标校塔；
优选地，所述命令帧格式为：1Byte帧头(STX，7BH为发送)、1Byte协议长度(LC，LC＝STX+LC+SAD+CMD+DATA+VS+ETX)、1Byte地址信息(SAD，范围OOH-FFH)、1Byte命令(CMD)、6Byte数据(DATA)、1Byte校验(VS，对CMD和DATA字段计算生成校验，其生成方法稍后描述)、1Byte帧尾(ETX，固定为7DH)。VS校验字段参照CCSDS的建议，使用BCH(63，56)，生成多项式为g(x)＝x7+x6+x2+1。生成过程如下：
(1)使用“0”初始化图X的寄存器；
(2)使用图X的编码电路产生7位校验码；
(3)在第(3)步生成的校验码尾部填充1位“0”，产生1个字节(8位)的校验码(VS)。
S3：标校塔小型电台接收来自于地面站小型电台所发射的第一命令帧，并将其传输至标校塔树莓派计算机；具体地，将所接收的命令帧通过电台的RS485接口传输至标校塔树莓派计算机的第一USB接口；
S4：标校塔树莓派计算机对其第一USB接口所接收的命令帧进行格式校验；所述格式校验包括完整性校验和长度校验；
将标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧设为第二命令帧；
优选地，格式校验中命令帧的格式要求为1Byte帧头(STX)、1Byte协议长度(LC)、1Byte地址信息(SAD)、1Byte命令(CMD)、6Byte数据(DATA)、1Byte校验(VS)、1Byte帧尾(ETX)。
优选地，所述完整性校验如下：所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式是否完整；优选地，若帧头和帧尾存在，则判定所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式完整；若帧和/或帧尾不存在，则判定所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式不完整。
所述格式校验还包括：判断所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的数据包的长度是否与所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧中帧长字段的值一致，若数据包的长度等于帧长度字段的值，则长度校验通过；若数据包的长度不等于帧长度字段的值，则长度校验为未通过。本申请中帧长字段用命令帧格式中的“协议长度”表示。
S5：若完整性校验和/或数据包长度未通过，则格式校验未通过，则放弃该数据，也就是说，将本次标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧丢弃；
若完整性校验和数据包长度校验均通过，则格式校验通过，转入步骤S6；
S6：对通过格式校验的命令帧进行校验码校验，所述校验码校验采用字段检验的方式进行；
优选地，对通过格式校验的命令帧，从帧长字段开始至数据字段结束的内容逐一与预设的命令帧格式进行比较，判断是否通过字段检验。
若未发生字段丢失，则判定字段检验通过；转入步骤S7；
若发生字段丢失，则判定字段检验未通过，对通过格式校验的命令帧进行丢弃处理。
在命令帧格式中，数据字段用DATA表示。
优选地，命令帧的格式要求为1Byte帧头(STX)、1Byte协议长度(LC)、1Byte地址信息(SAD)、1Byte命令(CMD)、6Byte数据(DATA)、1Byte校验(VS)、1Byte帧尾(ETX)。
S7：对命令帧进行解析；读取所述命令帧中的地址信息字段；所述地址信息包括信号源地址、第一信标球地址和第二信标球地址；当所述命令帧中的地址信息为信号源地址，则将该命令帧发送至标校塔树莓派计算机的网口；
当所述命令帧的地址信息为信号源地址，则转入步骤S8；
当所述命令帧的地址信息为第一信标球地址或第二信标球地址时，转入步骤9；
S8：读取所述命令帧的目的字段，判断其含义，标校塔树莓派计算机重新组装得到第三命令帧；转入步骤S10；
优选地，第一命令帧、第二命令帧的格式内容完全一致。所述第三命令帧的格式按照SCPI标准指令集组装，设置信号源幅度为-10dBm的命令为ampl-10dBm。
优选地，所述命令的含义包括但不限于信号源的开或关、频率信息。
S9：通过预设的置信区间进行频率校验，若原始频率范围与置信区间不吻合，则丢弃本次第二命令帧；若原始频率范围与置信区间吻合，则执行如下操作：
当所述命令帧中的地址信息为第一信标球地址，则将该第二命令帧发送至标校塔树莓派计算机的第二USB接口；
当所述命令帧的地址信息为第二信标球地址，则将该第二命令帧发送至标校塔树莓派计算机的第三USB接口；
S10：向第一信标球、第二信标球或信号源发送合法的指令；若标校塔树莓派计算机向信标球发送指令，则转入S11；若标校塔树莓派计算机向信号源发送指令，则转入S14；
优选地，发送至标校塔树莓派计算机的网口的第三命令帧通过网线传输至信号源的网口；发送至标校塔树莓派计算机的第二USB接口的第二命令帧通过数据线传输至第一信标球的RS485接口；发送至标校塔树莓派计算机的第三USB接口的第二命令帧通过数据线传输至第二信标球的RS485接口；
S11：若步骤S10中向信标球发送合法的指令，则信标球响应，执行所收到的第二命令帧，进行相应动作，并向标校塔树莓派计算机反馈响应帧；所述响应帧由信标球创建，所述响应帧为第一响应帧，优选地，所述响应帧的格式为1Byte帧头(STX，7FH为接收)、1Byte协议长度(LC，LC＝STX+LC+SAD+CMD+DATA+VS+ETX)、1Byte地址信息(SAD，范围OOH-FFH)、1Byte命令(CMD)、6Byte数据(DATA)、1Byte校验(VS，VS＝LC^SAD^CMD^DATA)、1Byte帧尾(ETX，固定为7DH)。
优选地，所述信标球建立响应帧，并通过信标球的RS485接口经数据线传输至标校塔树莓派计算机的相应的USB接口，例如，第二USB接口和第三USB接口。
其中响应帧帧命令中第一个字段为7FH，以便确保其能顺利通过帧格式检查。所述响应帧的第一个字段内容在标校塔树莓派计算机向信标球发送第二命令帧时预先设定。
S12：标校塔树莓派计算机将该响应帧保持初始格式经标校塔小型电台和地面站小型电台传输至地面站树莓派计算机；
优选地，第一响应帧保持初始格式通过标校塔树莓派计算机的第一USB接口经相应的数据线传输至标校塔小型电台的RS485接口；通过标价塔小型电台与地面站小型电台之间的无线通信，将第一响应帧传输至地面站小型电台后，通过地面站小型电台的RS485接口，将第一响应帧经相应的数据线发送至地面站树莓派计算机的USB接口，地面站树莓派计算机对其接收的响应帧进行校验，所述地面站树莓派计算机所接收帧为第二响应帧；
S13：地面站树莓派计算机对所接收的相应帧进行校验，此处的响应帧为第二响应帧；若通过校验则，在地面站树莓派计算机的用户显示界面上提示信标球的参数信息；所述信标球的参数信息包括设备状态和频率，其中信标球的设备状态参数包括开或关；
优选地，所述校验过程为从第二响应帧的第二个字段开始至数据字段结束，逐一进行校验。校验的过程与第四命令帧校验过程一致，其具体步骤如下：
步骤一、检查数据帧头和帧尾字段是否与格式要求一致：命令帧帧头为
0x7F，帧尾是0x7D；
步骤二、检查命令帧数据包长度与命令帧内填充的“协议长度”字段是否一致；
步骤三、对命令数据帧中的第2至倒数第2个字节所有数据计算异或和，并与命令帧内填充的“校验”字段是否一致。
步骤四、若步骤一、步骤二、步骤三检查结果均一致，则校验通过；在地面站树莓派计算机的用户显示界面提示信标球的参数信息。
若校验未通过，则地面站树莓派计算机的显示界面显示校验失败信息；
S14：若步骤S10中向信号源发送第三命令帧，则标校塔树莓派计算机发布查询命令，获取信号源的参数，所述参数包括设备状态、幅度和频率；地面站树莓派计算机在发送第三命令帧的方法是，地面站树莓派计算机经过电台向标校塔树莓计算机发送查询命令。标校塔树莓派计算机校验查询命令，若校验失败，则丢弃。通过校验后，向信号源发送。然后标校塔树莓派计算机自主向信号源发送查询命令，并将查询结果组装成第四命令帧返回。
S15：若预设时间间隔内未读取到当前信号源的参数，则超时退出；标校塔树莓派计算机终止读取信号源参数，通过标校塔小型电台与地面站小型电台向地面站树莓派计算机返回预设数量的字节，向用户发出信号源提示；
若预设时间间隔内读取到当前信号源的设备状态、幅度和频率参数，则将当前信号源的设备状态、幅度和频率参数组成第四命令帧；转入步骤S16；
优选地，预设时间间隔为5-6s，预设数量的字节为2字节。
S16：标校塔树莓派计算机生成校验码，将待校验码的第四命令帧通过标校塔小型电台和地面站小型电台传输回地面站树莓派计算机进行校验；
S17：若校验未通过，则地面站树莓计算机的显示界面显示校验失败信息；若校验通过，则在地面站树莓派计算机的显示界面显示当前信号源设备的参数信息，完成对信号源的设置。
优选地，带校验码的第四命令帧传输至标校塔树莓派计算机的第一USB接口后，通过相应的数据线传输回标校塔小型电台的RS485接口，通过标校塔小型电台传输至地面站小型电台，并从地面站小型电台的RS485接口经过相应的数据线至地面站树莓派计算机的USB接口，地面站树莓派计算机对经过该USB接口传回的第四命令帧进行校验。
优选地，从第四命令帧的第二个字段开始至第四命令帧的数据字段逐一进行校验；校验的过程如下：
(1)检查数据帧头和帧尾字段是否与格式要求一致：命令帧帧头为0x7F，帧尾是0x7D；
(2)检查命令帧数据包长度与命令帧内填充的“协议长度”字段是否一致；
(3)对命令数据帧中的第2至倒数第2个字节所有数据计算异或和，并与命令帧内填充的“校验”字段是否一致；
(4)若上述三种检查均一致，则校验通过。
通过USB转RS485数据线相连的两种设备使用RS485协议进行通信，采用串行通信标准，提供RS485电平输出，异步主从应答方式工作，传输速率9600bps、无校验。一个串行字节的组成是：1起始位，8数据位，1停止位。所有的命令和回应是以头字节开始、以尾字节结尾的字节序列。通过RJ45网线相连使用LXI协议进行通信。
若第一信标球、第二信标球直接通过USB转RS485数据线与标校塔小型电台相连，则直接通过地面站树莓派计算机生成控制信标球命令帧进行控制即可。
参见图4，本发明涉及一种无线远程控制信标设备产生射频信号系统，通信中命令帧与响应帧格式为：1Byte帧头(STX，7BH为发送，7FH为接收)、1Byte协议长度(LC，LC＝STX+LC+SAD+CMD+DATA+VS+ETX)、1Byte地址信息(SAD，范围OOH-FFH)、1Byte命令(CMD)、6Byte数据(DATA)、1Byte校验(VS，VS的计算方法与“S2”步骤的VS计算方法一致)、1Byte帧尾(ETX，固定为7DH)。可见帧格式简单灵活，通用性强。
本系统中标校塔所有相关系统长期固定并保持加电状态。在2020年5次对塔标校过程中，使用该无线远程控制信标设备产生射频信号系统，在地面站实现了控制信号源、第一信标球或第二信标球这3个信标设备之一产生所需射频信号，大大提高了对塔标校组织效率，节省了大量人力物力成本，具有很好的推广应用价值。
本发明的无线远程控制信标设备产生射频信号系统，其特征在于树莓派小型计算机通过USB转RS232数据线将与电台、第二信标球相连，通过USB转RS485数据线与第一信标球相连，通过RJ45网线将树莓派小型计算机与信号源相连。地面站树莓派小型计算机可编辑生成控制信标设备修改点频、输出信号指令，经地面站电台无线发送至标校塔，标校塔电台接收到指令转送至树莓派小型计算机，解读指令内容后自动向信号源、第一信标球或第二信标球发送指令，信标设备执行指令后产生所需射频信号，同时将自身执行状态通过电台回传至地面站树莓派小型计算机。本发明实现在地面站无线远程控制标校塔信标设备产生所需射频信号，显著缩短了地面站开展对塔标校准备时间，节省了人力物力，具有控制高效、精准的特点，信号源与信标球信标信号产生互为备份，更加稳妥可靠。
并列地，根据本发明第二实施例，所述第一信标球和第二信标球可通过数据线直接连接至第二电台，也就是说，所述第一信标球和第二信标球可以跳过树莓派计算机直接通过数据线，例如，USB转RS485数据线，与标校塔小型电台，即，第二电台相连。具体地，根据本发明第二实施例的无线远程控制信标设备产生射频信号的系统，其包括计算机、电台、和信标设备；所述信标设备包括信号源、第一信标球和第二信标球，第一信标球产生2～4GHz射频信号；第二信标球产生22～40GHz射频信号。电台与计算机之间通过数据线进行连接。所述计算机可以采用树莓派计算机；优选地，所述树莓派计算机的数量为两个；其分别为第一树莓派计算机和第二树莓派计算机。所述电台为小型电台，所述电台的数量为2个，其分别为第一电台和第二电台。所述第一电台和所述第一树莓派计算机放置于地面站。在地面站，第一电台与第一树莓派计算机通过第一数据线相连；优选地，所述第一数据线为USB转RS485数据线。所述第一数据线的第一端连接至第一树莓派计算机的USB接口，所述第一数据线的第二端连接至第一电台的DB9接口。所述第二电台与所述第二树莓派计算机放置于标校塔。在标校塔，第二电台与第二树莓派计算机通过第二数据线相连；所述第二数据线的第一端连接至第二树莓派计算机的第一USB接口，所述第二数据线的第二端连接至第二电台的DB9接口。优选地，所述第二数据线为USB转RS485数据线。第二电台通过数据线分别与第一信标球和第二信标球相连。
所述第二树莓派计算机通过网线与信号源相连，所述网线的第一端连接至第二树莓派计算机的网口，所述网线的第二端连接至信号源的网口。例如，其通过RJ45网线与信号源相连。第二树莓派计算机与第二电台之间使用RS232协议进行通信，第二树莓派计算机与第一信标球之间使用RS485协议进行通信，第二树莓派计算机与信号源使用LXI协议进行通信。在根据本发明第二实施例中，第二电台跳过第二树莓派计算机直接与第一信标球和第二信标球进行相连，第二电台与各信标设备采用的数据线为第四数据线，所述第四数据线为双绞线，所述第四数据线的第一端连接至第二电台的RS485接口，所述第四数据线的第二端连接至所述各信标设备的RS485接口，在电台和信标设备之间为RS485串行通信。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：
S1：选定需要进行控制的目标，需要进行控制的目标包括信号源和多个信标球；根据控制目标填写地址命令帧地址信息；
S2：地面站树莓派计算机产生第一命令帧，所述第一命令帧经地面站小型电台无线发送至标校塔；
S3：标校塔小型电台接收来自于地面站小型电台所发射的第一命令帧，并将其传输至标校塔树莓派计算机，设为第二命令帧；
S4：标校塔树莓派计算机对其第一USB接口所接收的第二命令帧进行格式校验；所述格式校验包括完整性校验和长度校验；
S5：若完整性校验和/或数据包长度未通过，则判定格式校验未通过，则本次标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的第二命令帧丢弃；
若完整性校验和数据包长度校验均通过，则判定格式校验通过，转入步骤S6；
S6：对通过格式校验的第二命令帧进行校验码校验，所述校验码校验采用字段检验的方式进行；
若未发生字段丢失，则判定字段检验通过；转入步骤S7；
若发生字段丢失，则判定字段检验未通过，对通过格式校验的命令帧进行丢弃处理；
S7：对命令帧进行解析：
当所述命令帧的地址信息为信号源地址，则转入步骤S8；
当所述命令帧的地址信息为第一信标球地址或第二信标球地址时，转入步骤S9；
S8：标校塔树莓派计算机重新组装得到第三命令帧，转入步骤S10；
S9：通过预设的置信区间进行频率校验，若原始频率范围与置信区间不吻合，则丢弃本次第二命令帧；若原始频率范围与置信区间吻合，则转入步骤S10；
S10：向第一信标球、第二信标球或信号源发送合法的指令；若标校塔树莓派计算机向信标球发送指令，则转入S11；若标校塔树莓派计算机向信号源发送指令，则转入S14；
S11：若步骤S10中向信标球发送合法的指令，则信标球响应，执行所收到的第二命令帧，进行相应动作，并向标校塔树莓派计算机反馈响应帧；所述响应帧由信标球创建，所述响应帧为第一响应帧，
S12：标校塔树莓派计算机将该响应帧保持初始格式经标校塔小型电台和地面站小型电台传输至地面站树莓派计算机；
S13：地面站树莓派计算机对所接收的响应帧进行校验，此处的响应帧为第二响应帧；若通过校验则，在地面站树莓派计算机的用户显示界面上提示信标球的参数信息；所述信标球的参数信息包括设备状态和频率，其中信标球的设备状态参数包括开或关；
S14：若步骤S10中向信号源发送第三命令帧，则标校塔树莓派计算机发布查询命令，以便获取信号源的参数，所述参数包括设备状态、幅度和频率；
S15：若预设时间间隔内未读取到当前信号源的参数，则超时退出；标校塔树莓派计算机终止读取信号源参数，通过标校塔小型电台与地面站小型电台向地面站树莓派计算机返回预设数量的字节，向用户发出信号源提示；
若预设时间间隔内读取到当前信号源的设备状态、幅度和频率参数，则将当前信号源的设备状态、幅度和频率参数组成第四命令帧；转入步骤S16；
S16：标校塔树莓派计算机生成校验码，将带校验码的第四命令帧通过标校塔小型电台和地面站小型电台传输回地面站树莓派计算机进行校验；
S17：若校验通过，则在地面站树莓派计算机的显示界面显示当前信号源设备的参数信息，完成对信号源的设置。
2.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，通过第一信标球对第一频率的设备进行标校，通过第二信标球对第二频率的设备进行标校，第一频率的范围为2～4GHz，第二频率范围为22～40GHz。
3.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，地面站树莓派计算机产生第一命令帧，并将第一命令帧传输至所述地面站树莓派计算机的USB接口，通过USB转RS485数据线，将该第一命令帧经地面站小型电台无线发至标校塔。
4.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，所述完整性校验如下：所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式是否完整；若帧头和帧尾存在，则判定所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式完整；若帧和/或帧尾不存在，则判定所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的格式不完整。
5.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，判断所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧的数据包的长度是否与所述标校塔树莓派计算机的第一USB接口所接收的命令帧中帧长字段的值一致，若数据包的长度等于帧长度字段的值，则长度校验通过；若数据包的长度不等于帧长度字段的值，则长度校验为未通过。
6.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，若原始频率范围与置信区间吻合，则执行如下操作：
当所述命令帧中的地址信息为第一信标球地址，则将该第二命令帧发送至标校塔树莓派计算机的第二USB接口；
当所述命令帧的地址信息为第二信标球地址，则将该第二命令帧发送至标校塔树莓派计算机的第三USB接口。
7.如权利要求6所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，带校验码的第四命令帧传输至标校塔树莓派计算机的第一USB接口后，通过相应的数据线传输回标校塔小型电台的RS485接口，通过标校塔小型电台传输至地面站小型电台，并从地面站小型电台的RS485接口经过相应的数据线至地面站树莓派计算机的USB接口，地面站树莓派计算机对经过该USB接口传回的第四命令帧进行校验。
8.如权利要求7所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，从第四命令帧的第二个字段开始至第四命令帧的数据字段逐一进行校验；校验的过程如下：
(1)检查数据帧头和帧尾字段是否与格式要求一致：命令帧帧头为0x7F，帧尾是0x7D；
(2)检查命令帧数据包长度与命令帧内填充的“协议长度”字段是否一致；
(3)对命令数据帧中的第2至倒数第2个字节所有数据计算异或和，并与命令帧内填充的“校验”字段是否一致；
(4)若上述三种检查均与要求一致，则校验通过。
9.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，发送至标校塔树莓派计算机的网口的第三命令帧通过网线传输至信号源的网口；发送至标校塔树莓派计算机的第二USB接口的第二命令帧通过数据线传输至第一信标球的RS485接口；发送至标校塔树莓派计算机的第三USB接口的第二命令帧通过数据线传输至第二信标球的RS485接口；优选地，所述信标球建立响应帧，并通过信标球的RS485接口经数据线传输至标校塔树莓派计算机的相应的USB接口。
10.如权利要求1所述的无线远程控制信标设备产生射频信号的方法，其特征在于，响应帧中第一个字段为7FH，以便确保其能顺利通过帧格式检查；所述响应帧的第一个字段内容在标校塔树莓派计算机向信标球发送第二命令帧时预先设定。
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