CN114650123B - 地波信号传输设备以及传输系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种地波信号传输设备以及地波信号传输系统，该地波信号传输设备包括业务模块、功放模块以及天线模块，业务模块与功放模块连接；功放模块与天线模块连接；业务模块，用于获取传输设备所在位置的环境电性参数，确定与通信参数以及环境电性参数相匹配的目标传输频率，并向功放模块发送目标发送信号；功放模块，用于对目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并将第一射频信号发送至天线模块；天线模块，用于通过目标传输频率发射第一射频信号至通信设备。能够选取进行地波信号传输时效果最佳的传输频率，并且提高了选取目标频率过程的效率以及地波信号传输过程的环境适应性。

Description

地波信号传输设备以及传输系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种地波信号传输设备以及传输系统。

背景技术

地波信号采用中长波形式进行传输，地波信号在传输过程中，容易受到复杂环境噪声的影响，导致信号容易失真。相关技术一般通过人工方式从各个传输频率中选取一个目标频率来进行地波信号传输，但目标频率选择过程耗时较长且所选取的目标频率在复杂环境下的地波信号传输效果较差。

发明内容

本申请实施例公开了一种地波信号传输设备以及传输系统，能够选取地波信号传输效果最佳的传输频率，并且提高了选取目标频率过程的效率以及地波信号传输过程的环境适应性。

本申请实施例公开了一种地波信号传输设备，包括业务模块、功放模块以及天线模块，所述业务模块与所述功放模块连接；所述功放模块与所述天线模块连接；

所述业务模块，用于获取所述传输设备所在位置的环境电性参数，确定与通信参数以及所述环境电性参数相匹配的目标传输频率，并向所述功放模块发送目标发送信号；所述通信参数根据终端设备发送的通信指令确定；

所述功放模块，用于对所述目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并将所述第一射频信号发送至所述天线模块；

所述天线模块，用于通过所述目标传输频率发射所述第一射频信号至通信设备。

本申请实施例公开了一种地波传输系统，所述地波传输系统包括如上所述的地波信号传输设备及通信设备；

所述通信设备，用于通过各个传输频率接收待定射频信号，对各个所述待定射频信号进行解调，以得到所述目标发送信号，确定所述目标发送信号对应的目标传输频率，并通过所述目标传输频率与所述传输设备进行通信，所述待定射频信号包括所述第一射频信号。

本申请实施例公开了一种地波信号传输设备及地波传输系统，地波信号传输设备包括业务模块、功放模块以及天线模块；业务模块可获取传输设备所在位置的环境电性参数，确定与通信参数以及环境电性参数相匹配的目标传输频率，并向功放模块发送目标发送信号；通信参数根据终端设备发送的通信指令确定；功放模块可对业务模块发送的目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并将第一射频信号发送至天线模块；天线模块可通过目标传输频率发射第一射频信号至通信设备。在本申请实施例中，地波信号传输设备能够根据传输设备所在位置的环境电性参数以及所要进行通信过程的通信参数，选取地波传输系统进行地波信号传输时效果最佳的传输频率，并且提高了选取目标频率过程的效率以及地波信号传输过程的环境适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为一个实施例中地波信号传输系统的应用场景图；

图2为一个实施例中地波信号传输设备的结构框图；

图3为一个实施例中功率合成单元的结构框图；

图4为另一个实施例中地波信号传输设备的结构框图；

图5为又一个实施例中地波信号传输设备的结构框图；

图6为再一个实施例中地波信号传输设备的结构框图；

图7为还一个实施例中地波信号传输设备的结构框图；

图8为一个实施例中惠斯登电桥的结构框图；

图9为一个实施例中地波信号传输设备实现地波信号传输过程的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。另外，需要说明的是，本申请实施例中所使用的术语“多个”等指的是两个或两个以上。

图1是一个实施例中地波信号传输系统的应用场景示意图。如图1所示，地波信号传输系统10包括地波信号传输设备110以及一个或多个通信设备120。在地波信号传输设备110与一个或多个通信设备120进行通信的过程中，地波信号传输设备110需要选取地波信号的传输频率，以发送地波信号到通信设备120，通信设备120根据地波信号传输设备110确定的地波信号的传输频率，接收该传输频率的地波信号以及通过该传输频率发送相关回应信号到地波信号传输设备110，以实现地波信号传输设备110与通信设备120之间的通信。通信设备120为能够实现地波信号接收和发送的设备，具体可以是平板电脑、可穿戴设备或车载终端等移动终端，也可以是基站等网络设备，本申请实施例对此不作限定。

在本申请实施例中，地波信号传输系统10包括地波信号传输设备110以及通信设备120。地波信号传输设备110可获取地波信号传输设备110所在位置的环境电性参数，确定与通信参数以及环境电性参数相匹配的目标传输频率，其中，通信参数根据终端设备发送的通信指令确定。地波信号传输设备110对所要发送的目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并通过确定的目标传输频率发射第一射频信号至通信设备120。

如图2所示，在一个实施例中，提供一种地波信号传输设备110，该地波信号传输设备110包括业务模块210、功放模块220以及天线模块230。其中，业务模块210与功放模块220连接；功放模块220与天线模块230连接。

业务模块210，用于获取传输设备所在位置的环境电性参数，确定与通信参数以及环境电性参数相匹配的目标传输频率，并向功放模块220发送目标发送信号；通信参数根据终端设备发送的通信指令确定。

在本申请实施例中，地波信号传输设备110可内置有定位器和传感器等传感设备，实时采集地波信号传输设备110所在的位置以及地波信号传输设备110在该位置下的环境电性参数。业务模块210可获取上述所在的位置以及在该位置下的环境电性参数。用户可通过终端设备输入通信指令至业务模块210，通信指令中可包括所要传输地波的通信设备120以及所要传输至通信设备120的信号内容。其中，终端设备与地波信号传输设备110通信连接，终端设备用于控制地波信号传输设备110进行发送或接收，并确定地波信号传输设备110所要发送的内容，以及对地波信号传输设备110接收到的内容进行处理和显示。业务模块210根据通信指令确定与地波信号传输设备110通过地波信号传输方式进行通信的通信设备120，业务模块210根据地波信号传输设备110以及所确定的通信设备120之间的距离可确定通信参数，也就是传输距离，该传输距离为地波信号的传输距离。在地波信号传输设备110中或者在地波信号传输系统10以外的终端设备中，可存储有环境电性参数以及通信参数共同与传输频率之间的对应情况。例如，环境电性参数包括电导率和相对介电常数，通信参数包括传输距离，电导率为A1，相对介电常数为B1且传输距离为100km，对应的传输频率为a1；电导率为A2，相对介电常数为B1且传输距离为200km，对应的传输频率为a2。其中，环境电性参数和通信参数共同与传输频率之间的对应关系，可通过先统计地波信号传输设备110处于不同位置时，也就是环境电性参数不同时，在不同传输频率下进行不同传输距离的地波信号传输的效果，将效果最佳的频率与对应环境电性参数和通信参数进行绑定。业务模块210根据传输距离以及所获取的地波信号传输设备110所在位置的环境电性参数，确定唯一对应的传输频率，将该传输频率确定为目标传输频率。其中，通信参数可包括地波传输距离，也就是地波信号传输设备110与通信设备120进行通信时，地波信号所要传输的距离。环境电性参数可以包括电导率、相对介电常数、日照强度和大气湿度等。

在一些实施例中，不同环境、天气以及大气电导率等会对不同的地波信号传输频率产生不同影响。因此，业务模块210中可预先建立一个地波信道模型，地波信道模型用于统计地波信号传输设备110在不同环境电性参数下，与不同传输距离的通信设备120在不同频率下进行地波信号传输的情况，仿真得出传输距离、环境电性参数，与相对应的场强、时延、信噪比之间关系的数学模型。建立地波信道模型后，可统计地波信号传输设备110在不同地形环境下的地波背景噪声，并将不同地形环境下的地波背景噪声输入到地波信道模型中。地波信道模型可根据不同地形环境下的环境电性参数以及进行地波信号传输过程的地波传输距离，计算地波传输信号在不同传输频率所对应的信号场强、时延和信噪比，通过对信号场强、时延和信噪比设置不同的权重。业务模块210在确定地波信号传输设备110在不同环境电性参数以及传输距离后，可根据地波传输信号在不同传输频率所对应的信号场强、时延和信噪比，计算各个传输频率下信号场强、时延和信噪比分别与对应的权重之间的乘积，再计算各个传输频率下这三个乘积之和，将乘积之和的最小值对应的传输频率确定最优的传输频率，即目标传输频率。

业务模块210在确定目标传输频率后，根据所要发送的内容生成目标发送信息，并将目标发送信号传输至功放模块220中。其中，所要发送的内容也可包含在通信指令中。

功放模块220，用于对目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并将第一射频信号发送至天线模块230。

在本申请实施例中，功放模块220对目标发送信号进行功率放大，以使放大后的信号满足发送功率的要求。功放模块220还对放大后的信号进行滤波处理，以进行功率放大后的信号的杂散抑制。滤波后得到第一射频信号，功放模块220将第一射频信号发送至天线模块230。

天线模块230，用于通过目标传输频率发射第一射频信号至通信设备120。

在本申请实施例中，地波信号传输设备110与通信设备120进行地波信号传输的过程中，地波信号传输设备110和通信设备120可至少包括发送模式和接收模式。当地波信号传输设备110处于发送模式时，通信设备120则处于接收模式，此时天线模块230可通过选取的目标传输频率，将第一射频信号发射到通信设备120。当地波信号传输设备110处于接收模式，通信设备120则处于发送模式，此时地波信号传输设备110中的天线模块230可接收通信设备120通过目标传输频率发送的第二射频信号，天线模块230将第二射频信号传输至业务模块220，业务模块220可对第二射频信号进行解调等处理，得到通信设备120所要发送的信号内容。其中，业务模块210可通过最小移频键控(Minimum Frequency Shift Keying，MSK)算法对第二射频信号进行解调处理。

采用上述实施例，地波信号传输设备能够根据传输设备所在位置的环境电性参数以及所要进行通信过程的通信参数，选取地波传输系统进行地波信号传输时效果最佳的传输频率，并且提高了选取目标频率过程的效率以及地波信号传输过程的环境适应性。

在一些实施例中，业务模块210，还用于若无法确定与通信参数以及环境电性参数相匹配的目标传输频率，则根据通信参数确定多个频段；天线模块230，还用于从多个频段中各选取一个传输频率，接收通信设备120通过各个传输频率发送的频率测试信号，并将各个频率测试信号发送至业务模块210；业务模块210，还用于确定通过各个传输频率发送的频率测试信号的信噪比，将信噪比最小的频率测试信号所对应的传输频率确定为目标传输频率。

在本申请实施例中，业务模块210在根据通信指令确定通信参数，根据通信参数以及所获取的地波信号传输设备110所在位置的环境电性参数，无法唯一地确定一个对应的传输频率来作为目标传输频率，或者无传输频率与通信参数以及所获取的环境电性参数相匹配时，业务模块210可通过初筛方式确定目标传输频率。可选地，业务模块210可根据通信参数确定多个可采用的频段，天线模块230从多个频段中各选取一个具体的传输频率，并通过各个频率分别发送一个测试信号至通信设备120。例如，通信参数为传输距离100km，此时业务模块210根据通信参数确定3个可采用的频段，分别为3MHz-10MHz、10MHz-20MHz和20MHz-30MHz。此时业务模块210可从这三个频段中分别选取一个传输频率，如5MHz、15MHz和25MHz。天线模块230分别通过这三个传输频率发送一个测试信号至通信设备120。

通信设备120可接收不同信号，在不同信号中确定测试信号以及测试信号所对应的传输频率，通过确定各个测试信号所对应的传输频率分别回发一个频率测试信号至地波信号传输设备110，一个频率测试信号对应一个传输频率。天线模块230在接收到各个传输频率中的频率测试信号后，将各个频率测试信号发送至业务模块210，业务模块210可计算各个频率测试信号的信噪比，选取信噪比最小的频率测试信号，并将该频率测试信号对应的传输频率作为目标传输频率。能够快速确定可用的且通信效果较好的传输频率，减少选取频率过程的耗时。

在一个实施例中，业务模块210可包括功率合成单元，功率合成单元与功放模块220连接。

功率合成单元，用于将目标发送信号分为多个子信号，并对各个子信号进行相位调整，以使得各个子信号的相位均相同，并将进行相位调整后的各个子信号传输至功放模块220。

在本申请实施例中，通过增强接收端信号场强的方式是拓展中长波通信距离的主要手段之一，而增强接收端信号场强的方式有三种，第一种方式是加大发射机固态功率合成的发射功率，但是研制超大功率中长波发射机受到天线承载高压能力所限，目前最多也就到5kW。第二种方式是提升天线辐射效率，但该方式受制于中长波天线相对波长太短，辐射效率难以有明显提升。第三种是采用空间功率合成技术，通过发射频率相同、相位符合特定关系的信号，使之在空间传播过程中进行功率相互叠加，以形成增强型信号。在本申请实施例中，选择采用第三种方式，也就是采用空间功率合成方式增强接收端信号场强，进而拓展地波信号传输设备的通信距离。

在本申请实施例中，业务模块210中的功率合成单元采用空间功率合成技术，将目标发送信号拆分为多个子信号，按照矢量叠加原理对各个子信号的相位进行调整，以使得各个相位调整后的子信号的相位相同。

功放模块220，还用于对进行相位调整后的各个子信号进行功率放大处理，以使得相位调整后的各个子信号的幅度均相同，并将功率放大后的各个子信号传输至天线模块230。

在本申请实施例中，功放模块220将各个相位调整后的子信号进行功率放大处理，以得到幅度相同的各个子信号。

天线模块230，还用于通过目标传输频率将功率放大后的各个子信号发射至通信设备120，以使得功率放大后的各个子信号在传输至通信设备120的过程中进行功率合成。

在本申请实施例中，天线模块230将各个功率放大后的子信号以相同的目标传输频率进行发射，使各个子信号的电磁波在空间传播过程中功率相互叠加，从而在一定方向上形成增强型电磁波束，能够提高地波信号传输效果。

如图3所示，在一个实施例中，功率合成单元包括激励器310、分路器320、移相器330和相位控制器330。激励器310与分路器320电连接，移相器330分别与分路器320、功放模块220以及相位控制器340电连接，相位控制器340与天线模块230电连接。其中：

激励器310用于获取目标发送信号，并将目标发送信号发送至分路器320。

分路器320用于将目标发送信号拆分为N个子信号，并将N个子信号分别发送至N个移相器330中，其中，N为大于1的整数。

移相器330用于根据相位调整信息对接收到的子信号进行相位调整，得到相位调整后的子信号，并将相位调整后的子信号发送至功放模块220，其中，各个相位调整后的子信号的相位相同。

相位控制器340，用于获取天线模块230发送的历史射频信号，并根据历史射频信号确定相位调整信息，历史射频信号包括天线模块230已发送的第一射频信号。

在本申请实施例中，在地波信号传输设备110处于发送模式时，也就是要发射第一射频信号至通信设备120，此时激励器310可将调制后的目标发送信号发送至分路器320中进行拆分处理，得到多个相同的子信号，其中，分路器320拆分的子信号的数量与天线模块230中进行第一射频信号发射的收发天线的数量相同。例如，当前通信过程采用天线模块230中的3个收发天线来发送第一射频信号，此时分路器320可将目标发送信号拆分为3个相同的子信号。并将各个子信号传输至移相器330中进行相位调整，相位调整后再将子信号传输至功率模块中进行功率放大处理，得到多个第一射频信号。天线模块230以目标传输频率发射各个第一射频信号至通信设备120。其中，功放模块220中可包括多个功率放大器，一个移相器330、一个功率放大器和一个收发天线组成一个分路，各个分路对分路器320拆分的一个子信号进行相应地处理。使各个子信号的电磁波在空间传播过程中功率相互叠加，从而在一定方向上形成增强型电磁波束，能够提高地波信号传输效果。

在本申请实施例中，由于相位调整、功率放大以及第一射频信号传输的过程中，各个第一射频信号的相位可能会被影响，从而影响功率合成效果。因此，功率合成单元还包括一个相位控制器340，相位控制器340在天线模块230发射各个第一射频信号后，可获取已发射的各个第一射频信号的相位信息，根据各个第一射频信号的相位信息确定下一次相位调整过程中的相位调整信息，以提高下一次的相位调整效果，从而保证功率合成的效果。

在一个实施例中，业务模块210还包括调制解调单元，调制解调单元与功放模块220连接。

调制解调单元，用于确定目标发送信号的第一传输速率，并根据第一传输速率通过最小频移键控MSK算法生成第一前导序列，将第一前导序列发送至天线模块230。

天线模块230，还用于通过目标传输频率发射第一前导序列至通信设备120，以使通信设备120根据第一前导序列确定第一射频信号对应的传输速率为第一传输速率，并根据第一传输速率从多个待定射频信号中筛选第一射频信号，待定射频信号包括第一射频信号。

在本申请实施例中，由于同步报头较长，加上不同速率的同步头不同，因此地波信号传输设备110以及通信设备120对接收到的射频信号进行检测时的运算量较大。因此，调制解调单元可先确定目标发送信号的第一传输速率，第一传输速率可根据终端设备发送的通信指令确定。在确定第一传输速率后可根据第一传输速率通过最小移频键控(MinimumFrequency Shift Keying，MSK)算法来生成一个前导序列，前导序列中可至少包含有第一射频信号的传输速率信息，也就是第一传输速率。天线模块230可在在发送第一射频信号前，通过目标传输频率发射第一前导序列到通信设备120，使得通信设备120根据第一前导序列来确定第一射频信号的传输速率。通信设备120通过目标传输频率接收到目标传输频率下的多个待定射频信号，待定射频信号为与第一射频信号在同一目标传输频率下进行传输的射频信号。通信设备120可根据第一射频信号的传输速率从多个待定射频信号中筛选出第一射频信号，对第一射频信号进行解调得到信号内容，根据信号内容通过目标传输频率发送第二射频信号至地波信号传输设备110以进行回复，从而实现与地波信号传输设备110之间的通信。能够快速地从多个信号中确定所要的射频信号，提高通信过程的效率。

进一步地，业务模块210可采用基于时域Turbo均衡的信噪比估计技术来实时估计信道信噪比，根据信道信噪比来确定新的第一传输速率。使得地波信号传输设备110可以根据信道情况实时调整第一射频信号的传输速率，信道条件好时提升信息传输速率，信道被干扰时降低传输速率以保证信息正确接收，能够使得地波信号传输设备110具备较强的抗干扰通信能力，以最佳的频率、最合适的速率完成通信。

如图4所示，在一个实施例中，功放模块220包括功率放大单元410、滤波单元420和和监测单元430，功率放大单元410分别与业务模块210、滤波单元420以及监测单元430连接，滤波单元420分别与监测单元430以及天线模块230连接。

功率放大单元410，用于对目标发送信号进行功率放大处理，以得到放大后的目标发送信号，并将放大后的目标发送信号发送至滤波单元420。

滤波单元420，用于对放大后的目标发送信号进行低通滤波处理，以输出正弦化波形的第一射频信号至天线模块230。

监测单元430，用于对放大后的目标发送信号的状态信息进行监测，且若监测到状态信息超过状态阈值，则向滤波单元420发送停止指令，停止指令用于指示滤波单元420停止将正弦化波形的第一射频信号发送至天线模块230。

在本申请实施例中，功率放大单元410进行功率放大处理后的目标发送信号通常包含有一定的谐波分量，此时滤波单元420可采用无源低通滤波器，实现输出的第一射频信号的电压波形正弦化并降低第一射频信号的总谐波失真。其中，无源低通滤波器中电容器可选择频率特性好的薄膜电容，且满足工作电压的要求。

监测单元430对目标发送信号的状态信息进行监测，状态信息可包括功率放大后的目标发送信号的功率以及功率放大后的目标发送信号的电流。若监测到功率放大后的目标发送信号的状态信息超过对应的状态阈值，例如功率放大后的目标发送信号的功率大于功率阈值时，监测单元430可发送停止指令至滤波单元420，以控制滤波单元420停止将将正弦化波形的第一射频信号发送至天线模块230。能够实现对功放模块220中对信号进行的处理进行监控，有效地避免功放模块220中的器件损坏。

在一些实施例中，功率放大单元410可包括多级功率放大器，例如，功率预放大器和末级功率放大器。能够实现功率放大过程的稳定性。

可选地，地波信号传输设备110中的功率放大器可采用开关桥式放大，此时信号偶次谐波分量小，但奇次谐波分量较大，因此滤波器可采用九阶切比雪夫型式的低通滤波器原型，共五个电感、四个电容器。输入输出阻抗为40Ω。另外，电容器可选用了大连达利凯的瓷介电容器，耐压高，损耗小，体积小。

在一些实施例中，功放模块220还可包括定向耦合器，滤波单元420分别与监测单元430以及定向耦合器连接，定向耦合器分别与监测单元430以及天线模块230连接。定向耦合器用于对正弦化波形的第一射频信号进行收发隔离，以保证第一射频信号耦合到通信设备120后具有足够的抑制能力(隔离度)，以便不影响通信设备120的正常工作。

如图5所示，在一个实施例中，天线模块230包括应急天线单元510以及埋地天线单元520。

应急天线单元510包括升降电机、旋转电机和多个第一收发天线；升降电机用于驱动各个第一收发天线升高至水平面上，并驱动各个第一收发天线与水平面平行。

旋转电机用于在各个第一收发天线升高至水平面时，驱动相邻的两个第一收发天线进行物理连接。

埋地天线单元520包括多个第二收发天线以及绝缘管；埋地天线单元520预埋在水平面下，第二收发天线位于绝缘管的空腔中，且第二收发天线与绝缘管形成同轴结构。

通信参数还包括天线模块230与业务模块220的距离。

天线模块230，用于若天线模块230与业务模块220的距离大于或等于距离阈值，则采用第一收发天线通过目标传输频率发射第一射频信号至通信设备120；若天线模块230与业务模块220的距离小于距离阈值，则采用第二收发天线通过目标传输频率发射第一射频信号至通信设备120。

在本申请实施例中，地下中长波天线是中长波通信设备的关键部件之一，为了提高天线的抗毁性和隐蔽性，工程上要求将天线埋入地下，地下中长波天线由天线导体和绝缘管两部分组成，两者形成空腔管状同轴结构，水平埋于地下，并与业务模块220连接。

一方面天线埋于地下，地层对天线辐射功率的吸收损耗严重，造成天线辐射效率较低。另一方面天线埋设场地受地形限制严重，发射机房则需要更多考虑抗毁性，从而距离地表较深，造成天线位置一般会距发射机房比较远，馈线比较长，加大了发射机与天线良好匹配的难度，从而造成馈线损耗过大，实际辐射功率变小。因此，天线模块230在确定天线模块230与业务模块220的距离小于距离阈值时，选择采用第二收发天线进行第一射频信号发送，此时应急天线单元510的升降电机可不需要进行工作，也就是升降电机无需驱动第一收发天线升高至水平面上且驱动各个第一收发天线与水平面平行，能够降低应急天线单元510的损耗。而天线模块230在确定天线模块230与业务模块220的距离大于或等于距离阈值时，选择采用第一收发天线进行第一射频信号发送，此时应急天线单元510中的升降电机可驱动各个第一收发天线升高至水平面上的一定高度，然后驱动各个第一收发天线张开以达到与水平面平行的程度。应急天线单元510中的旋转电机则控制相邻的第一收发天线进行物理连接，构成一个“T”型结构，此时天线模块230可通过第一收发天线进行第一射频信号的发射，能够进一步提升辐射效能。在天线模块230停止采用第一收发天线进行射频信号的发送和接收时，驱动电机可驱动相邻的第一收发天线断开物理连接，升降电机驱动各个第一收发天线垂直于水平面，并降低至水平面下进行掩埋。

如图6所示，在一个实施例中，地波信号传输设备110还包括调谐模块610，调谐模块610包含阻抗匹配网络730，调谐模块610分别与功放模块220和天线模块230相连接。

调谐模块610，用于测量天线模块230在目标传输频率下的天线阻抗，根据天线阻抗对阻抗匹配网络730进行调整，以使天线模块230的天线阻抗与业务模块210的阻抗在目标传输频率下共轭匹配。

在本申请实施例中，调谐模块610对天线阻抗进行调谐时，可先停止接收功放模块220输出的功率放大后的目标发送信号，并自行生成一个测试激励信号，测试激励信号与第一射频信号的频率均为目标传输频率。将该测试激励信号发送至天线模块230，通过该测试激励信号测试天线模块230的反射系数，从而计算出天线模块230的在目标传输频率下的天线阻抗。根据天线阻抗对调谐模块610中的阻抗匹配网络730进行调整，其中，阻抗匹配网络730包括电容网路和电感网络。通过调整阻抗匹配网络730令天线阻抗等于业务模块210内阻抗的共轭值，即两个阻抗的模相等而辐角之和为零。此时第一射频信号在天线阻抗上可以得到最大功率。能够保证第一射频信号的信号质量。

可选地，调谐模块610可采用国产ARM7内核，调谐模块610需要根据测量的天线阻抗数据，用I/O继电器去开关相应的匹配电容、电感网络，使得天线阻抗通过匹配网络后与业务模块210的输出阻抗共轭匹配。

如图7所示，在一个实施例中，调谐模块610还包括采样单元710和控制单元720，采样单元710分别与控制单元720和阻抗匹配网络730连接，阻抗匹配网络730分别与控制单元720和天线模块230连接。

控制单元720，用于生成测试激励信号，并将测试激励信号发送至采样单元710。

采样单元710，用于将测试激励信号经过阻抗匹配网络730输入到天线模块230，测量天线模块230的天线阻抗的反射电压，并根据反射电压确定天线模块230的天线阻抗的反射系数。

控制单元720，还用于根据反射系数对阻抗匹配网络730进行调整，以使天线模块230的天线阻抗与业务模块210的阻抗在目标传输频率下共轭匹配。

在本申请实施例中，控制单元720可生成一个测试激励模块，该测试激励模块与目标发送信号的频率可均为目标传输频率。采样单元710将测试激励信号发送到阻抗匹配网络730，并在经过阻抗匹配网络730后输入到天线模块230。在电路实际应用中，要测量某个电路端口的等效阻抗或端口间的匹配情况，是通过测量反射系数，再通过函数的映射获得的，而测量反射系数，就必须获取入射电压和反射电压，尤其是反射电压。因此，采样单元710中可采用惠斯登电桥来提取天线模块230的反射电压。惠斯登电桥如图8所示。惠斯登电桥中阻抗R₄两端的电压U_R4，经工程推导，等于天线阻抗Z_L与业务模块210阻抗失配情况下，所产生的反射信号电压的4分之1倍。也就是说，U_R4与反射电压是线性关系，该电压经过一个放大器放大4倍后，输出的电压就是反射电压。其中，天线阻抗Z_L可根据式(1)得到。

其中，U_r为反射电压，ρ为灵敏系数，U_i为电桥平衡时的支路电压。

如图9所示，在一些实施例中，地波信号传输设备110还可包括电源模块，电源模块，用于为地波信号传输设备110中的各个模块进行供电。电源模块可包括DC-DC变换电路、驱动电路、控制电路、输出滤波电路、输出过流保护电路、输出稳压电路以及输出开关电路等。其中，DC-DC变换电路可采用移相全桥拓扑，该拓扑能实现MOS管的ZVS(零电压导通)和ZCS(零电流关断)，提高效率。副边采用两组全桥整流串联的方式，实现高压250VDC输出。因为电源模块输出功率较大，体积较小，所以选择能实现零电压开通和零电流关断的的移相全桥拓扑，零电压技术可以降低产品的开关损耗，减少功率器件的开关应力，从而提高变换效率，增加产品的可靠性。输出过流保护电路，用于防止负载端出现短路故障时及时关断主功率电路，避免电源损坏。

在本申请实施例中，业务模块210至少可包括业务控制单元、信号处理单元、射频单元以及业务电源单元。功放模块220至少可包括预放大器、末级放大器、滤波器、定向耦合器、监测单元和功放电源单元。地波信号传输设备110还包括谐波滤波器和信道切换单元。在地波信号处理设备110处于发送模式时，终端设备可发送通信指令到业务模块的业务控制单元中，通信指令中可以包括所要发送的内容和通信参数，业务控制单元根据通信参数以及获取的环境电性参数确定目标传输频率，以及根据获取的信号内容生成目标发送信号，并将目标发送信号传输至射频单元。射频单元将目标发送信号传输至功放模块220。业务电源单元对业务模块210中的各个单元提供交流电源。目标发送信号通过功放模块220中的预放大器和末级放大器进行多级功率放大，其中，预放大器和末级放大器组成功放模块220中的功率放大单元410。目标发送信号进行多级功率放大后输入到滤波器中进行滤波，并输入到定向耦合器中进行收发隔离，得到第一射频信号。其中，终端设备与地波信号传输设备110中的业务模块210连接。功放模块220中的功放电源单元为功放模块220中的各个期间提供相应的电压。功放模块220将第一射频信号发送到谐波滤波器中取出谐波信号，并经过信道切换单元以及天线模块230发射第一射频信号到通信设备120中。其中，电源模块直接对谐波滤波器和信道切换单元进行供电。在地波信号处理设备110处于接收模式时，通信设备120可通过目标传输频率发送第二射频信号到信道切换单元和谐波滤波器中，以滤除第二射频信号的谐波信号。谐波滤波器直接将滤除谐波后的第二射频信号发送到业务模块的射频单元中。射频单元将第二射频信号转换为中频信号，并将中频信号传输至信号处理单元。信号处理单元对中频信号进行解调处理，得到通信设备所要发送的内容。信号处理单元将所要发送的内容通过业务控制单元发送到终端设备中进行显示。

在一个实施例中，一种地波信号传输方法，应用于地波信号传输设备110。地波信号传输设备110包括业务模块210、功放模块220以及天线模块230，业务模块210分别与终端设备、功放模块220以及天线模块230连接；功放模块220与天线模块230连接。所述方法包括：

业务模块获取传输设备所在位置的环境电性参数；

确定与通信参数以及环境电性参数相匹配的目标传输频率，并向功放模块发送目标发送信号，其中，通信参数根据终端设备发送的通信指令确定；

功放模块述目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并将第一射频信号发送至天线模块；

天线模块通过目标传输频率发射第一射频信号至通信设备。

在一个实施例中，提供一种地波传输系统，可包括上述各实施例中描述的地波信号传输设备110及通信设备120。该通信设备120用于通过各个传输频率接收待定射频信号，对各个待定射频信号进行解调，以得到目标发送信号，确定目标发送信号对应的目标传输频率，并通过目标传输频率与传输设备进行通信，待定射频信号包括第一射频信号。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上对本申请实施例公开的一种地波信号传输设备以及传输系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种地波信号传输设备，其特征在于，包括业务模块、功放模块以及天线模块，所述业务模块与所述功放模块连接；所述功放模块与所述天线模块连接；

所述业务模块，用于获取所述传输设备所在位置的环境电性参数，通过地波信道模型，根据所述环境电性参数以及通信参数，计算地波传输信号在不同传输频率所对应的信号场强、时延和信噪比，计算各个所述传输频率下信号场强、时延和信噪比分别与对应的权重之间的乘积，再计算各个所述传输频率下三个乘积之和，将乘积之和的最小值对应的传输频率确定为目标传输频率，并向所述功放模块发送目标发送信号；所述通信参数根据终端设备发送的通信指令确定；所述环境电性参数包括电导率和相对介电常数，所述通信参数包括传输距离；

所述功放模块，用于对所述目标发送信号进行功率放大以及滤波处理，以得到第一射频信号，并将所述第一射频信号发送至所述天线模块；

所述天线模块，用于通过所述目标传输频率发射所述第一射频信号至通信设备。

2.根据权利要求1所述的传输设备，其特征在于，所述业务模块，还用于若无法确定与所述通信参数以及所述环境电性参数相匹配的目标传输频率，则根据所述通信参数确定多个频段；

所述天线模块，还用于从所述多个频段中各选取一个传输频率，接收所述通信设备通过各个所述传输频率发送的频率测试信号，并将各个所述频率测试信号发送至所述业务模块；

所述业务模块，还用于确定通过各个所述传输频率发送的频率测试信号的信噪比，将信噪比最小的频率测试信号所对应的传输频率确定为目标传输频率。

3.根据权利要求1所述的传输设备，其特征在于，所述通信参数包括所述业务模块与所述天线模块的距离；所述天线模块包括应急天线单元以及埋地天线单元；

所述应急天线单元包括升降电机、旋转电机和多个第一收发天线；所述升降电机用于驱动各个所述第一收发天线升高至水平面上，并驱动各个所述第一收发天线与所述水平面平行；

所述旋转电机用于在各个所述第一收发天线升高至所述水平面时，驱动相邻的两个所述第一收发天线进行物理连接；

所述埋地天线单元包括多个第二收发天线以及绝缘管；所述埋地天线单元预埋在所述水平面下，所述第二收发天线位于所述绝缘管的空腔中，且所述第二收发天线与所述绝缘管形成同轴结构；

所述天线模块，用于若所述业务模块与所述天线模块的距离大于或等于距离阈值，则采用所述第一收发天线通过所述目标传输频率发射所述第一射频信号至通信设备；若所述业务模块与所述天线模块的距离小于距离阈值，则采用所述第二收发天线通过所述目标传输频率发射所述第一射频信号至通信设备。

4.根据权利要求1所述的传输设备，其特征在于，所述业务模块包括功率合成单元，所述功率合成单元与所述功放模块连接；

所述功率合成单元，用于将所述目标发送信号分为多个子信号，并对各个所述子信号进行相位调整，以使得各个所述子信号的相位均相同，并将进行相位调整后的各个子信号传输至所述功放模块；

所述功放模块，还用于对实时相位调整后的各个子信号进行功率放大处理，以使得所述相位调整后的各个子信号的幅度均相同，并将功率放大后的各个子信号传输至所述天线模块；

所述天线模块，还用于通过所述目标传输频率将所述功率放大后的各个子信号发射至所述通信设备，以使得所述功率放大后的各个子信号在传输至所述通信设备的过程中进行功率合成。

5.根据权利要求4所述的传输设备，其特征在于，所述功率合成单元包括激励器、分路器、移相器和相位控制器，所述激励器与所述分路器电连接，所述移相器分别与所述分路器、功放模块以及所述相位控制器电连接，所述相位控制器与所述天线模块电连接，其中：

所述激励器用于获取所述目标发送信号，并将所述目标发送信号发送至所述分路器；

所述分路器用于将所述目标发送信号拆分为N个子信号，并将所述N个子信号分别发送至N个移相器中，其中，N为大于1的整数；

所述移相器用于根据相位调整信息对接收到的子信号进行相位调整，得到相位调整后的子信号，并将所述相位调整后的子信号发送至功放模块，其中，各个相位调整后的子信号的相位相同；

所述相位控制器，用于获取所述天线模块发送的历史射频信号，并根据所述历史射频信号确定所述相位调整信息，所述历史射频信号包括所述天线模块已发送的第一射频信号。

6.根据权利要求1所述的传输设备，其特征在于，所述功放模块包括功率放大单元、滤波单元和监测单元，所述功率放大单元分别与所述业务模块、滤波单元以及监测单元连接，所述滤波单元分别与所述监测单元以及所述天线模块连接；

所述功率放大单元，用于对所述目标发送信号进行功率放大处理，以得到放大后的目标发送信号，并将所述放大后的目标发送信号发送至所述滤波单元；

所述滤波单元，用于对所述放大后的目标发送信号进行低通滤波处理，以输出正弦化波形的第一射频信号至所述天线模块；

所述监测单元，用于对所述放大后的目标发送信号的状态信息进行监测，且若监测到所述状态信息超过状态阈值，则向所述滤波单元发送停止指令，所述停止指令用于指示所述滤波单元停止将所述正弦化波形的第一射频信号发送至所述天线模块。

7.根据权利要求1所述的传输设备，其特征在于，所述传输设备还包括调谐模块，所述调谐模块包含阻抗匹配网络，所述调谐模块分别与所述功放模块和天线模块相连接；

所述调谐模块，用于测量所述天线模块在所述目标传输频率下的天线阻抗，根据所述天线阻抗对所述阻抗匹配网络进行调整，以使所述天线模块的天线阻抗与所述业务模块的阻抗在所述目标传输频率下共轭匹配。

8.根据权利要求7所述的传输设备，其特征在于，所述调谐模块还包括采样单元和控制单元，所述采样单元分别与所述控制单元和阻抗匹配网络连接，所述阻抗匹配网络分别与所述控制单元和天线模块连接；

所述控制单元，用于生成测试激励信号，并将所述测试激励信号发送至所述采样单元；

所述采样单元，用于将所述测试激励信号经过所述阻抗匹配网络输入到所述天线模块，测量所述天线模块的天线阻抗的反射电压，并根据所述反射电压确定所述天线模块的天线阻抗的反射系数；

所述控制单元，还用于根据所述反射系数对所述阻抗匹配网络进行调整，以使所述天线模块的天线阻抗与所述业务模块的阻抗在所述目标传输频率下共轭匹配。

9.根据权利要求1～8任一所述的传输设备，其特征在于，所述业务模块还包括调制解调单元，所述调制解调单元与所述功放模块连接；

所述调制解调单元，用于确定所述目标发送信号的第一传输速率，并根据所述第一传输速率通过最小频移键控MSK算法生成第一前导序列，将所述第一前导序列发送至所述天线模块；

所述天线模块，还用于通过所述目标传输频率发射所述第一前导序列至通信设备，以使所述通信设备根据所述第一前导序列确定所述第一射频信号对应的传输速率为所述第一传输速率，并根据所述第一传输速率从多个待定射频信号中筛选所述第一射频信号，所述待定射频信号包括所述第一射频信号。

10.一种地波传输系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一所述的地波信号传输设备及通信设备；

所述通信设备，用于通过各个传输频率接收待定射频信号，对各个所述待定射频信号进行解调，以得到所述目标发送信号，确定所述目标发送信号对应的目标传输频率，并通过所述目标传输频率与所述传输设备进行通信，所述待定射频信号包括所述第一射频信号。