CN116184043B - 一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，包括后级信号处理模块、第一单刀双掷开关、单刀四掷开关和三个接收通道，其中第一个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第一路输入端，第二个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第二路输入端；第一单刀双掷开关的输出端连接到单刀四掷开关的第一路输入端；第三个接收通道输出三路信号，分别连接到单刀四掷开关的第二~第四路输入端，所述单刀四掷开关的输出端与后级处理模块连接。本发明在现有空域电磁环境监测技术中针对不同监测场合需要，能够更换监测设备、监测频段范围，并具有较高的监测系统集成度。

Description

一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统

技术领域

本发明涉及宽带电磁环境监测，特别是涉及一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统。

背景技术

传统基于无人机平台的电磁环境监测系统主要应用于通信基站、电力工程、交通等领域，但是在复杂外场试验电磁环境立体空间测试方面，需要监测频段更宽且监测频段可以灵活扩展的监测系统。监测系统的核心部件是接收机，接收机主要包括信号接收模块、变频模块、信号处理模块等，接收机的结构特点决定了其所能适应的测试场景。

由于无人机所需面临的监测场景电磁环境频段不同，针对特定场景进行监测时需要某特定频段的接收机，比如进行短波广播、调频广播以及电视电台广播监测时，其监测频段在3MHz到300MHz左右；在进行通信基站等的电磁环境监测时，其监测频段在300MHz至3GHz左右；还有针对有雷达装置、微波装置以及用于空间通信、射电天文等方面的装置周围的电磁环境监测时，这类场景的监测频段能达到40GHz左右。按照传统的方式监测的话，由于传统接收机在设计时其各项指标均已固定，无法自主更改，因此需要将不同频段的接收机组合，或者交替使用以实现宽频域的监测。但这种解决方式会带来无人机搭载设备过多，接收机整体体积过大，从而导致功耗过大的问题，并且通过不同频段接收机组合的方式进行监测也会提高监测成本，对于预算有限但待测场合电磁信号频段较宽的监测需求就不能很好的满足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，包括后级信号处理模块、第一单刀双掷开关、单刀四掷开关和三个接收通道，其中第一个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第一路输入端，第二个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第二路输入端；第一单刀双掷开关的输出端连接到单刀四掷开关的第一路输入端；第三个接收通道输出三路信号，分别连接到单刀四掷开关的第二~第四路输入端，所述单刀四掷开关的输出端与后级处理模块连接。

其中，所述第一个接收通道包括第一接收天线（信号频率范围为3MHz-150MHz）、第一低噪声放大器和第一数控衰减器，所述第一接收天线为低频环形天线，对应信号频段为HF和VHF，第一接收天线接收到信号后，将信号传给第一低噪声放大器放大，然后第一数控衰减器对其进行衰减处理调节，然后将得到的信号传输到第一单刀双掷开关的第一路输入端。

所述第二个接收通道包括第二接收天线（信号频率范围为100MHz-4GHz）、第二低噪声放大器和第二数控衰减器，所述第二接收天线为全向炮筒收发天线，对应的信号频段为L波段-S波段，得人接收天线的接收信号首先送入第二低噪声放大器放大，然后经过第二数控衰减器进行衰减处理后，将得到的信号传输到第一单刀双掷开关的第二路输入端。

所述第三个接收通道包括第三接收天线、宽带放大器、第三数控衰减器、单刀三掷开关和三个子通道；所述第三接收天线为宽带微波监测天线；

所述宽带微波监测天线（信号频率范围为4GHz-40GHz）将接收到的信号传输给宽带放大器进行放大后，传输给第三数控衰减器进行衰减处理，第三数控衰减器的输出端通道单刀三掷开关与三个子通道连接，所述单刀三掷开关用于实现第三数控衰减器到三个子通道的选通；三个子通道分别连接单刀四掷开关的第二~第四路输入端。

所述三个子通道中：

第一个子通道包括第一带通滤波器、第三低噪声放大器，所述第一带通滤波器对来自第接收到的信号进行滤波后，传输给第三低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给单刀四掷开关的第二路输入端；

第二个子通道包括第二带通滤波器、第四低噪声放大器和第一下变频混频器，所述第二带通滤波器对接收到的信号进行滤波后，传输给第四低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给第一下变频混频器，由第一下变频混频器进行下变频处理，得到中频信号传输给单刀四掷开关的第三路输入端；

第三个子通道包括第三带通滤波器、第五低噪声放大器和第二下变频混频器，所述第三带通滤波器对接收到的信号进行滤波后，传输给第五低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给第二下变频混频器，由第二下变频混频器进行下变频处理，得到中频信号传输给单刀四掷开关的第四路输入端；

其中，第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器具有不同的通带，使得三个子通道分别处理不同频段的信号，其中第一个子通道为覆盖C波段、X波段和Ku波段的信号通道，信号频率范围为4GHz-18GHz；第二个子通道为K波段信号通道，信号频率范围为18GHz-29GHz，得到的中频信号频率范围为6GHz-17GHz；第三个子通道Ka波段信号通道，信号频率范围为29GHz-40GHz，中频信号频率范围为1GHz-12GHz。

所述监控系统还包括本振源和第二单刀双掷开关，所述本振源用于产生本振信号，传输给第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的两路输出端分别与第一下变频混频器和第二下变频混频器连接。

所述监控系统还包括控制模块，所述控制模块分别与第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关和单刀四掷开关的控制端连接。

所述后级信号处理模块主要由一个频谱模块组成，其频率范围在9kHz-18GHz，用于对输入的各通道信号进行处理，得到其频谱信息。

所述监测系统集成于一个机箱中，所述机箱内设置有中间腔体；所述中间腔体通过隔板分为两层，一层用于设置所述控制模块，一层用于设置变频模块，所述变频模块包括第一下变频混频器、第二下变频混频器、本振源和第二单刀双掷开关；

所述第一接收天线、第二接收天线设置于机箱的上盖，所述第三接收天线设置于机箱底部外壁；所述监测系统的信号处理设备均设置于机箱的上盖，所述信号处理设备是指：监测系统中除变频模块、控制模块、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线以外的其余器件。

本发明的有益效果是：本发明在现有空域电磁环境监测技术中针对不同监测场合需要，通过切换开关能够选择不同的频率范围，能够实现通过相对窄带的接收机进行对超宽带电磁信号的接收，可通过相对较低成本实现超宽带电磁信号的监测；接收机可灵活切换通道接收，具有较高的监测灵活度，系统集成在机箱中，占用体积小且具有较高的监测系统集成度。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本申请中，用于无人机平台的宽带电磁环境监测通过机箱进行集成。然后搭载在无人机平台上，可以实现远程动态采集待测点的电磁环境数据。

为适应多数场景电磁环境的监测，本申请研究的超宽带电磁环境监测系统需要覆盖3MHz-40GHz全频段。实际环境中，电磁信号在不同频段的分布特点不同，对接收系统的要求也不同。在1.88GHz~1.9GHz、2.3GHz~2.39GHz、2.635GHz~2.655GHz等移动信息网络常用的频段及相应基站附近，电磁环境信号功率较大，接收机前端应选用较小放大倍数的低噪放、以保证接收系统中高灵敏度器件的安全；一些高频段，不常用作通信侦查用处的频段的电磁信号功率较小，需要添加较大放大倍数的低噪放来保证该频段信号被有效接收。本专利特点在于该监测系统采取了电磁信号分段接收技术，将3MHz~40GHz的电磁信号分为三个频段进行接收。同时为控制成本，采取下变频技术，将3MHz~40GHz的宽带电磁信号压缩到3MHz~18GHz进行后级处理或远程传输。

如图1所示，一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，包括后级信号处理模块、第一单刀双掷开关（单刀双掷开关1）、单刀四掷开关和三个接收通道，其中第一个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第一路输入端，第二个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第二路输入端；第一单刀双掷开关的输出端连接到单刀四掷开关的第一路输入端；第三个接收通道输出三路信号，分别连接到单刀四掷开关的第二~第四路输入端，所述单刀四掷开关的输出端与后级处理模块连接。

其中，所述第一个接收通道包括第一接收天线（接收天线1）、第一低噪声放大器（低噪声放大器1）和第一数控衰减器（数控衰减器1），所述第一接收天线为低频环形天线，对应信号频段为HF和VHF，信号频率范围为3MHz-150MHz，第一接收天线接收到信号后，将信号传给第一低噪声放大器放大，然后第一数控衰减器对其进行衰减处理调节，然后将得到的信号传输到第一单刀双掷开关的第一路输入端。

所述第二个接收通道包括第二接收天线（接收天线2）、第二低噪声放大器（低噪声放大器2）和第二数控衰减器（数控衰减器2），所述第二接收天线为全向炮筒收发天线，对应的信号频段为L波段-S波段，信号频率范围为100MHz-4GHz，得人接收天线的接收信号首先送入第二低噪声放大器放大，然后经过第二数控衰减器进行衰减处理后，将得到的信号传输到到第一单刀双掷开关的第二路输入端。

所述第三个接收通道包括第三接收天线（接收天线3）、宽带放大器、第三数控衰减器（数控衰减器3）、单刀三掷开关和三个子通道；所述第三接收天线为宽带微波监测天线；

所述宽带微波监测天线将接收到的信号传输给宽带放大器进行放大后，传输给第三数控衰减器进行衰减处理，第三数控衰减器的输出端通道单刀三掷开关与三个子通道连接，所述单刀三掷开关用于实现第三数控衰减器到三个子通道的选通；三个子通道分别连接单刀四掷开关的第二~第四路输入端。

所述三个子通道中：

第一个子通道包括第一带通滤波器（带通滤波器1）、第三低噪声放大器（低噪声放大器3），所述第一带通滤波器对来自第接收到的信号进行滤波后，传输给第三低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给单刀四掷开关的第二路输入端；

第二个子通道包括第二带通滤波器（带通滤波器2）、第四低噪声放大器（低噪声放大器4）和第一下变频混频器（混频器1），所述第二带通滤波器对接收到的信号进行滤波后，传输给第四低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给第一下变频混频器，由第一下变频混频器进行下变频处理，得到中频信号传输给单刀四掷开关的第三路输入端；

第三个子通道包括第三带通滤波器（带通滤波器3）、第五低噪声放大器（低噪声放大器4）和第二下变频混频器（混频器2），所述第三带通滤波器对接收到的信号进行滤波后，传输给第五低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给第二下变频混频器，由第二下变频混频器进行下变频处理，得到中频信号传输给单刀四掷开关的第四路输入端；

其中，第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器具有不同的通带，使得三个子通道分别处理不同频段的信号，其中第一个子通道为覆盖C波段、X波段和Ku波段的信号通道，信号频率范围为4GHz-18GHz；第二个子通道为K波段信号通道，信号频率范围为18GHz-29GHz，得到的中频信号频率范围为6GHz-17GHz；第三个子通道Ka波段信号通道，信号频率范围为29GHz-40GHz，中频信号频率范围为1GHz-12GHz。

在本申请的实施例中，各个子通道处理的信号频率范围由该子通道的带通滤波器通带决定。

所述监控系统还包括本振源和第二单刀双掷开关（单刀双掷开关2），所述本振源用于产生本振信号，传输给第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的两路输出端分别与第一下变频混频器和第二下变频混频器连接。

所述监控系统还包括控制模块，所述控制模块分别与第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关和单刀四掷开关的控制端连接。

所述后级信号处理模块主要由一个频谱模块组成，其频率范围在9kHz-18GHz，用于对输入的各通道信号进行处理，得到其频谱信息。

所述监测系统集成于一个机箱中，所述机箱内设置有中间腔体；所述中间腔体通过隔板分为两层，一层用于设置所述控制模块，一层用于设置变频模块，所述变频模块包括第一下变频混频器、第二下变频混频器、本振源和第二单刀双掷开关；

所述第一接收天线、第二接收天线设置于机箱的上盖，所述第三接收天线设置于机箱底部外壁；所述监测系统的信号处理设备均设置于机箱的上盖，所述信号处理设备是指：监测系统中除变频模块、控制模块、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线以外的其余器件。在本申请的实施例中，所述监测系统还包括供电模块，所述供电模块设置于机箱上盖上，用于对整个监测系统进行供电。所述机箱的上盖上可以设置多个凹槽，用于安装上盖上的不同模块或器件；在本申请的实施例中，所述监测系统的各个器件之间可以通过线缆或则转接板连接。所述机箱侧壁上可以安装有很多高频转接头，用于内部器件与外部器件、线缆的连接使用。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，其特征在于：包括后级信号处理模块、第一单刀双掷开关、单刀四掷开关和三个接收通道，其中第一个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第一路输入端，第二个接收通道的输出端连接到第一单刀双掷开关的第二路输入端；第一单刀双掷开关的输出端连接到单刀四掷开关的第一路输入端；第三个接收通道输出三路信号，分别连接到单刀四掷开关的第二~第四路输入端，所述单刀四掷开关的输出端与后级处理模块连接；

所述第一个接收通道包括第一接收天线、第一低噪声放大器和第一数控衰减器，所述第一接收天线为低频环形天线，对应信号频段为HF和VHF，信号频率范围为3MHz-150MHz，第一接收天线接收到信号后，将信号传给第一低噪声放大器放大，然后第一数控衰减器对其进行衰减处理调节，然后将得到的信号传输到第一单刀双掷开关的第一路输入端；

所述第二个接收通道包括第二接收天线、第二低噪声放大器和第二数控衰减器，所述第二接收天线为全向炮筒收发天线，对应的信号频段为L波段-S波段，信号频率范围为100MHz-4GHz，第二接收天线的接收信号首先送入第二低噪声放大器放大，然后经过第二数控衰减器进行衰减处理后，将得到的信号传输到第一单刀双掷开关的第二路输入端；

所述第三个接收通道包括第三接收天线、宽带放大器、第三数控衰减器、单刀三掷开关和三个子通道；所述第三接收天线为宽带微波监测天线；

所述宽带微波监测天线将接收到的信号传输给宽带放大器进行放大后，传输给第三数控衰减器进行衰减处理，第三数控衰减器的输出端通道单刀三掷开关与三个子通道连接，所述单刀三掷开关用于实现第三数控衰减器到三个子通道的选通；三个子通道分别连接单刀四掷开关的第二~第四路输入端；

所述三个子通道中：

第一个子通道包括第一带通滤波器、第三低噪声放大器，所述第一带通滤波器对来自第接收到的信号进行滤波后，传输给第三低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给单刀四掷开关的第二路输入端；

第二个子通道包括第二带通滤波器、第四低噪声放大器和第一下变频混频器，所述第二带通滤波器对接收到的信号进行滤波后，传输给第四低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给第一下变频混频器，由第一下变频混频器进行下变频处理，得到中频信号传输给单刀四掷开关的第三路输入端；

第三个子通道包括第三带通滤波器、第五低噪声放大器和第二下变频混频器，所述第三带通滤波器对接收到的信号进行滤波后，传输给第五低噪声放大器进行放大，然后将放大得到的信号传输给第二下变频混频器，由第二下变频混频器进行下变频处理，得到中频信号传输给单刀四掷开关的第四路输入端；

其中，第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器具有不同的通带，使得三个子通道分别处理不同频段的信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，其特征在于：所述宽带电磁环境监测系统还包括本振源和第二单刀双掷开关，所述本振源用于产生本振信号，传输给第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的两路输出端分别与第一下变频混频器和第二下变频混频器连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括控制模块，所述控制模块分别与第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关和单刀四掷开关的控制端连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，其特征在于：所述后级信号处理模块主要由一个频谱模块组成，其频率范围在9kHz-18GHz，用于对输入的各通道信号进行处理，得到其频谱信息。

5.根据权利要求3所述的一种用于无人机平台的宽带电磁环境监测系统，其特征在于：所述监测系统集成于一个机箱中，所述机箱内设置有中间腔体；所述中间腔体通过隔板分为两层，一层用于设置所述控制模块，一层用于设置变频模块，所述变频模块包括第一下变频混频器、第二下变频混频器、本振源和第二单刀双掷开关；

所述第一接收天线、第二接收天线设置于机箱的上盖，所述第三接收天线设置于机箱底部外壁；所述监测系统的信号处理设备均设置于机箱的上盖，所述信号处理设备是指：监测系统中除变频模块、控制模块、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线以外的其余器件。