CN116593956A - 多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线电监测测向技术领域，具体公开了多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，包括监测测向接收单元、第一天线阵组件、第二天线阵组件和天线罩，所述的天线罩设置在监测测向接收单元上并与监测测向接收单元形成容纳腔，第一天线阵组件设置在所述容纳腔内并固定设置在所述监测测向接收单元上，第二天线阵组件设置在监测测向接收单元的底部。本发明的优点是采用了双环圆形阵列布局，解决了天线之间互耦问题，通过天线与射频矩阵开关组件一体化设计，解决了射频电缆的幅相一致性影响，减少了射频线缆损耗，以及安装支架的影响，测向准确度由以前的5°提高到2°，同时也提高了测向灵敏度，降低了天线高度，减少了重量。

Description

多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统

技术领域

本发明涉及无线电监测测向技术领域，特别是多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统。

背景技术

多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统是无线电管理部门的执行频谱管理、干扰信号排查等任务的重要监测工具，早期多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统使用的是相关干涉仪测向技术和比幅测向技术，以及采用5元天线阵和7元天线阵，导致测向准确度不高，且灵敏度较低，已难以满足现代无线电监测对高精度、高分辨和同频多信号测向的要求；

早期一体化碟形快速部署监测测向系统，由于孔径小，导致低端测向准确度不高，具有较大的测向误差，且灵敏度较低；为了解决低端测向一系列问题，采用扩大低端天线阵孔径的方式，市场出现了以折叠结构和插拔结构为代表的一体化快速部署监测测向设备。采用折叠结构的一体化快速部署监测测向设备，其车载稳固性不强，阵元容易发生抖动，影响测向准确度；而且设备存在拆收麻烦的问题，需要对每个阵元进行至少两次折叠才能完成拆收工作，耗时耗力。采用插拔结构的一体化快速部署监测测向设备，其低端阵元与主机设备在拆收时为分离状态，不利于收纳，往往需要多个包装箱才能完成收纳，同样增加了安装架设和收纳时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，包括监测测向接收单元、第一天线阵组件、第二天线阵组件和天线罩，所述的天线罩设置在监测测向接收单元上并与监测测向接收单元形成容纳腔，所述的第一天线阵组件设置在所述容纳腔内并固定设置在所述监测测向接收单元上，所述的第二天线阵组件设置在监测测向接收单元的底部；所述的第一天线阵组件包括第一九元天线组、第二九元天线组、连接器和射频矩阵开关组件，所述第一九元天线组包括九个第一天线，九个所述第一天线圆周阵列设置，所述第二九元天线包括九个第二天线，九个所述第二天线圆周阵列设置在第一九元天线组的外围，所述第一九元天线组与第二九元天线组同轴设置，所述的第二天线和第一天线通过连接器与射频矩阵开关组件连接，所述的射频矩阵开关组件通过射频电缆与监测测向接收单元连接。

具体的，所述第一天线为频率为8GHz～26.5GHz的单极子天线或者倒锥天线。

具体的，所述第二天线为频率为1.3GHz～8GHz的单极子天线或者倒锥天线。

具体的，所述的射频矩阵开关组件通过支撑柱安装在风道盖板上，所述的风道盖板固定在所述监测测向接收单元上。

具体的，所述的第一天线阵组件还包括电子罗盘组件，所述电子罗盘组件设置在风道盖板上，所述电子罗盘组件与监测测向接收单元连接。

具体的，所述的第二天线阵组件包括壳体、低端天线元和伸缩组件，所述的壳体上圆周阵列设置有九个伸缩组件，所述的伸缩组件上均设置有一低端天线元，所述的壳体设置在监测侧向接收单元底部。

具体的，所述的伸缩组件包括滑轨、滑动块和支臂，所述的滑轨沿壳体的径向设置，所述的低端天线元设置在支臂的一端，所述滑动块设置在支臂的另一端，所述滑动块与滑轨滑动连接。

具体的，所述的壳体外侧位于滑轨的一端设置有远端定位块，所述壳体内侧位于相邻滑轨之间设置有近端定位块，所述滑动块的底面两侧均设置有一顶珠，所述远端定位块顶面的两侧均设置有与顶珠对应的第一定位槽，所述的滑动块底部设置有限位台阶，所述远端定位块的顶面设置有与限位台阶配合的限位块，所述近端定位块顶面的两侧均设置有与顶珠对应的第二定位槽。

具体的，所述的滑动块上设置有第一连接器，所述的第一连接器通过连接线缆与低端天线元连接，所述的监测测向接收单元设置有与第一连接器对应的第二连接器。

具体的，所述的低端天线元为频率为20MHz～1300MHz的有源印制板天线。

本发明具有以下优点：

1、本发明的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统的工作频率为20MHz～26.5GHz，20MHz～26.5GHz全频段使用空间谱估计测向技术和相关干涉仪测向技术，测向天线阵使用9元圆形阵设计，提高了测向准确度。第一天线阵组件通过使用单极子天线和倒锥天线，并采用了双环圆形阵列布局，解决了天线之间互耦问题，通过天线与射频矩阵开关组件一体化设计，取消了天线与射频矩阵开关组件之间的连接射频电缆和天线的安装支架，解决了射频电缆的幅相一致性影响，减少了射频线缆损耗，以及安装支架的影响，通过以上措施测向准确度由以前的5°提高到2°，同时也提高了测向灵敏度，降低了天线高度，减少了重量；

2、为了解决低端测向一系列问题，本发明采用扩大第二天线阵组件孔径的方式，第二天线阵组件使用伸缩式结构，该结构新颖，稳定可靠，且体积小、重量轻，安装架设方便，整个展开收拢过程相比以前的一体化快速部署监测测向设备，操作更为简单连贯，能够实现快速架设与拆卸的目的；

3、本发明的20MHz～26.5GHz多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统既可用于移动背负式测向系统使用场景，也能用于车载测向系统的快速部署，能够满足快速机动完成无线电监测测向的需求。

附图说明

图1 为本发明的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统爆炸结构示意图；

图2 为本发明的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统整体结构示意图；

图3 为本发明的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统展开使用状态示意图；

图4 为本发明的监测测向接收单元结构示意图；

图5 为本发明的第一天线阵组件的正视结构示意图；

图6 为本发明的第一天线阵组件的等轴侧结构示意图；

图7 为本发明的监测测向接收单元底部结构示意图；

图8 为本发明的第二天线阵组件展开结构示意图；

图9 为本发明的壳体结构示意图；

图10 为本发明的远端定位块结构示意图；

图11 为本发明的滑动块结构示意图；

图12 为本发明的近端定位块结构示意图；

图中：1-天线罩，2-第一天线阵组件，21-第一天线，22-第二天线，23-风道盖板，24-支撑柱，25-电子罗盘组件，26-射频矩阵开关组件，3-监测测向接收单元，31-第二连接器，32-进风口，33-出风口，4-第二天线阵组件，41-壳体，42-滑轨，43-滑动块，431-顶珠，44-支臂，45-低端天线元，46-近端定位块，461-第二定位槽，47-第一连接器，48-远端定位块，481-第一定位槽，482-限位块。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-图12所示，多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，包括监测测向接收单元3、第一天线阵组件2、第二天线阵组件4和天线罩1，所述的天线罩1设置在监测测向接收单元3上并与监测测向接收单元3形成容纳腔，所述的第一天线阵组件2设置在所述容纳腔内并固定设置在所述监测测向接收单元3上，所述的第二天线阵组件4设置在监测测向接收单元3的底部；所述的第一天线阵组件2包括第一九元天线组、第二九元天线组、连接器和射频矩阵开关组件26，所述第一九元天线组包括九个第一天线21，九个所述第一天线21圆周阵列设置，所述第二九元天线组包括九个第二天线22，九个所述第二天线22圆周阵列设置在第一九元天线组的外围，所述第一九元天线组与第二九元天线组同轴设置，所述的第二天线22和第一天线21通过连接器与射频矩阵开关组件26连接，所述的射频矩阵开关组件26通过射频电缆与监测测向接收单元3连接；所述第一天线21为频率为8GHz～26.5GHz的单极子天线或者倒锥天线；所述第二天线22为频率为1.3GHz～8GHz的单极子天线或者倒锥天线。空间谱估计测向技术是建立在严格的信号模型和复杂的谱估计理论上的一种测向体制，具有高精度、高分辨率、和抗多径干扰等优异性能。工程实现中不可避免的会引入误差，造成测向精度下降。 阵列天线的幅相一致性、阵元间互耦、以及阵列单元位置扰动误差是影响测向系统测向精度的重要误差来源。工程实践中，阵列系统与理想的阵列模型相比不可避免会存在各种误差，当误差超过一定程度后，空间谱估计测向算法的性能会严重恶化，甚至失效。常规的1.3GHz～26.5GHz工作频段测向天线元一般采用的是宽带双锥天线和宽带偶极子天线，测向天线元与射频开关是分开设计的，测向天线元需要通过射频电缆连接到射频矩阵开关组件上，并且使用安装支架固定在射频矩阵开关组件上方，这样就造成结构复杂，成本高，体积大，安装不方便，可靠性差，而且在实际使用中由于受到天线之间的互耦影响和射频电缆的幅相一致性影响，以及安装支架的影响，造成测向模糊，无法得出准确的测向方位，特别是高于8GH以上工作频率无法使用空间谱估计测向，造成测向准确度误差比较大，本发明设计的一体化快速部署测向监测系统通过使用单极子天线和倒锥天线，并采用了双环圆形阵列布局，解决了天线之间的互耦问题，通过天线与射频矩阵开关组件26一体化设计，取消了天线与射频矩阵开关组件26之间的连接射频电缆和安装支架，解决了射频电缆的幅相一致性影响，减少了射频线缆损耗，消除了安装支架的影响，使其能够在1.3GHz～26.5GHz工作频段都能使用空间谱估计测向技术，提高了测向精度，其中第一九元天线组的直径为20mm~100mm之间，第二九元天线组的直径为100mm~300mm，且第一九元天线组的位置高出第二九元天线组0~50mm。

进一步的，所述的射频矩阵开关组件26通过支撑柱24安装在风道盖板23上，所述的风道盖板23固定在所述监测测向接收单元3上；所述的第一天线阵组件2还包括电子罗盘组件25，所述电子罗盘组件25设置在风道盖板23上，所述电子罗盘组件25与监测测向接收单元3连接。本实施例中天线罩1通过螺栓与监测测向接收单元3形成可拆卸配合连接，一方面方便后期进行维护工作，另一方面天线罩1处于最外层有利于做防水处理，风道盖板23和监测测向接收单元3顶部之间形成独立风道，与监测测向接收单元3和第一天线阵组件2完全隔开，有利于散热设计和防水处理，能够有效避免雨水进入设备造成损坏，射频矩阵开关组件26通过支撑柱24固定安装在风道盖板23中央位置，电子罗盘组件25固定安装在风道盖板23上方中央位置，有利于后期电子罗盘校准。

进一步的，所述的第二天线阵组件4包括壳体41、低端天线元45和伸缩组件，所述的壳体41上圆周阵列设置有九个伸缩组件，所述的伸缩组件上均设置有一低端天线元45，所述的壳体41设置在监测测向接收单元3底部。本实施例中为了解决低端测向一系列问题，采用扩大第二天线阵孔径的方式，其中第二天线阵组件4使用伸缩式结构，通过将低端天线元45设置在伸缩组件上，然后使伸缩组件伸缩就能带动低端天线元45展开收拢，以此来达到扩大天线阵孔径的目的，且采用伸缩的结构方便操作。

进一步的，所述的伸缩组件包括滑轨42、滑动块43和支臂44，所述的滑轨42沿壳体41的径向设置，所述的低端天线元45设置在支臂44的一端，所述滑动块43设置在支臂44的另一端，所述滑动块43与滑轨42滑动连接。本实施例中九个滑轨42的长度沿壳体41的径向设置，在壳体41的圆周面上设置有开口，支臂44与开口滑动连接，开口在支臂44伸缩时提供辅助支撑，在展开时拉动低端天线元45使支臂44带动滑动块43沿滑轨42移动，这样就能扩大第二天线阵组件4的孔径，采用这样的结构对空间利用率高，使测向系统的体积减小，重量轻，安装架设方便，整个展开收拢过程相比以前的一体化快速部署监测测向设备，操作更为简单连贯，能够实现快速架设与拆卸的目的。

进一步的，所述的壳体41外侧位于滑轨42的一端设置有远端定位块48，所述壳体41内侧位于相邻滑轨42之间设置有近端定位块46，所述滑动块43的底面两侧均设置有一顶珠431，所述远端定位块48顶面的两侧均设置有与顶珠431对应的第一定位槽481，所述的滑动块43底部设置有限位台阶，所述远端定位块48的顶面设置有与限位台阶配合的限位块482，所述近端定位块46顶面的两侧均设置有与顶珠431对应的第二定位槽461。本实施例中为了方便对低端天线元45展开收拢后的位置进行限位，在壳体41上设置远端定位块48和近端定位块46，在展开设备时，分别将低端天线元45拔出，滑动块43上的顶珠431沿远端定位块48上的引导面滑入远端定位块48上的第一定位槽481中，实现远端稳固定位功能，此时监测测向接收单元3底部的第二连接器31一与滑动块43上的第一连接器47接合，将低端天线元45逆时针旋转90°，即完成展开工作；收拢设备时，分别将顺时针旋转90°，然后把低端天线元45沿圆周径向往里推，滑动块43上的顶珠431沿近端定位块46上的引导面滑入近端定位块46上的第二定位槽461中实现近端定位功能，此时监测测向接收单元3底部的第二连接器31与第一连接器47断开，即完成收拢工作。整个展开收拢过程相比与折叠结构和插拔结构的一体化碟形快速部署监测测向设备，操作更为简单连贯，能够实现快速架设与拆卸的目的，同时在支臂44上设置有一支撑块，在展开低端子天线组件时，支撑块嵌入壳体41的开口内，实现远端稳固定位功能。

进一步的，所述的滑动块43上设置有第一连接器47，所述的第一连接器47通过连接线缆与低端天线元45连接，所述的监测测向接收单元3设置有与第一连接器47对应的第二连接器31。采用折叠结构的一体化碟形快速部署监测测向设备，其车载稳固性不强，阵元容易发生抖动，影响测向准确度；而且设备存在拆收麻烦的问题，需要对每个阵元进行至少两次折叠才能完成拆收工作，耗时耗力，线缆采用直接连接方式，折叠过程会对线缆产生拉伸折叠的外力，影响线缆使用寿命同时也无法保证产品可靠性和性能指标本，采用插拔结构的一体化碟形快速部署监测测向设备，其低端阵元与主机设备在拆收时为分离状态，不利于收纳，往往需要多个包装箱才能完成收纳，同样增加了安装架设和收纳时间，严格意义算不上一体化快速部署，本实施例中为了避免低端天线元45在展开时线缆反复弯折造成损坏，因此在滑动块43上设置一第一连接器47，并将第一连接器47通过连接线缆与低端天线元45连接，然后在监测测向接收单元3上设置第一连接器47，在进行展开时第一连接器47与低端天线元45连接的连接线缆不会被折叠，同时也解决了线缆在折叠结构拆装过程中受拉伸折叠外力的问题，以及插拔结构不利于收纳和安装架设的问题。

进一步的，所述的低端天线元45为频率为20MHz～1300MHz的有源印制板天线。

本实施例中低端天线元45通过旋转接头与支臂44连接，这样低端天线元45可以与支臂44相对转动90°，方便收纳，在壳体41底部还设有支座，用于快速连接三脚架，所述第二天壳体41底部还设有把手和橡胶支脚，把手可以满足单手或者双手搬移设备的需求，橡胶支脚起到支撑和防滑的作用，所述监测测向接收单元3顶部中央区域设有若干交错分布的圆柱状散热齿，所述监测测向接收单元3底部设有进风口32和出风口33。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：包括监测测向接收单元（3）、第一天线阵组件（2）、第二天线阵组件（4）和天线罩（1），所述的天线罩（1）设置在监测测向接收单元（3）上并与监测测向接收单元（3）形成容纳腔，所述的第一天线阵组件（2）设置在所述容纳腔内并固定设置在所述监测测向接收单元（3）上，所述的第二天线阵组件（4）设置在监测测向接收单元（3）的底部；所述的第一天线阵组件（2）包括第一九元天线组、第二九元天线组、连接器和射频矩阵开关组件（26），所述第一九元天线组包括九个第一天线（21），九个所述第一天线（21）圆周阵列设置，所述第二九元天线组包括九个第二天线（22），九个所述第二天线（22）圆周阵列设置在第一九元天线组的外围，所述第一九元天线组与第二九元天线组同轴设置，所述的第二天线（22）和第一天线（21）通过连接器与射频矩阵开关组件（26）连接，所述的射频矩阵开关组件（26）通过射频电缆与监测测向接收单元（3）连接。

2.根据权利要求1所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述第一天线（21）为频率为8GHz～26.5GHz的单极子天线或者倒锥天线。

3.根据权利要求1所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述第二天线（22）为频率为1.3GHz～8GHz的单极子天线或者倒锥天线。

4.根据权利要求1所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的射频矩阵开关组件（26）通过支撑柱（24）安装在风道盖板（23）上，所述的风道盖板（23）固定在所述监测测向接收单元（3）上。

5.根据权利要求4所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的第一天线阵组件（2）还包括电子罗盘组件（25），所述电子罗盘组件（25）设置在风道盖板（23）上，所述电子罗盘组件（25）与监测测向接收单元（3）连接。

6.根据权利要求1所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的第二天线阵组件（4）包括壳体（41）、低端天线元（45）和伸缩组件，所述的壳体（41）上圆周阵列设置有九个伸缩组件，所述的伸缩组件上均设置有一低端天线元（45），所述的壳体（41）设置在监测侧向接收单元（3）底部。

7.根据权利要求6所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的伸缩组件包括滑轨（42）、滑动块（43）和支臂（44），所述的滑轨（42）沿壳体（41）的径向设置，所述的低端天线元（45）设置在支臂（44）的一端，所述滑动块（43）设置在支臂（44）的另一端，所述滑动块（43）与滑轨（42）滑动连接。

8.根据权利要求7所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的壳体（41）外侧位于滑轨（42）的一端设置有远端定位块（48），所述壳体（41）内侧位于相邻滑轨（42）之间设置有近端定位块（46），所述滑动块（43）的底面两侧均设置有一顶珠（431），所述远端定位块（48）顶面的两侧均设置有与顶珠（431）对应的第一定位槽（481），所述的滑动块（43）底部设置有限位台阶，所述远端定位块（48）的顶面设置有与限位台阶配合的限位块（482），所述近端定位块（46）顶面的两侧均设置有与顶珠（431）对应的第二定位槽（461）。

9.根据权利要求7所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的滑动块（43）上设置有第一连接器（47），所述的第一连接器（47）通过连接线缆与低端天线元（45）连接，所述的监测测向接收单元（3）设置有与第一连接器（47）对应的第二连接器（31）。

10.根据权利要求6所述的多天线阵与主机一体化设计的全频段空间谱监测测向系统，其特征在于：所述的低端天线元（45）为频率为20MHz～1300MHz的有源印制板天线。