CN1198616A - 同频多信号测向与侦收的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同频多信号测向与侦收的方法和装置,依据一阶带通采样定理的采样时延原理仅在基于传感阵列处理的测向机中增加可控时延产生电路,即可利用幅度加权求和得到所需形状的方向性图,实现同频多信号的测向与侦收。本发明装置由天线阵列、多信道接收机、主控处理器、频率综合器、可控时延产生器、监控计算机等部分组成。并本发明还具有设备简单,性能可靠,制作容易,使用方便,成本低廉等特点,具有推广应用价值。

Description

同频多信号测向与侦收的方法和装置

本发明涉及通信侦察及无线电管理领域中的一种同频多信号测向与侦收的方法和装置，特别适用于基于传感阵列处理的测向机作扩展侦收功能的测向与侦收的方法及装置。

目前在通信侦察领域中使用的测向机，除具有测向能力外一般只具有简单的单信号侦收功能，在多信号环境进行信号侦收时一般要利用天线阵列及后续处理技术形成一定的天线波束(方向性图)，即数字波束形成，以抑制干扰信号，增强有用信号。而目前的数字波束形成技术一般是采用设备复杂的高阶带通采样来实现的，因此设备复杂，制造困难，成本昂贵，使用不便，使普及推广应用受到限制。

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种在基于传感阵列处理的测向设备中增加可控时延产生电路，利用幅度加权求和得到所需形状的方向性图的同频多信号测向与侦收的方法和装置，并本发明还具有设备简单，性能可靠，作用距离远，制作容易，成本低廉，使用方便等特点。

本发明的目的是这样实现的：本发明的方法步骤：(1)以一阶带通采样定理中的采样时延理论为基础实现信道输出信号的移相控制；(2)利用基于传感阵列处理的测向技术对同频多信号测向，并还采取以下技术措施步骤实现本发明方法：

(1)根据测向信道中的本振及中频频率选择采样信号频谱为正向放置或反向放置；

(2)根据信号频谱的正向或反向放置和所需测向、侦收的信号带宽，选择一阶带通采样频率；

(3)根据系统的侦收方向性图的精度要求选择可控时延的步进；

(4)利用基于传感阵列处理的测向技术对同频多信号进行测向，根据测向结果选择有用信号和干扰信号，按此计算可控采样时延单元的时延并进行控制；

(5)修正时延对信道一致性的影响继续进行测向；

(6)利用幅度加权求和形成所需形状的波束(方向性图)，并进行侦收处理及侦收。

本发明的装置由天线阵列1、天线开关阵2、多信道接收机3、校零信号源4、频率综合器5、带通信号采样器6、主控处理器7、监控计算机8、可控时延产生器9、电源10组成，且多信道接收机3由3至30路构成，其中天线阵列1的各天线阵元分别串接天线开关阵2的各开关后其出端1至30脚再分别串接3至30路的多信道接收机3入出端1脚、2脚后与带通信号采样器6入端1至30脚连接，带通信号采样器6出端32脚通过数据总线与主控处理器7入端1脚连接，主控处理器7出入端3脚通过双向数据总线与监控计算机8出入端连接、其出端2脚通过控制总线分别与天线开关阵2入端31脚、3至30路多信道接收机3各入端4脚、校零信号源4入端2脚、频率综合器5入端2脚及可控时延产生器9控制入端2脚并联连接，可控时延产生器9出端1脚通过控制总线与带通信号采样器6控制入端31脚连接，校零信号源4出端1脚与天线开关阵2入端32脚连接，电源10出端+V电压端与各级相应电源电压入端连接，频率综合器5出端1脚分别串联连接1至30路的多信道接收机3各入出端3脚、5脚。

本发明的装置还可以通过以下措施达到：

本发明的可控时延产生器9由译码器13、计数器11、锁存器12组成，其中计数器11和锁存器12均由1至N-1路构成，N为多信道接收机3的最多路路数，主控处理器7采样时钟出端1脚分别与1至N-1路计数器11各采样时钟入端1脚及带通信号采样器6采样时钟入端1脚并联连接，主控处理器7高速计数时钟出端2脚分别与1至N-1路计数器11各高速计数时钟入端2脚并联连接，主控处理器7时延控制出端3脚通过控制总线分别与1至N-1路锁存器12各时延控制入端3脚并联连接；主控处理器7计数器地址出端4脚通过控制总线与译码器13入端连接，译码器13的1至N-1路出端分别与1至N-1路锁存器12的各入端1脚连接，1至N-1路锁存器12各出端2脚分别通过数据总线与1至N-1路计数器11入端4脚连接，1至N-1路计数器11各采样时钟出端3脚分别与带通信号采样器6采样时钟入端2至N脚连接。

本发明相比背景技术有如下优点：

1.本发明在常规的基于传感阵列处理的测向设备中增加简单的可控时延产生电路，利用简单的幅度加权求和得到所需形状的方向性图，因此其实现多信号测向与侦收的方法及装置简单，容易生产制作，成本低廉。

2.本发明采用可控时延产生器9产生的可控采样时延，控制各信道输出信号的相移，形成所需的波束，能有效地抑制干扰信号，增强有用信号，有效地增加作用距离，提高性能指标。

3.本发明方法及装置使用方便，性能可靠，具有应用推广价值。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明装置的电原理方框图。

图2是本发明装置可控时延产生器9的电原理方框图。

参照图1、图2，实现本发明的方法基本原理如下：以一阶带通采样定理中的采样时延理论为基础实现信道输出信号的移相控制。假设带通信号f(t)的中心频率(多信道接收机3信道的最低中心频率)为ω_C，带宽为2ω_B(ω_C＞ω_B)，则在频谱正向放置情况下的一阶带通采样频率ω_O可在下(1)式区域选择： $\frac{2({\mathrm{\ω}}_C+{\mathrm{\ω}}_B)}{2n+1}\≤{\mathrm{\ω}}_O\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_C-{\mathrm{\ω}}_B}{n}-----\left(1\right)$ 式(1)中n为整数，满足 $[0\≤n\≤({\mathrm{\ω}}_C-{\mathrm{\ω}}_B)/4{\mathrm{\ω}}_B]-----\left(2\right)$ 其中

表示不超过X的最大整数。而在频谱反向放置情况下的一阶带通采样频率ω_O可在下(3)式区域选择： $\frac{{\mathrm{\ω}}_C+{\mathrm{\ω}}_B}{n}\≤{\mathrm{\ω}}_O\≤\frac{2({\mathrm{\ω}}_C-{\mathrm{\ω}}_B)}{2n-1}-----\left(3\right)$ 其中n满足 $[1\≤n\≤({\mathrm{\ω}}_C+{\mathrm{\ω}}_B)/4{\mathrm{\ω}}_B]-----\left(4\right)$

当频谱正向放置时，若采样时钟有时延τ，则时延引起的相位差为θ₁；

θ₁＝(ω+nω_O)τ，ω_ε〔ω_C-ω_B-nω_O，ω_C+ω_B-nω_O〕    (5)

其中ω为所处理的采样后的低通信号的频率

∈表示左端的元素属于右端的集合

〔ω_C-ω_B-nω_O，ω_C+ω_B-nω_O〕为所处理的采样后的低通信号频带的正频谱部分，

而当频谱反向放置时，采样时钟时延τ引起的相位差为θ₂；

θ₂＝-(ω+nω_O)τ，ω_ε〔ω_C-ω_B-nω_O，ω_C+ω_B-nω_O〕    (6)

其中〔ω_C-ω_B-nω_O，ω_C+ω_B-nω_O〕为所处理的采样后的低通信号频带的负频谱部分

注意：式(5)和式(6)中ω的取值范围由于ω_O不同而不相同

可控波束的形成原理：基本的波束形成是通过天线阵列1对多个位于空间不同位置的天线阵元的接收信号输出进行复加权求和，而复加权求和可由先对信号进行移相，然后进行幅度加权求和来实现。由上述式(5)和式(6)可以通过控制采样时延来调整信号的相移θ₁或θ₂，而控制采样时延是由图2中可控时延产生器9实现的，最后由主控处理器7或监控计算机8进行幅度加权求和即可得到所需形状的波束方向性图，进行侦收处理后实现最终的多信号侦收。

因此本发明实施例中首先根据测向信道中的频率综合器5提供的本振和多信道接收机3中的中频频率选择采样信号频谱为正向或反向放置。然后根据信号频谱的正向或反向放置和所需测向、侦收的信号带宽，按上述式(1)或式(3)选择一阶带通采样频率。再根据系统的侦收方向性图的精度要求选择可控时延的步进。

下面根据上述方法原理利用基于传感阵列处理的测向技术，即采用基于传感阵列处理的测向机对同步多信号进行测向，根据测向结果选择有用信号和干扰信号，按此计算可控采样时延单元(即图2的可控时延产生器9)的时延并进行控制。然后进行修正由于时延对信道一致性造成的影响继续进行测向。再后利用幅度加权求和形成所需形状的波束方向性图，并进行侦收处理及侦收。

结合实施例对本发明方法详细阐述：多信道接收机3的三个中频分别为1380MHz、21.4MHz、1.025MHz，三个本振源频率分别为1400至1880MHz、1401.4MHz、20.375MHz，多信道接收机3的信道带宽为25kHz。

1.采样信号频谱的放置选取：在多信道接收机3信道中的第一中频信号频率是频率综合器5提供本振信号频率减去接收工作信号频率，第二中频信号频率同样是本振信号频率减去接收工作信号频率，而第三中频信号频率是接收工作信号频率减去本振信号频率，因此低中频(三中频率)的输出信号是频谱正向放置的。选择一阶带通采样频率前应选择频谱为正向放置。

2.选取一阶带通采样频率：由上述式(1)可以得出，当选取n＝10时，采样频率ω_O可选为100kHz，此时的采样周期为10μs。

3.可控时延的步进选取：由上述式(5)可知，ω的取值范围为12.5至37.5kHz，而当τ从0变化到 时，相位差θ₁从0变化到2π，即τ的最大可控制值为1μs。实施例中的装置相移精度要求在2°以内，这就要求装置的时延步进小于

，本实施例选取时延步进为5ns，要求在图2中主控处理器7输出的高速计数时钟周期为5ns。

本发明装置由天线阵列1、天线开关阵2、多信道接收机3、校零信号源4、频率综合器5、带通信号采样器6、主控处理器7、监控计算机8、可控时延产生器9、电源10组成，且多信道接收机3由3至30路构成。为了满足传感阵列处理的测向要求，天线阵列1的天线阵元数目应与多信道接收机3的信道数目相同。

其连接线路如下：天线阵列1的各天线阵元分别串接天线开关阵2的各开关后其出端1至30脚再分别串接3至30路的多信道接收机3入出端1脚、2脚后与带通信号采样器6入端1至30脚连接，带通信号采样器6出端32脚通过数据总线与主控处理器7入端1脚连接，主控处理器7出入端3脚通过双向数据总线与监控计算机8出入端连接、其出端2脚通过控制总线分别与天线开关阵2入端31脚、3至30路多信道接收机3各入端4脚、校零信号源4入端2脚、频率综合器5入端2脚及可控时延产生器9控制入端2脚并联连接，可控时延产生器9出端1脚通过控制总线与带通信号采样器6控制入端31脚连接，校零信号源4出端1脚与天线开关阵2入端32脚连接，电源10出端+V电压端与各级相应电源电压入端连接，频率综合器5出端1脚分别串联连接1至30路的多信道接收机3各入出端3脚、5脚。

实施例天线阵列1覆盖频段为20至500MHz，它由两层天线来实现全频段的覆盖，两层覆盖频率分别为20至100MHz、100至500MHz。每层天线阵列1的天线阵元数目为8个，相应的多信道接收机3也由8路构成。天线阵列1利用多个位于空间不同位置的天线阵元对电磁信号进行空间采集以实现测向、侦收一体化的同频多信号接收，实施例采用自制的8对同频多信号的阵元均匀园阵天线阵形式制作。天线开关阵2其作用是根据需要选择不同的天线层或选择校零信号源4的输出。校零信号源4其作用是产生所需测向频率上的校准信号，通过天线开关阵2选择输入到多路信道接收机3的各个信道中，以校准信道的幅度和相位不一致性。频率综合器5用于提供多信道接收机3中的本振源频率信号，为了便于信道数目的扩展，本振源信号采用分路串接的方式，即第N-1个信道的本振源信号是由第N个信道的本振信号提供。多信道接收机3其作用是经三级混频后输出测向及侦收信号的低频信号。实施例中多信道接收机3的三个中频信号分别为1380MHz、21.4MHz、1.025MHz，三个本振源频率分别为1400至1880MHz、1401.4MHz、20.375MHz。即一中频、二中频信号均为本振源频率减去信号频率，而三中频信号为信号频率减去本振源频率，选择频谱正向放置。信道带宽为25kHz。由多信道接收机3各路最后一级中放输出的低中频信号输入带通信号采样器6进行数/模转换，把模拟信号转换为TTL数字信号输入主控处理器7进行测向与侦收处理。同时主控处理器7可提供对可控时延产生器9、频率综合器5、校零信号源4和多信道接收机3的控制，还通过双向并行通信接口及数据总线与监控计算机8连接，监控计算机8用于完成人机操作及通信等任务。实施例天线开关阵2、多信道接收机3、校零信号源4、频率综合器5、带通信号采样器6、主控处理器7、监控计算机8均仿照美国WJ-9010型传感阵列测向机中相应的电路制作。电源10提供各级工作电压，实施例采用通用直流电源线路自制而成。

本发明装置可控时延产生器9由译码器13、计数器11、锁存器12组成，计数器11和锁存器12均由1至N-1路构成。N为信道接收机3的最多路路数。实施例主控处理器7出端1脚输出采样时钟信号与各级计数器11入端1脚及带通信号采样器6入端1脚并联连接，用于各计数器11的复位，其中输入带通信号采样器6信道1的采样时钟是基准，其余各信道的采样时钟相对该基准进行所需的延迟。主控处理器7出端4脚输出计数器地址码信号输入译码器13，译码器13输出的计数器地址码信号控制各锁存器12控制端1脚，在锁存器12中锁存预置数据，使主控处理器7出端3脚输出的时延控制信号写入不同的锁存器12入端3脚中，各锁存器12出端2脚的输出至各计数器11的初值预置端4脚，主控处理器7出端2脚输出的高速计数时钟驱动计数器11进行计数，并根据锁存器12中的锁存数据进行相应的延迟，最后计数器11各输出端3脚输出的带有时延的采样时钟信号输入带通信号采样器6各相应的入端2至1-N脚，进行侦收所需的可控时延，再由主控处理器7对测向与侦收处理实现同频多信号的测向与接收。实施例计数器11采用市售CE1654型集成块制作。锁存器12采用市售CE100150型集成块制作。译码器13采用市售HS138型集成块制作。

本发明装置的安装结构如下：除天线阵列1外，其余各部件按图1、图2所示的线路连接并安装在5块长×宽为400×150毫米印制板，然后把各印制板分别安装在长×宽×高为450×150×50毫米的屏蔽盒内，再把所有的屏蔽盒安装在尺寸长×宽×高为505×438×173毫米机箱内，各屏蔽盒的各信号的出入端在屏蔽盒上安装电缆插座，屏蔽盒之间通过电缆插头及电缆线连接，电源10与各级相应电源连接。天线阵列1的各天线阵元安装在机箱附近的室外，通过电缆线与天线开关阵2连接，天线开关阵2各输入端在机箱的后面板上安装电缆插座与天线阵列1天线连接，组装成本发明装置。

Claims (3)

1.一种同频多信号测向与侦收的方法和装置，包括步骤：(1)以一阶带通采样定理中的采样时延理论为基础实现信道输出信号的移相控制；(2)利用基于传感阵列处理的测向技术对同频多信号测向；其特征在于还包括以下技术措施步骤：

(1)根据测向信道中的本振及中频频率选择采样信号频谱为正向放置或反向放置；

(2)根据信号频谱的正向或反向放置和所需测向、侦收的信号带宽，选择一阶带通采样频率；

(3)根据系统的侦收方向性图的精度要求选择可控时延的步进；

(4)利用基于传感阵列处理的测向技术对同频多信号进行测向，根据测向结果选择有用信号和干扰信号，按此计算可控采样时延单元的时延并进行控制；

(5)修正时延对信道一致性的影响继续进行测向；

(6)利用幅度加权求和形成所需形状的波束(方向性图)，并进行侦收处理及侦收。

2.根据权利要求1所述的一种同频多信号测向与侦收的方法和装置，由天线阵列(1)、天线开关阵(2)、多信道接收机(3)、校零信号源(4)、频率综合器(5)、带通信号采样器(6)、主控处理器(7)、监控计算机(8)、电源(10)组成，其特征在于多信道接收机(3)由3至30路构成，以及还由可控时延产生器(9)组成，其中天线阵列(1)的各天线阵元分别串接天线开关阵(2)的各开关后其出端1至30脚再分别串接3至30路的多信道接收机(3)入出端1脚、2脚后与带通信号采样器(6)入端1至30脚连接，带通信号采样器(6)出端32脚通过数据总线与主控处理器(7)入端1脚连接，主控处理器(7)出入端3脚通过双向数据总线与监控计算机(8)出入端连接、其出端2脚通过控制总线分别与天线开关阵(2)入端31脚、3至30路多信道接收机(3)各入端4脚、校零信号源(4)入端2脚、频率综合器(5)入端2脚及可控时延产生器(9)控制入端2脚并联连接，可控时延产生器(9)出端1脚通过控制总线与带通信号采样器(6)控制入端31脚连接，校零信号源(4)出端1脚与天线开关阵(2)入端32脚连接，电源(10)出端+V电压端与各级相应电源电压入端连接，频率综合器(5)出端1脚分别串联连接1至30路的多信道接收机(3)各入出端3脚、5脚。

3.根据权利要求1或2所述的一种同频多信号测向与侦收的方法和装置，其特征在于可控时延产生器(9)由译码器(13)、计数器(11)、锁存器(12)组成，其中计数器(11)和锁存器(12)均由1至N-1路构成，N为多信道接收机(3)的最多路路数，主控处理器(7)采样时钟出端1脚分别与1至N-1路计数器(11)各采样时钟入端1脚及带通信号采样器(6)采样时钟入端1脚并联连接，主控处理器(7)高速计数时钟出端2脚分别与1至N-1路计数器(11)各高速计数时钟入端2脚并联连接，主控处理器(7)时延控制出端3脚通过控制总线分别与1至N-1路锁存器(12)各时延控制入端3脚并联连接；主控处理器(7)计数器地址出端4脚通过控制总线与译码器(13)入端连接，译码器(13)的1至N-1路出端分别与1至N-1路锁存器(12)的各入端1脚连接，1至N-1路锁存器(12)各出端2脚分别通过数据总线与1至N-1路计数器(11)入端4脚连接，1至N-1路计数器(11)各采样时钟出端3脚分别与带通信号采样器(6)采样时钟入端2至N脚连接。