CN212571338U - 测向接收装置及测向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测向系统及其测向接收装置，其中，测向接收装置包括天线阵及有源接收机，所述天线阵包括多个双锥全向天线，所述多个双锥全向天线沿圆周均匀排布并限定出至少两种长度的测向基线，且用于在接收到来波信号时其中一个天线提供参考信号，其余天线提供干涉信号；所述有源接收机与所述天线阵连接，用于顺次选通干涉信号并将干涉信号与参考信号合路输出至信号处理装置中，以供信号处理装置计算并确定来波方向。本实用新型通过采用双锥全向天线作为天线阵的阵元，可以很大程度上缩小接收装置的尺寸、减小其重量，并且具有较大的带宽。

Description

测向接收装置及测向系统

技术领域

本实用新型涉及无线电测向技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种测向接收装置及测向系统。

背景技术

无线电测向是根据无线电磁波的传播性质，通过测向设备接收和计算出无线电磁波的波达方向。由于无线电测向属于无源工作，隐蔽性好，因而在通信领域占据重要地位。无线电测向仪基于测向原理的不同有振幅法测向、相位法测向、瓦特原理测向、多普勒测向、时差法测向以及相关干涉仪等方法。

干涉仪测向中，通过计算天线间的接收信号相位差来推算出信号的入射方向，原理简单明了，运算量较小，测向精度高。利用这种技术进行测向时，能够全方位测量出一个信号的方向。干涉仪测向体制中包括相位干涉仪测向、相关干涉仪测向两种。相位干涉仪测向为了可以确定来波方向，要求具有一致的幅相特性，特别是要求好的相位一致性，因而对硬件要求比较高，同时高频率处的信号测向易产生测向模糊。而相关干涉仪测向系统在全方位的范围内，对信号进行相关算法的运算，通过求得相关系数最大值来测量出信号的方向。相关干涉仪测向的优点是运算量小，测向处理速度快、精度高，通过信号的相位数据与样本库的数据作相关运算，解决相位干涉仪的问题，从而大大提高了测向准确度，而且不需要对天线的最小孔径进行限制，可以抵抗一定的波前失真，对极化误差不敏感。

测向天线系统包含天线阵元和有源接收机两部分：天线阵元包含若干个全向辐射单元，辐射单元通常由偶极子天线构成，由五个或八个阵元组成圆阵构成干涉仪天线阵列；有源接收机集成了电子罗盘、GPS定位模块以及射频衰减、移相开关网络。电子罗盘提供磁北方向，GPS模块提供当前天线所在坐标，射频接收模块能够对接收的阵列天线信号进行阵列运算和信号处理。相关干涉仪测向技术被广泛应用于军事通信定位、无线电频谱监测、电子对抗和国家安防等。

现有的相关干涉仪测向技术中，测向天线采用偶极子天线，偶极子天线带宽窄，尺寸大；偶极子天线宽带匹配较差，偏离中心频率较远时驻波接近全反射，为确保信号接收需采用天线与有源放大电路一体设计，技术较为复杂；测向天线内部结构尺寸较大，天线和有源电路部分使用大量金属材料导致重量较大。

实用新型内容

本实用新型的首要目的旨在提供一种尺寸小、重量轻的测向接收装置。

本实用新型的另一目的旨在提供一种应用上述测向接收装置的测向系统。

第一方面，本实用新型提供了一种测向接收装置，包括天线阵及有源接收机，所述天线阵包括多个双锥全向天线，所述多个双锥全向天线沿圆周均匀排布并限定出至少两种长度的测向基线，且用于在接收到雷达信号时其中一个天线提供一个参考信号，其余天线提供干涉信号；所述有源接收机与所述天线阵连接，用于接收天线阵的所述参考信号和干涉信号，并基于相关算法获得雷达信号的入射方向。

优选地，所述有源接收机包括依次连接的射频开关、移相器及合路器，用于提供参考信号的双锥全向天线与合路器的一个输入端口连接，用于提供干涉信号的其余双锥全向天线分别与射频开关的输入端口连接，射频开关的输出端口连接于移相器的输入端，移相器的输出端连接于合路器另一个输入端口，所述合路器的输出端口用于与信号处理装置电连接。

优选地，所述有源接收机还包括数控衰减器，其连接于移相器与合路器之间。

优选地，所述有源接收机设有与所述多个双锥全向天线一一对应的多个混频器，用于将各天线接收的信号下变频为中频信号输出。

优选地，所述双锥全向天线设有五个，所述射频开关为单刀四掷开关，所述移相器内设有移相开关，用于对四个干涉信号顺次提供0°、90°、180°、270°四种相位的移相。

优选地，所述有源接收机具有金属圆盘，所述金属圆盘内设空腔，所述射频开关、移相器和合路器均设于空腔内，五个所述双锥全向天线均布于所述金属圆盘顶端。

优选地，所述双锥全向天线通过金属波导固定于所述金属圆盘并与金属圆盘内的相应器件电连接。

优选地，所述合路器的输出端连接有功率放大器，所述功率放大器用于放大合路器输出的合路信号并提供到信号处理装置。

优选地，所述双锥全向天线包括上下相向设置的两个锥形辐射体，两个锥形辐射体之间通过波导组件馈电。

作为第二方面，本实用新型提供一种测向系统，包括多个上述测向接收装置，所述测向接收装置以预设间距沿车道线排布。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

1.本实用新型的测向接收装置中，通过采用双锥全向天线作为天线阵的阵元，可以很大程度上缩小测向接收装置的体积，并且减少金属材料的使用，可以减轻测向接收装置的重量。另外，采用双锥天线相对于现有测向接收装置采用偶极子天线的方案，具有更大的带宽，可以满足更大频率范围电磁波(即雷达信号)的来向检测。

2.本实用新型的测向接收装置中，通过设置金属圆盘将射频开关、移相器、合路器等器件收纳，并在圆盘顶端设置天线阵安装结构，采用波导实现有源接收机与天线阵的通信连接和机械固定，方便了天线阵与有源接收机的组装，使测向接收装置在应用过程中，可以实现整体安装，有利于减小安装和校准工序，节省时间。另外，通过金属波导进行信号传输，可以减小插入损耗，提高检测结果的准确度。

3.本实用新型的测向接收装置应用于道路网中构成一种测向系统，可以通过设置在车道线上不同位置的两个测向接收装置来进行车辆雷达信号的接收、测向，进而获得该车辆的空间位置，实现车辆在道路网中的定位。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例提供的一种测向接收装置的结构示意图，示出天线阵与有源接收机之间的装配关系；

图2为本实用新型实施例提供的一种测向接收装置的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的一种测向接收装置应用于道路网中构成测向系统的使用示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施例。虽然附图中显示了本实用新型的某些实施例，然而应当理解的是，本实用新型可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实用新型。应当理解的是，本实用新型的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实用新型的保护范围。

应当理解，本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

请结合图1和图2，作为第一方面，本实用新型涉及一种测向接收装置1000，适用于道路网中，用于接收来自车辆的雷达信号(例如车载电子设备的电磁波信号)并进行预处理后提供给信号处理装置(图未示，下同)，以供其计算、判定来波方向，即雷达信号的入射方向。本实用新型基于比相测角原理，通过计算天线间的接收信号的相位差来推算出信号的入射方向。具体为系统在全方位的范围内，对信号进行相关算法的运算，通过求得相关系数最大值来测量出信号的入射方向。

所述测向接收装置1000包括有源接收机200和固定于有源接收机200上并与其电连接的天线阵100。

所述有源接收机200包括金属圆盘(未标示，下同)，该金属圆盘内具有空腔，所述空腔(未示出，下同)内设有依次电连接的射频开关22、移相器23、数字衰减器24、合路器25和功率放大器26。

所述天线阵100由多个双锥全向天线11，例如五个或九个双锥全向天线11沿圆周均匀排布组成，多个双锥全向天线11限定出至少两种长度不同的测向基线，其中一个天线在使用时被配置于正北方向上，用作参考天线，用于在接收到雷达信号时为信号处理装置提供参考信号；其余天线用作干涉天线，用于在接收到来波信号时为信号处理装置提供干涉信号，以供信号处理装置基于相关算法计算出雷达信号的入射方向。其中，所述测向基线为两个天线之间的间距。

在一种实施方式中，所述金属圆盘直径为60mm，五个双锥全向天线11均匀分布于该金属圆盘的顶端，邻近天线的夹角(即一个天线与相邻两个天线之间的夹角)为72°，五个天线限定出两种长度的测向基线，其中短基线为相距最近的两个天线之间的间距，长基线为相距最远的两个天线单元的间距。在本实施方式中，短基线为30mm，长基线为58mm。

其中，所述参考天线与所述合路器25的一个输入端口电连接，四个所述干涉天线各自与一个单刀四掷的射频开关22的输入端连接，射频开关22的输出端与移相器23连接，移相器23经过数控衰减器24与合路器25的另一个输入端口连接，从而可将四个干涉天线的干涉信号顺次选通地与参考信号合路，进而输出到信号处理装置中，供其计算、分析并确定雷达信号的入射方向。其中，数字衰减器24用于调节该测向接收装置1000的动态范围。

所述移相器23具有移相开关，并可受控地提供0°、90°、180°和270°四种相位的移相量，从而可对每个干涉信号实现四个时隙的接收，使参考信号与干涉信号的合成分四个时隙进行，即在第一时隙，干涉信号直接(即移相0°)与参考信号合成；在第二时隙，干涉信号移相90°与参考信号合成；在第三时隙，干涉信号移相180°与参考信号合成；在第四时隙，干涉信号移相270°与参考信号合成。

另外，合路器25的输出端还连接有功率放大器26，以放大参考信号和干涉信号合路后的信号，满足信号处理装置的接收需求，保证检测结果的准确度。

由此，可以通过一个天线接收雷达信号并作为参考信号，其余天线的信号作为干涉信号，选通地、且各自按四个时隙与参考信号合路输出到信号处理装置中，供其处理，并将测量过程中得到的复值相位矢量与预存的数据库对比，找出最大相关数据，即可获得雷达信号的入射方向。

本实用新型的上述实施方式中，通过采用双锥全向天线11作为天线阵100的阵元，缩小了天线阵100的尺寸、减小重量，并扩大了带宽；另外，通过将天线阵100设置在有源接收机200的顶端，天线阵100与有源接收机200在空间上上下分布，减小了测向接收装置1000的水平尺寸。

较佳地，所述双锥全向天线11包括上下对置的两个锥形辐射体111、112，两个锥形辐射体111、112之间通过波导组件馈电。相对同轴电缆馈电而言，通过采用波导组件馈电，可以减小信号损耗，另外，可以节省成本。

进一步地，所述天线阵100与有源接收机200之间，通过金属波导300连接，方便天线阵100与有源接收机200的组装。具体地，所述天线阵100的双锥全向天线11通过金属波导300固定于所述金属圆盘上，并且双锥全向天线11通过金属波导300与金属圆盘内的相应器件电连接，即参考天线与合路器25电连接，干涉天线与射频开关22电连接。通过金属波导300实现天线阵100与有源接收机200的连接，既可以通过金属波导300对天线支撑，也能完成天线与有源接收机200内部对应器件的通信连接，节省了组装步骤，也减少同轴电缆的使用，节省成本并减轻重量。

优选地，所述有源接收机200还包括与天线阵100的双锥全向天线11一一对应的混频器21，所述混频器21为倍频次数为六次的混频器21，其本振信号频率范围约为12.6GHz～13.5GHz，用于将五路接收信号混频下变频至140MHz，然后送入合路器25进行合路。其中，与参考天线连接的混频器21直接连接到合路器25，与干涉天线连接的混频器21连接于射频开关22。

结合图3所示，作为第二方面，本实用新型提供一种由多个上述测向接收装置1000及信号处理装置构成的测向系统，其可以适用于道路网中，用于实现车辆在道路网上的定位。具体地，所述测向接收装置1000以预设间距设置在车道线2001处，比如埋设在车道线2001下，用于接收在道路2000上行驶的车辆上车载电子设备的雷达信号，进而判定车辆的空间位置。在本实施方式中，结合两个不同位置的测向接收装置1000的检测结果，即可计算获得车辆的位置。两个不同位置的测向接收装置1000为同一车道线2001上两个测向接收装置1000，或者不同车道线2001上的两个测向接收装置1000。

由于采用上述测向接收装置1000，该测向系统具有测向接收装置1000在车道线2001上整体安装，方便安装、节省时间的特点。另外，由于采用双锥全向天线11作为测向接收装置1000的天线阵元，带宽较宽，可以接收不同频段的雷达信号，可以满足多种电子设备雷达的测向需求，也即，本实用新型的测向系统不局限于道路网中车辆位置的定位。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (10)

1.一种测向接收装置，其特征在于，包括天线阵及有源接收机，所述天线阵包括多个双锥全向天线，所述多个双锥全向天线沿圆周均匀排布并限定出至少两种长度的测向基线，且用于在接收到雷达信号时其中一个天线提供参考信号，其余天线提供干涉信号；所述有源接收机与所述天线阵连接，用于顺次选通干涉信号并将干涉信号与参考信号合路输出至信号处理装置中，以供信号处理装置计算并确定雷达信号的入射方向。

2.根据权利要求1所述的测向接收装置，其特征在于，所述有源接收机包括依次连接的射频开关、移相器及合路器，用于提供参考信号的双锥全向天线与合路器的一个输入端口连接，用于提供干涉信号的其余双锥全向天线分别与射频开关的输入端口连接，射频开关的输出端口连接于移相器的输入端，移相器的输出端连接于合路器另一个输入端口，所述合路器的输出端口用于与信号处理装置电连接。

3.根据权利要求2所述的测向接收装置，其特征在于，所述有源接收机还包括数控衰减器，其连接于移相器与合路器之间。

4.根据权利要求2所述的测向接收装置，其特征在于，所述有源接收机设有与所述多个双锥全向天线一一对应的多个混频器，用于将各天线接收的信号下变频为中频信号输出。

5.根据权利要求2所述的测向接收装置，其特征在于，所述双锥全向天线设有五个，所述射频开关为单刀四掷开关，所述移相器内设有移相开关，用于对四个干涉信号顺次提供0°、90°、180°、270°四种相位的移相。

6.根据权利要求5所述的测向接收装置，其特征在于，所述有源接收机具有金属圆盘，所述金属圆盘内设空腔，所述射频开关、移相器和合路器均设于空腔内，五个所述双锥全向天线均布于所述金属圆盘顶端。

7.根据权利要求6所述的测向接收装置，其特征在于，所述双锥全向天线通过金属波导固定于所述金属圆盘并与金属圆盘内的相应器件电连接。

8.根据权利要求2所述的测向接收装置，其特征在于，所述合路器的输出端连接有功率放大器，所述功率放大器用于放大合路器输出的合路信号并提供到信号处理装置。

9.根据权利要求1所述的测向接收装置，其特征在于，所述双锥全向天线包括上下相向设置的两个锥形辐射体，两个锥形辐射体之间通过波导组件馈电。

10.一种测向系统，其特征在于，包括多个权利要求1至9任意一项所述的测向接收装置，所述测向接收装置以预设间距沿车道线排布。

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