CN102565755A - 利用所测频谱数据进行宽带无线电测向的方法 - Google Patents

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白宇军
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Abstract

本发明为利用所测频谱数据进行宽带无线电测向的方法，解决已有方法设备要求高，测向范围小的问题。在无线电频谱监测装置、定向天线、天线方位角测量装置、射频电缆、控制电缆、微处理器、显示器、存贮器构成的频谱监测***中，微处理器以计算机程序控制天线方位角测量装置和无线电频谱监测装置，微处理器将频率传输到无线电频谱监测装置，并控制定向天线转动若干次，每次从无线电频谱监测装置读取一组强度数据，与方位角一起存储，依次比较每个方位角上固定频点的强度数据，按照比幅测向算法，找出该频点上最大或最小强度数据的方位角，即为频点k的示向度。重复比较，一直计算出所有频点的示向度。

Description

利用所测频谱数据进行宽带无线电测向的方法
技术领域：
本发明与无线电监测技术有关，特别是与无线电测向方法有关。
背景技术：
随着无线电技术的迅猛发展，电磁环境越来越复杂，各种无线电干扰和无线电不明信号日益增多，宽带测向（即在比较宽的频率范围内同时对不同频率的信号进行的测向）得到了越来越广泛的应用。宽带测向多用FFT干涉仪体制实现。以无源天线单元实现的FFT干涉仪体制测向灵敏度低；以有源天线单元实现的FFT干涉仪体制测向灵敏度稍高，但容易出现虚假信号；此外，以FFT干涉仪实现的测向技术解决了实时带宽内的宽带多频测向，但不能摆脱实时带宽的限制。
2005年，西安电子科技大学张清理和李兵兵在《航空计算技术》第35卷第3期发表论文“利用频谱仪实现多信号测向”，提出了一种多信号测向的***，该技术采用台式计算机或笔记本电脑与频谱仪相接，采集扫频频谱数据，并使用固定架设的天线旋转装置取得天线方位角，可以根据需要在测试频段内任意调整15个典型信号的频点。该***缺陷在于不能兼容其他更多的无线电频谱监测装置，且只能用于固定架设。此外，***最多能够自动识别出15个典型信号的方位角和俯仰角信息，不具备对所测频段内全部信号同时测向的功能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种与多种无线电频谱监测装置兼容，操作方便，可同时对所测频率范围内的所有不同频率信号进行测向，测向灵敏度高的利用所测频谱数据进行宽带无线电测向的方法。
本发明是这样实现的：
本发明利用频谱数据进行宽带无线电测向的方法，***由无线电频谱监测装置、定向天线、天线方位角测量装置、射频电缆、控制电缆、微处理器、显示器、存贮器构成，定向天线与天线方位角测量装置固连，定向天线通过射频电缆与无线电频谱监测装置连接，天线方位角测量装置通过控制电缆与微处理器连接，无线电频谱监测装置通过控制电缆与微处理器连接，微处理器与显示器、存贮器连接，无线电频谱监测装置的强度数据数组长度为整数m，m为整数，代表m个频点，频率设为f，显宽设为s，强度门限设为H，定向天线每次转动的角度为△θ，
测向方法的步骤如下：
   （1）微处理器将频率f传输到无线电频谱监测装置，
   （2）定向天线转动n次，微处理器每次从天线方位角测量装置读取方位角aj，j=1～n，n=360/△θ取整数，定向天线每转动一次，从无线电频谱监测装置读取共m个强度数据hjk，k=1～m，与方位角aj一起作为一组数据存入存贮器，共存入n组数据，
（3）比较n组数据中频点为1的强度数据hj1，如果所有的hj1<H，则比较频点为2的强度数据hj2，以此类推，直到每组中同频点的强度数据至少有一个大于H为止，按照比幅测向算法,找出每组中同频点的强度数据最大或最小那一组的方位角aj,即为该频点的示向度θj，
（4）重复步骤（3），将n组数据中频点为1～m的强度数据hjk都比较完毕，找出符合步骤（3）中条件的所有频点的示向度。
***的频率范围为f1～f2,f1=f-S/2，f2=f+S/2,频点k的频率fk= f1+k*s/m，k=1～m，显示器显示频点k的示向度θj时同时显示该频点对应的频率fk。
本发明利用已有的FFT频谱和扫频频谱监测装置，和天线方位角测量装置结合，由微处理器控制采集数据，实现宽带无线电测向。所用设备简单，成本低，测向带宽可以很宽。本发明可利用无线电频谱监测装置的FFT频谱数据（含以FFT频谱进行逐频段拼接的数字扫频频谱，下同）和扫频频谱数据，同时对所测频率范围内的所有不同频率信号进行测向，比多信号测向能够测量更多的信号，只受无线电频谱监测装置和测向天线的带宽限制。此外，本发明能够实现信号带宽的识别。本发明是机械转动（人工或自动）定向天线比幅测向技术的发展，比干涉仪体制可以有更高的灵敏度。
具体实施方式：
本发明所涉及的无线电频谱监测装置是指能够测量无线电信号频谱的仪表、功能模块或无线电监测***，包括FFT频谱分析装置、有FFT频谱分析功能的监测接收装置（含以FFT频谱进行逐频段拼接的数字扫频接收装置，下同）、扫频频谱仪，本例中为DZR-15接收机。
本发明所涉及的天线方位角测量装置是指能够测量定向天线所指向的方位角的电子装置或机电一体化装置，包括电子罗盘、电磁角度计、电控云台（旋转器）。
微处理器可以是台式微型计算机、便携式微型计算机、笔记本电脑、掌上型电脑、板卡式微处理器、嵌入式微处理器。
无线电频谱监测***由频谱监测装置、定向天线、天线方位角测量装置、射频电缆、控制电缆、微处理器、显示器、存贮器构成，定向天线与天线方位角测量装置固连，定向天线通过射频电缆与无线电频谱监测装置连接，天线方位角测量装置通过控制电缆与微处理器连接，无线电频谱监测装置通过控制电缆与微处理器连接，微处理器与显示器、存贮器连接，如ZL201020557730.9或ZL200920081496.4中所描述的***连接方式。
微处理器以计算机程序控制天线方位角测量装置和无线电频谱监测装置，取回天线方位角数据和对应的频谱数据，执行数据存储，然后利用业已完成测量并记录的天线方位角数据和对应的频谱数据进行数据处理，在所记录的频谱范围进行宽带测向和显示。无线电频谱监测装置的无线电信号强度数据（表示频率-强度对应关系）数组长度为整数m，数组长度取决于监测接收装置，不同的监测接收装置，长度可能不一样。***频率设为f，显宽设为s，强度门限设为H，***的频率范围为f1～f2，f1=f-s/2，f2=f+s/2。定向天线每次转动等值的角度△θ。步骤如下：
（1）微处理器将频率f、显宽s传输到无线电频谱监测装置的控制接口（如成都点阵科技有限公司DZR-15接收机的网络控制口），在显示器中建立座标系，其横轴m长度由无线电频谱监测装置预设，表示无线电频率范围：f1～f2，f1=f-s/2，f2=f+s/2；纵轴高度表示无线电信号强度；
（2）定向天线转动n次（每次旋转角度△θ），每次微处理器从天线方位角测量装置读取方位角aj，j=1～n，n=360/△θ取整数，定向天线每转动一次，微处理器从无线电频谱监测装置读取一组无线电信号强度数据（固定长度的数组），长度为整数m，读取m个无线电信号强度数据hjk，k为1～m的整数。将m个无线电信号强度数据与方位角aj一起作为一组数据存入存贮器，存贮器中的每组数据有m 个hjk，一个aj，转动n次，存贮器中存入n组数据；
（3）比较n组数据中频点为1的强度数据hj1，如果所有的hj1<H，则认为该频率点上仅有噪声，无法得出示向度，继续比较频点为2的强度数据hj2，以此类推，直到每组中同频点的强度数据至少有一个大于H为止，按照比幅测向算法（如大音点算法、小音点算法、天线方向图拟合算法）计算该频点的示向度θj，选用大音点算法时计算结果θj为同频点的各角度无线电信号强度数据h1k,h2k,…hnk中最大值所对应的方位角度aj，选用小音点算法时计算结果θj为同频点的各角度无线电信号强度数据h1k,h2k,…hnk中最小值所对应的方位角度aj，天线方向图拟合算法（即点阵相关比幅测向算法）在2010年6月11日的“DZM-80便携式自动无线电监测测向***”科技成果鉴定会研制报告中已公开；
（4）重复步骤（3），将n组数据中频点为1～m的强度数据hjk都比较完毕，找出符合步骤（3）中条件的所有频点的示向度。显示器显示频点k的示向度θj时,同时显示该频点对应的频率fk，频点k的频率fk= f1+k*s/m，k=1～m。
就这样，微处理器利用频谱、角度数据，对每个频率点进行比幅测向计算，并将结果输出到显示器上，从而实现宽带频谱测向，即同时对所测频率范围内的所有不同频率信号进行测向。
本发明能够进一步实现信号带宽的识别。因为相邻的频率点，如果方位角一致，强度无突变，就可判断为同一个信号，这样就可实现信号带宽的识别。
本发明比背景技术中提到的多信号测向***具有更多的优势和先进性。本发明的兼容性更好，可与更多的无线电频谱监测装置相配接。且摆脱了台式机和笔记本电脑的限制，可使用嵌入式的微处理器，既可应用于固定架设的无线电测向***，也可应用于搬移式的无线电测向***。此外，本发明可同时对所测频率范围内的所有不同频率信号进行测向，比多信号测向能够测量更多的信号，并能够实现信号带宽的识别。

Claims (2)

1.利用频谱数据进行宽带无线电测向的方法，其特征在于***由无线电频谱监测装置、定向天线、天线方位角测量装置、射频电缆、控制电缆、微处理器、显示器、存贮器构成，定向天线与天线方位角测量装置固连，定向天线通过射频电缆与无线电频谱监测装置连接，天线方位角测量装置通过控制电缆与微处理器连接，无线电频谱监测装置通过控制电缆与微处理器连接，微处理器与显示器、存贮器连接，无线电频谱监测装置的强度数据数组长度为整数m，m为整数，代表m个频点，频率设为f，显宽设为s，强度门限设为H，定向天线每次转动的角度为△θ，
测向方法的步骤如下：
   （1）微处理器将频率f传输到无线电频谱监测装置，
   （2）定向天线转动n次，微处理器每次从天线方位角测量装置读取方位角aj，j=1～n，n=360/△θ取整数，定向天线每转动一次，从无线电频谱监测装置读取共m个强度数据hjk，k=1～m，与方位角aj一起作为一组数据存入存贮器，共存入n组数据，
（3）比较n组数据中频点为1的强度数据hj1，如果所有的hj1<H，则比较频点为2的强度数据hj2，以此类推，直到每组中同频点的强度数据至少有一个大于H为止，按照比幅测向算法,找出每组中同频点的强度数据最大或最小那一组的方位角aj,即为该频点的示向度θj，
（4）重复步骤（3），将n组数据中频点为1～m的强度数据hjk都比较完毕，找出符合步骤（3）中条件的所有频点的示向度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于***的频率范围为f1～f2，f1=f-S/2，f2=f+S/2，频点k的频率fk= f1+k*s/m，k=1～m，显示器显示频点k的示向度θj时同时显示该频点对应的频率fk。
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