專利名稱：測向裝置及其測向方法
測向裝置及其測向方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信領域，特別涉及一種測向裝置及其測向方法。背景技術：
目前， 一般的導4元、定位方式是利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，包括美國的全球定位
系統(tǒng)(Global Position System, GPS)、俄羅斯的全球導4元衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GLONASS)和歐洲空間局的導航通信衛(wèi)星(Navigation Communication Satellites, NAVSAT)系統(tǒng)。
在軍事作戰(zhàn)領域中，國外空降部隊的戰(zhàn)術集結主要應用一種集成GPS接收 機的手持對講機。該手持對講機不區(qū)分指揮員和普通隊員，而可以將隊員的位 置數(shù)據(jù)彼此傳送，從而實現(xiàn)對等定位，定位精度也很高。同時，該手持對講機 還可以預裝電子地圖，其定位信息的顯示非常直觀。該手持對講機的單臺零售 價格在2500-3000元人民幣之間。其次，該手持對講機的工作頻率為400MHz 頻段，實際使用結果顯示這個頻段電波的繞射能力較差，在山地、密集建筑區(qū)、 森林等惡劣地形地貌通信距離很短(約lkm),這個距離對美、俄等軍是可以接 受的，但達不到我軍的訓練要求。要求的通信距離是由空降分散范圍決定的， 而這個范圍又是由空降高度決定的，我軍目前的空降高度為800 m~ 1000m之 間，美、俄等軍的空降高度為500m，使得我軍空降分散范圍比美、俄等軍大l 倍，從而要求集結通信系統(tǒng)的通信距離遠1倍。另外，該手持對講機使用時沒 有中心指揮臺，因此大量隊員發(fā)送定位數(shù)據(jù)需要人工協(xié)調，操作時間長。這種 手持對講機除用于軍事集結之外，更廣泛用于一般野外作業(yè)、緊急事件救援、 團隊旅游探險等活動。
但在特殊情況下，上述GPS等定位系統(tǒng)可能被控制而不能被使用，即使我 國自行建立的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其信號在敏感地區(qū)也有可能被強力千擾而變得不 能使用，主要因為衛(wèi)星信號頻率是公開的，沒有通信對抗能力。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術在衛(wèi)星定位系統(tǒng)不可用的條件下無法實現(xiàn)定位的問題， 本發(fā)明提供一種繞射能力較好，通信距離較遠的測向裝置及其測向方法。
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術的問題，所采用的技術方案是提供一種測向裝置，用 于接收中心控制裝置不間斷地發(fā)射無線電信號，其中，該測向裝置包括兩個互
相對稱的該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元、與該第一射頻接收單元和 第二射頻接收單元分別連接的第一天線和第二天線、頻率合成器、本振電路及 基帶信號處理單元和控制單元、該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元經(jīng)由 該第一天線和第二天線接收到的信號處理后，提供給頻率合成器、本振電路和 基帶信號處理單元處理，經(jīng)處理后的信號提供給該控制單元，該控制單元根據(jù) 該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元的場強信號計算出該中心控制裝置與 測向裝置之間的方向角度。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是該第 一天線和第二天線為環(huán)形天線。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是該第一天線和第二天線正交垂直分布以 拾取地平面兩個垂直方向的場強分量。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是該測向裝置包括與該頻率合成器、本振 電路和基帶信號處理單元連接的射頻發(fā)射單元和發(fā)射天線，該測向裝置的響應 信息可通過該射頻發(fā)射單元和發(fā)射天線發(fā)射給該中心控制裝置。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是該第 一射頻接收單元和第二射頻接收單 元的場強比值的反正切函數(shù)值是該中心控制裝置和測向裝置之間的角度。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是該測向裝置中包括GPS接收模塊，通過 GPS接收中心控制裝置的信息指令。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是該控制單元是DSP或單片機。
本發(fā)明測向裝置的進一步改進是包括與該控制單元連接的液晶顯示器， 用于顯示該中心控制裝置與測向裝置之間的方向角度和接收信號場強。
一種測向方法，其包括采用兩個射頻接收單元接收由中心控制裝置發(fā)射 的無線電信號，根據(jù)該兩個射頻接收單元接收信號的場強比值的反正切函數(shù)值 是來波方向角度。
本發(fā)明測向方法的進一步改進是兩個射頻接收單元接收的信號是通過兩 個正交垂直安裝的環(huán)形天線以拾取地平面兩個垂直方向的場強命量而獲得。 相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明測向裝置的有益效果是測向裝置根據(jù)接收到的
不同的場強信號測算出與中心控制裝置之間的角度，從而使采用測向裝置的空 降兵迅速集結到中心控制裝置指定的區(qū)域，因此本發(fā)明綜合應用多項移動通信
領域的前沿技術，解決大傳播損耗條件下的通信與測向問題，在沒有GPS等定
位系統(tǒng)的情況下仍能夠實現(xiàn)空降兵的迅速集結，本發(fā)明綜合應用多項移動通信 領域的前沿技術，解決大傳播損耗條件下的通信與測向問題，因此為國防事業(yè) 所急需，若應用于軍隊中將提高我軍空降作戰(zhàn)的安全保障水平與快速反應能力， 從而大大提高我軍空降部隊的戰(zhàn)斗力。能工作于森林、山區(qū)、丘陵地和城區(qū)等 各種地形地貌，并適應雨天、霧天、下雪天等各種天候，同時適于隨身攜帶。

圖1是空降兵集結通信系統(tǒng)結構示意圖； 圖2是本發(fā)明測向裝置結構示意圖； 圖3是圖2中各個模塊單元的內(nèi)部電路結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一 步說明。
請一起參考圖1和圖2,圖1是空降兵集結通信系統(tǒng)結構示意圖；圖2是本 發(fā)明測向裝置結構示意圖。該空降兵集結通信系統(tǒng)100包括中心控制裝置1和 50- 100個測向裝置2,該中心控制裝置1不間斷地發(fā)射無線電信號供給該測向 裝置2，該測向裝置2根據(jù)接收到的無線電信號，用以測定中心控制裝置1與該 測向裝置2之間的方向角度，同時該中心控制裝置1向該測向裝置2下達指令。
該測向裝置2用以接收該中心控制裝置1的信號，其包括控制單元20、第 一射頻接收單元21、與該第一射頻接收單元21對稱的第二射頻接收單元22、 與該第一射頻接收單元21連接的第一接收天線23、與該第二射頻接收單元22 連接的第二接收天線24、頻率合成器、本振電路和基帶信號處理單元25、射頻 發(fā)射單元27和發(fā)射天線28。
該第一接收天線23和第二接收天線24分別為環(huán)形天線且正交垂直安裝以 拾取地平面兩個垂直方向的場強分量。該第一射頻接收單元21通過從第一接收 天線23接收的信號，解調出基帶信號和第一場強指示信號，然后傳遞給頻率合 成器、本振電路和基帶信號處理單元25,該第二射頻接收單元22的電路與該第 一射頻接收單元21完全對稱，并從第二接收天線24接收的信號，解調出基帶
信號和第二場強指示信號，然后傳遞給頻率合成器、本振電路和基帶信號處理
單元25，頻率合成器和本振電路提供該第一射頻接收單元21和該第二射頻接收 單元22所需^^'的全部本振及發(fā)射栽波，通過該控制單元20處理計算得到來波 方向角數(shù)據(jù)和該中心控制裝置l發(fā)送的調制數(shù)據(jù)。該控制單元20具有以下三大 功能a.數(shù)字信號處理，以實現(xiàn)比特恢復、比特同步、定時恢復、場強檢測、 發(fā)散角計算及與目標發(fā)射機的通信；b.提供人機對話界面，通過鍵盤和液晶顯 示屏來實現(xiàn)；c.電源控制、頻率的控制以及對電源電量不足等情況進行提前預 警等其他控制功能。該控制單元20可用DSP或單片機來實現(xiàn)，如ATMEGA16 等。該測向裝置2響應信號可通過射頻發(fā)射單元27調制后，經(jīng)發(fā)射天線28發(fā) 送給該中心控制裝置l。其中，該第一射頻接收單元21和第二射頻接收單元22 的場強比值的反正切函數(shù)值是來波方向角，即該中心控制裝置1和測向裝置2 之間的角度。為減小該第一接收天線23和第二接收天線24的方向受周圍環(huán)境 影響，以達到測向精度要求，其尺寸要足夠小。為達到較高的接收性能，該第 一射頻接收單元21和第二射頻接收單元22的低噪聲放大器應比普通調頻電臺 的接收靈敏度提高10dB以上，該控制單元20采用數(shù)字信號處理(DSP)實現(xiàn) 最佳接收，再進行前向糾錯譯碼，最佳接收和糾錯編碼技術各為該第一射頻接 收單元21和第二射頻接收單元22貢獻約15dB的靈敏度增益。該測向裝置2的
請參考圖3，是圖2中各個模塊的內(nèi)部電路結構示意圖
表示濾波
與阻抗變換電路
DEM
表示低噪聲放大器(LNA),②表示混頻器， 表示解調與場強檢測電路，該第一射頻接收單元21和該第二射頻接收單元22 包括濾波與阻抗變換電路，低噪聲放大器，混頻器，解調與場強檢測電路(DEM )， 其中，低噪聲放大器具有低噪聲前置放大功能和自動增益調節(jié)功能，低噪聲放 大功能保證接收機有較高的接收靈敏度(集結半徑在5km時，優(yōu)于-110dbm), 自動增益調節(jié)功能保證在不同收發(fā)距離與電波覆蓋條件下，低噪聲放大器的輸 出電平落在場強檢測電路的線性范圍內(nèi)，自動增益調節(jié)提供的動態(tài)范圍應大于 20dB;解調與場強檢測電路將已調信號恢復成基帶信號，該基帶信號經(jīng)交流放 大后再進行A/D轉換，轉換成數(shù)字信號送給該控制單元20進行數(shù)據(jù)恢復，該控 制單元20的最佳接收算法將接收靈敏度提高約15dB,場強檢測電路將低噪聲放
大器的輸出信號電平轉換成與該電平的對數(shù)成正比的電流，再經(jīng)過直流放大器
轉換成直流電壓，送給該控制單元20進行采樣、濾波，該控制單元20根據(jù)該 第一射頻接收單元21和該第二射頻接收單元22中接收通道的場強信號計算出 發(fā)散角，以直觀形式在液晶顯示屏上顯示出來。其中頻率合成器、解調、場強 檢測電路可采用現(xiàn)有的集成電路實現(xiàn)，如Mortorola的MC3362芯片等。測向裝 置2中還可嵌入一個GPS接收模塊，以便在GPS可用時取得較精確的定位精度。 測向裝置2應盡量縮小體積與重量，以適合手持使用并便于移動。
該空降兵集結通信系統(tǒng)100的工作頻率范圍是50MHz 150MHz。其中，該 中心控制裝置1與測向裝置2的最長通信距離可以達到5km,具有保密功能和 很強的抗干擾能力，以符合通信對抗的要求。該空降兵集結通信系統(tǒng)100發(fā)射 信號頻譜符合無線發(fā)射設備的相關國家標準與行業(yè)標準。該中心控制裝置1的 技術指標是發(fā)射的無線電信號傳輸最大距離5km;發(fā)射功率《2W;頻率 穩(wěn)定度《20ppm或1.5kHz;諧波輻射、鄰道干擾《-40dBc;電池電壓: 7.2V,4Ah;調制方式FM，帶寬16kHz;識別口令>30位，數(shù)據(jù)加密；信道 數(shù)不小亍20且信道間隔是25kHz。該中心控制裝置1可以制成背負式或便攜式 的，以支持用適當?shù)陌l(fā)射功率進行較長時間的發(fā)射。測向裝置2的接收靈敏度 < -120dBm,誤比特(譯碼后)《l(T4，指令差錯率《10"1;定向精度(不使用 GPS):《10° ;電池電壓7.2V， 1000mAh。
本發(fā)明在民用領域也具有巨大的應用前景，如公安、森林消防、地質資源 勘探、導游等行業(yè)都有巨大的應用。在此類場合，可不考慮禁用GPS的情況， 在中心臺和測向裝置中可用GPS接收模塊替換本項目中專門研制的定向模塊， 而利用設備的通信與指示功能，可實現(xiàn)精確的定位和更快捷的集結。
相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明測向裝置2根據(jù)接收到的不同的場強信號測算出 與中心控制裝置1之間的角度，從而使采用測向裝置2的空降兵迅速集結到中 心控制裝置1指定的區(qū)域，因此本發(fā)明綜合應用多項移動通信領域的前沿技術， 解決大傳播損耗條件下的通信與測向問題。高性能接收機技術方面，通過研制 新的低噪聲接收電路、用DSP實現(xiàn)的最佳接收算法和糾錯編碼等技術使靈敏度 比目前對講機提高40dB左右。在小型化方面，通過優(yōu)化單元電路、盡量使用 DSP算法取代部分硬件電路等措施，使電路規(guī)模比目前對講機減少20 ~ 30% 。
根據(jù)本發(fā)明還可進一步開發(fā)出其它的小型化、節(jié)能、遠距離的專用移動通信產(chǎn) 品。按某特殊部門提供的信息，每年空降訓練約需要2萬臺(按測向裝置計)，陸軍偵察需要約5萬臺。該部門預計每部測向裝置可接受的零售價格約為3500 元人民幣。這樣，目前軍用場合每年存在約2.5億元的市場容量。更為重要的是, 本發(fā)明將為提高我軍的快速反應能力做出貢獻，其社會效益非常顯著。將發(fā)明 的測向裝置的測向模塊用GPS模塊代替，用于民用集結場合如公安、緊急事件 救援、地質資源勘探、導游等行業(yè)，則設備可以大大簡化，每年銷售可達數(shù)百 萬臺，銷售額可達數(shù)十億元。按目前GPS接收模塊的價格估計，這種產(chǎn)品的造 價完全可被市場接受。由于潛在應用領域多，因此市場前景非常廣闊。本發(fā)明 所研制的設備因使用環(huán)境特殊，對小型化、節(jié)能、接收機靈敏度等方面的技術 指標有很高的要求，將可能大大超過目前專用移動通信設備的技術指標(公用 移動通信設備如蜂窩電話手持機因全球制造商投入了巨額開發(fā)費用已在上述方 面做得比較理想)。
上述的詳細描述僅是示范性描述，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明所保護 的范圍和精神的情況下，可根據(jù)不同的實際需要設計出各種實施方式。
權利要求
1. 一種測向裝置，用于接收中心控制裝置不間斷地發(fā)射無線電信號，其特征在于該測向裝置包括兩個互相對稱的該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元、與該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元分別連接的第一天線和第二天線、頻率合成器、本振電路及基帶信號處理單元和控制單元、該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元經(jīng)由該第一天線和第二天線接收到的信號處理后，提供給頻率合成器、本振電路和基帶信號處理單元處理，經(jīng)處理后的信號提供給該控制單元，該控制單元根據(jù)該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元的場強信號計算出該中心控制裝置與測向裝置之間的方向角度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的測向裝置，其特征在于該第一天線和第二天線 為環(huán)形天線。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的測向裝置，其特征在于該第一天線和第二 天線正交垂直分布以拾取地平面兩個垂直方向的場強分量。
4. 根據(jù)權利要求1所述的測向裝置，其特征在于該測向裝置包括與該頻 率合成器、本振電路和基帶信號處理單元連接的射頻發(fā)射單元和發(fā)射天線，該 測向裝置的響應信息可通過該射頻發(fā)射單元和發(fā)射天線發(fā)射給該中心控制裝 置。
5. 根據(jù)權利要求1所述的測向裝置，其特征在于該第一射頻接收單元和 第二射頻接收單元的場強比值的反正切函數(shù)值是該中心控制裝置和測向裝置之 間的角度。
6. 根據(jù)權利要求1所述的測向裝置，其特征在于該測向裝置中包括GPS 接收模塊，通過GPS接收中心控制裝置的信息指令。
7. 根據(jù)權利要求1所述的測向裝置，其特征在于該控制單元是DSP或單片機。
8. 根據(jù)權利要求1所述的測向裝置，其特征在于包括與該控制單元連接 的液晶顯示器，用于顯示該中心控制裝置與測向裝置之間的方向角度和接收信 號場強。
9. 一種測向方法，其特征在于包括采用兩個射頻接收單元接收由中心控 制裝置發(fā)射的無線電信號，根據(jù)該兩個射頻接收單元接收信號的場強比值的反 正切函數(shù)值是來波方向角度。
10.根據(jù)權利要求9所述的測向方法，其特征在于兩個射頻接收單元接收 的信號是通過兩個正交垂直安裝的環(huán)形天線以拾取地平面兩個垂直方向的場強 分量而獲得。
全文摘要
一種測向裝置，用于接收中心控制裝置不間斷地發(fā)射無線電信號，其中，該測向裝置包括兩個互相對稱的該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元、與該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元分別連接的第一天線和第二天線、頻率合成器、本振電路及基帶信號處理單元和控制單元、該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元經(jīng)由該第一天線和第二天線接收到的信號處理后，提供給頻率合成器、本振電路和基帶信號處理單元處理，經(jīng)處理后的信號提供給該控制單元，該控制單元根據(jù)該第一射頻接收單元和第二射頻接收單元的場強信號計算出該中心控制裝置與測向裝置之間的方向角度。本發(fā)明在沒有衛(wèi)星定位系統(tǒng)的情況下可實現(xiàn)遠距離定位及方向測量，測量精度高、繞射能力強。本發(fā)明還提供一種測向方法。
文檔編號G01S3/14GK101206257SQ20061015759
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權日2006年12月20日
發(fā)明者夏繼媛, 胡啟龍 申請人:深圳職業(yè)技術學院