專利名稱：雙制式的便攜式無線電測向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)測非法無線電信號的電子裝置，確切地說，涉及一種使用調(diào)頻(FM)頻段監(jiān)測非法無線電信號的雙制式的便攜式無線電測向裝置，其具有比幅式測向和干涉式測向的雙重功能，能夠協(xié)同大型監(jiān)測站完成非法信號的監(jiān)測，屬于無線電測向設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。。
背景技術(shù)：
無線電信號是一種電磁波，它早已存在于自然界中，當(dāng)人類開始掌握使用這種電磁波的方法后，生活發(fā)生了翻天覆地的變化。最早將無線電應(yīng)用于通信的是意大利人馬可尼，他用電磁波進(jìn)行了約2公里距離的無線電通訊實(shí)驗(yàn)，并獲得成功。這個方式極大地加快了信息傳播的速度；但同時也引入了一些新的問題。隨著科技的發(fā)展，有限的頻譜資源與日益增長的頻譜需求之間產(chǎn)生矛盾，信息的高效傳播也與信息的安全性產(chǎn)生矛盾。圍繞這一`系列問題，衍生出了當(dāng)代許多新興學(xué)科，如通信工程、信息安全、電磁場與微波等等。在這些學(xué)科的基礎(chǔ)上，有一門特別的學(xué)科，它起源于二戰(zhàn)時期，首次應(yīng)用于戰(zhàn)爭便突顯出其重要作用，成功地幫助德國完成其對英國倫敦電臺的定位轟炸，這門學(xué)科就是無線電測向。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，在軍事上，無線電測向逐漸延伸為電子對抗的一個重要分支。另一方面，國家就該學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展成立了專門的政府職能部門，用于規(guī)范管理無線電頻譜資源與電磁環(huán)境。無線電測向還是國際上一項(xiàng)非常普及和受到廣泛歡迎的競技體育運(yùn)動。時至今日，該運(yùn)動仍然有許多測向愛好者不斷參與。隨著無線電技術(shù)的不斷發(fā)展與普及，無線電元器件及其設(shè)備成本的不斷降低，一些單位和個人在沒有到無線電管理部門依法進(jìn)行登記并獲取合法的電臺執(zhí)照的前提下，就擅自使用無線電的收發(fā)設(shè)備。這種非法使用無線電臺和無線電頻率的行為對公共電磁環(huán)境造成了極壞的影響。由于這種現(xiàn)象時常不斷地發(fā)生，使得正常電臺常常受到嚴(yán)重干擾，非法電臺的使用還會對城市建設(shè)造成很大的危害。為了經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展和社會的長治久安，查處和取締這些非法電臺已經(jīng)成為當(dāng)前許多城市建設(shè)中的一項(xiàng)十分迫切，艱巨而重要的工作。調(diào)頻(FM)廣播是城市、郊區(qū)和農(nóng)村中傳播信息的一種重要傳播渠道，它的收發(fā)裝置結(jié)構(gòu)簡單，所需的元器件少，覆蓋范圍廣，抗干擾性強(qiáng)，傳播效果好，因此在國內(nèi)許多地區(qū)獲得了廣泛的應(yīng)用。但同時也因?yàn)槠浼夹g(shù)簡單，設(shè)備簡便的特點(diǎn)，滋生了大量的非法電臺，嚴(yán)重干擾了合法FM電臺的正常工作。為了有效解決這種現(xiàn)象，各地的無線電監(jiān)測部門建有大型監(jiān)測臺站，用于加強(qiáng)無線電的監(jiān)管力度。然而，大型監(jiān)測臺站只能定位非法電臺的疑似區(qū)域，若要抵近作業(yè)并精確尋找到非法電臺，往往需要配合使用便攜式測向裝置?，F(xiàn)在，市場上能夠偶爾看到的、正在使用的便攜式測向設(shè)備大都是基于抵近作業(yè)而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的?？傊谕瓿刹檎覠o線電干擾源的作業(yè)中，必需使用固定測向臺站或車載移動站等設(shè)備先行確定大致的方位或區(qū)域，然后再用便攜式設(shè)備抵近干擾源。因而這些設(shè)備在一定程度上還難以獨(dú)立使用。
實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種雙制式的便攜式無線電測向裝置，該裝置兼顧固定監(jiān)測臺站和便攜式測向裝置兩種不同設(shè)備的功能，即其具有一機(jī)兩制將遠(yuǎn)距離干涉測向和近距離比幅測向的兩種測向性能集于一體，結(jié)構(gòu)新穎，功能齊全；該裝置同時支持單機(jī)定位和聯(lián)機(jī)定位兩種定位模式，充分利用PC機(jī)和現(xiàn)代通信技術(shù)，再加載GIS和地圖等相應(yīng)模塊，采用圖形界面進(jìn)行人機(jī)交互，能夠方便地實(shí)現(xiàn)無線電測向的各種功能，并直觀地顯示測向結(jié)果。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種雙制式的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述裝置是由下述順序連接的三個部件天線、下位控制機(jī)和上位PC機(jī)所組成，所述天線使用同軸電纜連接下位控制機(jī)，下位控制機(jī)通過計(jì)算機(jī)總線連接上位PC機(jī)；其中， 天線包括用于幅度比較式測向的定向天線，由4個天線組成的、用于干涉式測向的天線陣列，短信收發(fā)天線，地理位置定位天線和用于測向天線的切換選擇并將其連接至雙通道射頻前端接收電路的電子開關(guān)電路；作為控制主體的下位控制機(jī)設(shè)有對天線接收信號進(jìn)行放大、整形、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換的雙通道射頻前端接收電路，用于聽取是否為非法電臺的收音機(jī)電路，由短信收發(fā)電路、用于低速或靜態(tài)時確定天線陣列基準(zhǔn)方位的電子羅盤電路和全球定位系統(tǒng)GPS (GlobalPositioning System)、北斗定位系統(tǒng)或其他地理位置定位電路組成的外圍電路,完成外圍電路的短信收發(fā)、地理位置定位和電子羅盤電路的通信、并與上位PC機(jī)交互通信的接口電路，以及采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA (Field — Programmable Gate Array)構(gòu)成的協(xié)調(diào)、管控整個下位控制機(jī)的控制邏輯電路；上位PC機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)，設(shè)有人機(jī)交互的圖形界面、地理信息系統(tǒng)GIS(Geographic Information System)定位處理模塊和數(shù)字地圖，與下位控制機(jī)交互的通信接口，用于支持單機(jī)和/或聯(lián)機(jī)定位兩種測向定位模式的數(shù)據(jù)與通信處理模塊和無線電測向定位模塊。所述干涉式測向的天線陣列設(shè)有規(guī)格、結(jié)構(gòu)都相同的4個天線，且每個天線之間保持平行與等高；該干涉式天線陣列與下位控制機(jī)之間采用雙通道連接，利用電子開關(guān)電路按照設(shè)定邏輯關(guān)系切換選擇4個天線的接收信號傳送至雙通道接收電路；所述幅度比較式定向天線與下位控制機(jī)之間采用單通道連接。所述下位控制機(jī)中的雙通道射頻前端接收電路設(shè)有產(chǎn)生本振信號的數(shù)字頻率合成器DDS (Direct Digital Synthesizer)、射頻通路上的自動增益控制電路AGCXAutomaticGeneration Control)、用于濾除帶外干擾的濾波器、用于減少射頻通路的噪聲系數(shù)的低噪聲放大器和用于把信號下變頻到中頻的混頻器。所述FPGA控制邏輯電路的功能包括控制射頻前端接收電路，接收和處理獲得的GPS或其他地理位置定位數(shù)據(jù)和電子羅盤數(shù)據(jù)，控制產(chǎn)生本振信號的DDS信號源，控制收音機(jī)電路，完成收發(fā)短信，與上位PC機(jī)交互接收上位PC機(jī)指令并傳送給下位控制機(jī)的相應(yīng)電路，把天線接收信號進(jìn)行放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，傳送給上位PC機(jī)。所述短信收發(fā)電路包括2G、3G或4G的短信收發(fā)電路。[0016]所述接口電路采用USB接口，該接口電路把包括射頻前端接收電路，F(xiàn)PGA控制邏輯電路和位置定位電路的各種信號組合在一起，利用一個統(tǒng)一的USB接口實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的交互通信。本實(shí)用新型雙制式的便攜式無線電測向裝置用于調(diào)頻(FM)無線信號的測向，不僅能實(shí)現(xiàn)單機(jī)獨(dú)立測向，還能實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)機(jī)測向。該裝置采用相關(guān)干涉式與幅度比較式兩種算法相配合的方式進(jìn)行無線信號的測向，再配合地理信息系統(tǒng)GIS處理定位模塊，將測向和定位結(jié)果以圖形化形式顯示在電子地圖上，使得測向結(jié)果直觀、簡明。本實(shí)用新型支持兩種定位模式一種是單機(jī)定位模式每臺本實(shí)用新型裝置利用在不同地點(diǎn)的多次測量結(jié)果，在GIS上形成測向線，最終繪制出交匯區(qū)域。該方式只需單機(jī)工作，但是測量時間較長，適合監(jiān)測長期發(fā)射的電臺。另一種是聯(lián)機(jī)定位模式多臺本實(shí)用新型測向裝置分別在不同地點(diǎn)同時進(jìn)行測量，并將各自測量結(jié)果通過短信形式進(jìn)行交互而告知其他測向裝置，這樣每臺測向裝置都能繪制出測量結(jié)果。該模式所需的測量時間短，能 夠快速定位非法信號源，但需多機(jī)同時工作，適合監(jiān)測間歇工作的電臺。本實(shí)用新型的優(yōu)勢是兼顧固定監(jiān)測站和便攜式測向裝置兩種設(shè)備的性能，不僅能夠使用干涉式測向?qū)h(yuǎn)距離發(fā)射源進(jìn)行快速定位；而且，即使在城市等電磁環(huán)境極其復(fù)雜的地方，也可以使用幅度比較式進(jìn)行近距離精確測向定位，而兩種測向方式的轉(zhuǎn)換僅僅只需要切換天線即可，非常簡便。與固定臺站、車載移動站等測向設(shè)備相比較，該裝置重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡單、新穎，特別適合便攜；而且功耗小，成本低，功能齊全，具有很好的推廣應(yīng)用前景?？傊?，本實(shí)用新型的研制成功和推廣應(yīng)用，能大大提高中國的城鄉(xiāng)惡意廣播源的搜索能力，有利于凈化空間電磁環(huán)境，促進(jìn)城市與農(nóng)村建設(shè)的健康發(fā)展。

圖1是本實(shí)用新型雙制式的便攜式無線電測向裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是本實(shí)用新型雙制式的便攜式無線電測向裝置的聯(lián)機(jī)測試實(shí)施例的仿真試驗(yàn)結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更清楚的介紹本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，工作原理及特點(diǎn)，下面以兩個附圖來對本裝置作進(jìn)一步的闡述。參見圖1，介紹本實(shí)用新型雙制式的便攜式無線電測向裝置的結(jié)構(gòu)組成該裝置設(shè)有下述順序連接的三個部件天線，用同軸電纜與天線連接的下位控制機(jī)，以及通過計(jì)算機(jī)總線和下位控制機(jī)連接的上位PC機(jī)。下面分別介紹這三個部件天線部分，設(shè)有用于幅度比較式測向的定向天線，用于干涉式測向的天線陣列(其由規(guī)格和結(jié)構(gòu)都相同、且每個天線之間保持平行與等高的4個天線所構(gòu)成)，短信收發(fā)天線和地理位置定位天線共四種；其中，幅度比較式定向天線與下位控制機(jī)之間采用單通道連接，干涉式天線陣列與下位控制機(jī)之間采用雙通道連接，天線部分的電子開關(guān)電路就是用于按照設(shè)定邏輯關(guān)系切換選擇4個天線的接收信號，以便將其連接至雙通道射頻前端接收電路。[0026]下位控制機(jī)，其為該裝置的關(guān)鍵部件，設(shè)有對天線接收信號進(jìn)行放大、整形、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換的雙通道射頻前端接收電路，用于聽取是否為非法電臺和配合上位PC機(jī)執(zhí)行FM全頻段電臺的掃描功能的收音機(jī)電路(其輸入端是幅度比較式定向天線和輸出端連接揚(yáng)聲器或耳機(jī))，由2G、3G和/或4G的短信收發(fā)電路、用于低速或靜態(tài)時確定天線陣列基準(zhǔn)方位的電子羅盤電路和全球定位系統(tǒng)GPS、北斗定位系統(tǒng)或其他地理位置定位電路組成的外圍電路，完成外圍電路的短信收發(fā)、地理位置定位和電子羅盤電路的通信、并與上位PC機(jī)交互通信的接口電路，以及采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA構(gòu)成的協(xié)調(diào)、管控整個下位控制機(jī)和完成信息交互和緩存的控制邏輯電路。其中每個射頻前端接收電路設(shè)有產(chǎn)生本振信號的數(shù)字頻率合成器DDS、射頻通路上的自動增益控制電路AGC、用于濾除帶外干擾的濾波器、用于減少射頻通路的噪聲系數(shù)的低噪聲放大器和用于把信號下變頻到中頻的混頻器。FPGA控制邏輯電路的功能包括控制射頻前端接收電路，接收和處理獲得的GPS或其他地理位置定位數(shù)據(jù)和電子羅盤數(shù)據(jù)，控制產(chǎn)生本振信號的DDS信號源，控制收音機(jī)電路，完成收發(fā)短信，與上位PC機(jī)交互接收其指令并傳送給下位控制機(jī)的相應(yīng)電路，把天線接收信號進(jìn)行放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，傳送給上位PC機(jī)。接口電路是用USB接口把包括射頻前端接收電路，F(xiàn)PGA控制邏輯電路和位置定位電路的各種信號進(jìn)行組合后，合并為一體，再利用統(tǒng)一 的USB接口實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的交互通信上位PC機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)，設(shè)有人機(jī)交互的圖形界面、地理信息系統(tǒng)GIS定位處理模塊和數(shù)字地圖，與下位控制機(jī)交互的通信接口，用于支持單機(jī)和/或聯(lián)機(jī)定位兩種測向定位模式的數(shù)據(jù)與通信處理模塊和無線電測向定位模塊。為使本實(shí)用新型的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面簡要說明本實(shí)用新型的工作機(jī)理和操作過程，其中的工作機(jī)理是天線接收的信號先通過電子開關(guān)電路選擇相應(yīng)通道，再由雙通道射頻前端接收電路對信號進(jìn)行放大，濾波和變頻，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換送入控制邏輯電路，控制邏輯電路對其進(jìn)行處理后，轉(zhuǎn)送上位PC機(jī)，由相應(yīng)相應(yīng)功能模塊進(jìn)行計(jì)算處理，最終得出FM信號發(fā)射源的位置，并在人機(jī)交互界面上顯示處理結(jié)果。本實(shí)用新型的操作過程是，(I)裝置上電后，先接入比幅式天線，使用定向掃描功能把目前存在的活動電臺全部顯示出來，自動排除已知的合法電臺，再通過收音機(jī)電路的收音功能，使用揚(yáng)聲器或耳機(jī)監(jiān)聽不明情況的電臺，以判斷該FM電波是否合法。(2)發(fā)現(xiàn)監(jiān)聽的為非法電臺后，選擇干涉式測向法，通過電子羅盤，干涉式測向法來尋求該非法電臺的實(shí)際方位，并在GIS地圖中顯示出來。然后，需要確定定位方案，即采用單機(jī)定位還是聯(lián)機(jī)定位。單機(jī)定位操作簡單，但速度慢，準(zhǔn)確度稍差。聯(lián)機(jī)定位速度快，準(zhǔn)確度高，但要多機(jī)協(xié)同工作，相對復(fù)雜。為了充分展示本裝置的功能，下面介紹采用聯(lián)機(jī)定位的方式。(3)每臺測向裝置中先由控制電路進(jìn)行測量，獲取天線陣的地理位置及方位信息。其中GPS電路測量天線陣位置，電子羅盤測量天線陣的基準(zhǔn)方位，再對兩者測量結(jié)果進(jìn)行匯總處理后，由接口電路傳送到上位P機(jī)進(jìn)行處理后，再用短消息方式告知其他其它測向裝置(參見圖2，其中的A、B、C三點(diǎn)即為分布在不同位置的三個測向裝置所在位置)。(4)主測向機(jī)根據(jù)其它測向裝置發(fā)送來的聯(lián)合測試結(jié)果，在上位PC機(jī)中進(jìn)行處理，并在人機(jī)交互圖形界面上顯示聯(lián)機(jī)測試結(jié)果(參見圖2，非法電臺源即為圖中的三角形區(qū)域D)。(5)當(dāng)上位PC機(jī)在電子地圖上交匯顯示非法發(fā)射源所在的大體區(qū)域時，再切換到比幅式測向，使用比幅式天線進(jìn)行近距離測試，然后通過天線的定向性最終找出非法發(fā)射源所在地。本實(shí)用新型已經(jīng)成功研制了性能樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)施試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是成功的，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種雙制式的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述裝置是由下述順序連接的三個部件天線、下位控制機(jī)和上位PC機(jī)所組成，所述天線使用同軸電纜連接下位控制機(jī)，下位控制機(jī)通過計(jì)算機(jī)總線連接上位PC機(jī)；其中， 天線包括用于幅度比較式測向的定向天線，由4個天線組成的、用于干涉式測向的天線陣列，短信收發(fā)天線，地理位置定位天線和用于測向天線的切換選擇并將其連接至雙通道射頻如端接收電路的電子開關(guān)電路； 作為控制主體的下位控制機(jī)設(shè)有對天線接收信號進(jìn)行放大、整形、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換的雙通道射頻前端接收電路，用于聽取是否為非法電臺的收音機(jī)電路，由短信收發(fā)電路、用于低速或靜態(tài)時確定天線陣列基準(zhǔn)方位的電子羅盤電路和全球定位系統(tǒng)GPS、北斗定位系統(tǒng)或其他地理位置定位電路組成的外圍電路，完成外圍電路的短信收發(fā)、地理位置定位和電子羅盤電路的通信、并與上位PC機(jī)交互通信的接口電路，以及采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA構(gòu)成的協(xié)調(diào)、管控整個下位控制機(jī)的控制邏輯電路； 上位PC機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)，設(shè)有人機(jī)交互的圖形界面、地理信息系統(tǒng)GIS定位處理模塊和數(shù)字地圖，與下位控制機(jī)交互的通信接口，用于支持單機(jī)和/或聯(lián)機(jī)定位兩種測向定位模式的數(shù)據(jù)與通信處理模塊和無線電測向定位模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述干涉式測向的天線陣列設(shè)有規(guī)格、結(jié)構(gòu)都相同的4個天線，且每個天線之間保持平行與等高；該干涉式天線陣列與下位控制機(jī)之間采用雙通道連接，利用電子開關(guān)電路按照設(shè)定邏輯關(guān)系切換選擇4個天線的接收信號傳送至雙通道接收電路；所述幅度比較式定向天線與下位控制機(jī)之間采用單通道連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述下位控制機(jī)中的雙通道射頻前端接收電路設(shè)有產(chǎn)生本振信號的數(shù)字頻率合成器DDS、射頻通路上的自動增益控制電路AGC、用于濾除帶外干擾的濾波器、用于減少射頻通路噪聲系數(shù)的低噪聲放大器和用于把信號下變頻到中頻的混頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述FPGA控制邏輯電路的功能包括控制射頻前端接收電路，接收和處理獲得的GPS或其他地理位置定位數(shù)據(jù)和電子羅盤數(shù)據(jù)，控制產(chǎn)生本振信號的DDS信號源，控制收音機(jī)電路，完成收發(fā)短信，與上位PC機(jī)交互接收上位PC機(jī)指令并傳送給下位控制機(jī)的相應(yīng)電路，把天線接收信號進(jìn)行放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，傳送給上位PC機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述短信收發(fā)電路包括2G、3G或4G的短信收發(fā)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式無線電測向裝置，其特征在于所述接口電路采用USB接口，該接口電路把包括射頻前端接收電路，F(xiàn)PGA控制邏輯電路和位置定位電路的各種信號組合在一起，利用一個統(tǒng)一的USB接口實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的交互通信。
專利摘要一種雙制式的便攜式無線電測向裝置，由天線、下位控制機(jī)和上位PC機(jī)所組成，其中天線包括幅度比較式測向的定向天線，干涉式測向的天線陣列、短信收發(fā)天線和地理位置定位天線。下位控制機(jī)設(shè)有雙通道射頻前端接收電路、收音機(jī)電路、電子羅盤電路和地理位置定位電路，接口電路和控制邏輯電路。上位PC機(jī)是設(shè)有相應(yīng)模塊的標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)。該裝置兼顧固定監(jiān)測臺站和便攜式測向兩種設(shè)備的功能，集遠(yuǎn)距離快速定位和近距離精確定位于一體，采用比幅式和干涉式兩種測向相結(jié)合，配合嵌入GIS或其他地理位置定位系統(tǒng)的上位PC機(jī)，完成多種測向功能。與固定站，車載移動站等設(shè)備相比，該裝置重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，適于便攜；而且功耗小，成本低，功能齊全。
文檔編號H04B17/00GK202856743SQ20122027720
公開日2013年4月3日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者孫宏鶴, 林偉星 申請人:北京科中高創(chuàng)新技術(shù)有限公司