專利名稱：同頻多信號測向與偵收的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信偵察及無線電管理領域中的一種同頻多信號測向與偵收的方法和裝置，特別適用于基于傳感陣列處理的測向機作擴展偵收功能的測向與偵收的方法及裝置。
目前在通信偵察領域中使用的測向機，除具有測向能力外一般只具有簡單的單信號偵收功能，在多信號環境進行信號偵收時一般要利用天線陣列及后續處理技術形成一定的天線波束(方向性圖)，即數字波束形成，以抑制干擾信號，增強有用信號。而目前的數字波束形成技術一般是采用設備復雜的高階帶通采樣來實現的，因此設備復雜，制造困難，成本昂貴，使用不便，使普及推廣應用受到限制。
本發明的目的在于避免上述背景技術中的不足之處而提供一種在基于傳感陣列處理的測向設備中增加可控時延產生電路，利用幅度加權求和得到所需形狀的方向性圖的同頻多信號測向與偵收的方法和裝置，并本發明還具有設備簡單，性能可靠，作用距離遠，制作容易，成本低廉，使用方便等特點。
本發明的目的是這樣實現的本發明的方法步驟(1)以一階帶通采樣定理中的采樣時延理論為基礎實現信道輸出信號的移相控制；(2)利用基于傳感陣列處理的測向技術對同頻多信號測向，并還采取以下技術措施步驟實現本發明方法(1)根據測向信道中的本振及中頻頻率選擇采樣信號頻譜為正向放置或反向放置；
(2)根據信號頻譜的正向或反向放置和所需測向、偵收的信號帶寬，選擇一階帶通采樣頻率；(3)根據系統的偵收方向性圖的精度要求選擇可控時延的步進；(4)利用基于傳感陣列處理的測向技術對同頻多信號進行測向，根據測向結果選擇有用信號和干擾信號，按此計算可控采樣時延單元的時延并進行控制；(5)修正時延對信道一致性的影響繼續進行測向；(6)利用幅度加權求和形成所需形狀的波束(方向性圖)，并進行偵收處理及偵收。
本發明的裝置由天線陣列1、天線開關陣2、多信道接收機3、校零信號源4、頻率綜合器5、帶通信號采樣器6、主控處理器7、監控計算機8、可控時延產生器9、電源10組成，且多信道接收機3由3至30路構成，其中天線陣列1的各天線陣元分別串接天線開關陣2的各開關后其出端1至30腳再分別串接3至30路的多信道接收機3入出端1腳、2腳后與帶通信號采樣器6入端1至30腳連接，帶通信號采樣器6出端32腳通過數據總線與主控處理器7入端1腳連接，主控處理器7出入端3腳通過雙向數據總線與監控計算機8出入端連接、其出端2腳通過控制總線分別與天線開關陣2入端31腳、3至30路多信道接收機3各入端4腳、校零信號源4入端2腳、頻率綜合器5入端2腳及可控時延產生器9控制入端2腳并聯連接，可控時延產生器9出端1腳通過控制總線與帶通信號采樣器6控制入端31腳連接，校零信號源4出端1腳與天線開關陣2入端32腳連接，電源10出端+V電壓端與各級相應電源電壓入端連接，頻率綜合器5出端1腳分別串聯連接1至30路的多信道接收機3各入出端3腳、5腳。
本發明的裝置還可以通過以下措施達到本發明的可控時延產生器9由譯碼器13、計數器11、鎖存器12組成，其中計數器11和鎖存器12均由1至N-1路構成，N為多信道接收機3的最多路路數，主控處理器7采樣時鐘出端1腳分別與1至N-1路計數器11各采樣時鐘入端1腳及帶通信號采樣器6采樣時鐘入端1腳并聯連接，主控處理器7高速計數時鐘出端2腳分別與1至N-1路計數器11各高速計數時鐘入端2腳并聯連接，主控處理器7時延控制出端3腳通過控制總線分別與1至N-1路鎖存器12各時延控制入端3腳并聯連接；主控處理器7計數器地址出端4腳通過控制總線與譯碼器13入端連接，譯碼器13的1至N-1路出端分別與1至N-1路鎖存器12的各入端1腳連接，1至N-1路鎖存器12各出端2腳分別通過數據總線與1至N-1路計數器11入端4腳連接，1至N-1路計數器11各采樣時鐘出端3腳分別與帶通信號采樣器6采樣時鐘入端2至N腳連接。
本發明相比背景技術有如下優點1.本發明在常規的基于傳感陣列處理的測向設備中增加簡單的可控時延產生電路，利用簡單的幅度加權求和得到所需形狀的方向性圖，因此其實現多信號測向與偵收的方法及裝置簡單，容易生產制作，成本低廉。
2.本發明采用可控時延產生器9產生的可控采樣時延，控制各信道輸出信號的相移，形成所需的波束，能有效地抑制干擾信號，增強有用信號，有效地增加作用距離，提高性能指標。
3.本發明方法及裝置使用方便，性能可靠，具有應用推廣價值。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。


圖1是本發明裝置的電原理方框圖。
圖2是本發明裝置可控時延產生器9的電原理方框圖。
參照圖1、圖2，實現本發明的方法基本原理如下以一階帶通采樣定理中的采樣時延理論為基礎實現信道輸出信號的移相控制。假設帶通信號f(t)的中心頻率(多信道接收機3信道的最低中心頻率)為ωC，帶寬為2ωB(ωC＞ωB)，則在頻譜正向放置情況下的一階帶通采樣頻率ωO可在下(1)式區域選擇2(ωC+ωB)2n+1≤ωO≤ωC-ωBn-----(1)]]>式(1)中n為整數，滿足
-----(2)]]>其中
表示不超過X的最大整數。而在頻譜反向放置情況下的一階帶通采樣頻率ωO可在下(3)式區域選擇ωC+ωBn≤ωO≤2(ωC-ωB)2n-1-----(3)]]>其中n滿足[1≤n≤(ωC+ωB)/4ωB]-----(4)]]>當頻譜正向放置時，若采樣時鐘有時延τ，則時延引起的相位差為θ1；θ1＝(ω+nωO)τ，ωε〔ωC-ωB-nωO，ωC+ωB-nωO〕(5)其中ω為所處理的采樣后的低通信號的頻率∈表示左端的元素屬于右端的集合〔ωC-ωB-nωO，ωC+ωB-nωO〕為所處理的采樣后的低通信號頻帶的正頻譜部分，而當頻譜反向放置時，采樣時鐘時延τ引起的相位差為θ2；
θ2＝-(ω+nωO)τ，ωε〔ωC-ωB-nωO，ωC+ωB-nωO〕(6)其中〔ωC-ωB-nωO，ωC+ωB-nωO〕為所處理的采樣后的低通信號頻帶的負頻譜部分注意式(5)和式(6)中ω的取值范圍由于ωO不同而不相同可控波束的形成原理基本的波束形成是通過天線陣列1對多個位于空間不同位置的天線陣元的接收信號輸出進行復加權求和，而復加權求和可由先對信號進行移相，然后進行幅度加權求和來實現。由上述式(5)和式(6)可以通過控制采樣時延來調整信號的相移θ1或θ2，而控制采樣時延是由圖2中可控時延產生器9實現的，最后由主控處理器7或監控計算機8進行幅度加權求和即可得到所需形狀的波束方向性圖，進行偵收處理后實現最終的多信號偵收。
因此本發明實施例中首先根據測向信道中的頻率綜合器5提供的本振和多信道接收機3中的中頻頻率選擇采樣信號頻譜為正向或反向放置。然后根據信號頻譜的正向或反向放置和所需測向、偵收的信號帶寬，按上述式(1)或式(3)選擇一階帶通采樣頻率。再根據系統的偵收方向性圖的精度要求選擇可控時延的步進。
下面根據上述方法原理利用基于傳感陣列處理的測向技術，即采用基于傳感陣列處理的測向機對同步多信號進行測向，根據測向結果選擇有用信號和干擾信號，按此計算可控采樣時延單元(即圖2的可控時延產生器9)的時延并進行控制。然后進行修正由于時延對信道一致性造成的影響繼續進行測向。再后利用幅度加權求和形成所需形狀的波束方向性圖，并進行偵收處理及偵收。
結合實施例對本發明方法詳細闡述多信道接收機3的三個中頻分別為1380MHz、21.4MHz、1.025MHz，三個本振源頻率分別為1400至1880MHz、1401.4MHz、20.375MHz，多信道接收機3的信道帶寬為25kHz。
1.采樣信號頻譜的放置選取在多信道接收機3信道中的第一中頻信號頻率是頻率綜合器5提供本振信號頻率減去接收工作信號頻率，第二中頻信號頻率同樣是本振信號頻率減去接收工作信號頻率，而第三中頻信號頻率是接收工作信號頻率減去本振信號頻率，因此低中頻(三中頻率)的輸出信號是頻譜正向放置的。選擇一階帶通采樣頻率前應選擇頻譜為正向放置。
2.選取一階帶通采樣頻率由上述式(1)可以得出，當選取n＝10時，采樣頻率ωO可選為100kHz，此時的采樣周期為10μs。
3.可控時延的步進選取由上述式(5)可知，ω的取值范圍為12.5至37.5kHz，而當τ從0變化到
時，相位差θ1從0變化到2π，即τ的最大可控制值為1μs。實施例中的裝置相移精度要求在2°以內，這就要求裝置的時延步進小于
，本實施例選取時延步進為5ns，要求在圖2中主控處理器7輸出的高速計數時鐘周期為5ns。
本發明裝置由天線陣列1、天線開關陣2、多信道接收機3、校零信號源4、頻率綜合器5、帶通信號采樣器6、主控處理器7、監控計算機8、可控時延產生器9、電源10組成，且多信道接收機3由3至30路構成。為了滿足傳感陣列處理的測向要求，天線陣列1的天線陣元數目應與多信道接收機3的信道數目相同。
其連接線路如下天線陣列1的各天線陣元分別串接天線開關陣2的各開關后其出端1至30腳再分別串接3至30路的多信道接收機3入出端1腳、2腳后與帶通信號采樣器6入端1至30腳連接，帶通信號采樣器6出端32腳通過數據總線與主控處理器7入端1腳連接，主控處理器7出入端3腳通過雙向數據總線與監控計算機8出入端連接、其出端2腳通過控制總線分別與天線開關陣2入端31腳、3至30路多信道接收機3各入端4腳、校零信號源4入端2腳、頻率綜合器5入端2腳及可控時延產生器9控制入端2腳并聯連接，可控時延產生器9出端1腳通過控制總線與帶通信號采樣器6控制入端31腳連接，校零信號源4出端1腳與天線開關陣2入端32腳連接，電源10出端+V電壓端與各級相應電源電壓入端連接，頻率綜合器5出端1腳分別串聯連接1至30路的多信道接收機3各入出端3腳、5腳。
實施例天線陣列1覆蓋頻段為20至500MHz，它由兩層天線來實現全頻段的覆蓋，兩層覆蓋頻率分別為20至100MHz、100至500MHz。每層天線陣列1的天線陣元數目為8個，相應的多信道接收機3也由8路構成。天線陣列1利用多個位于空間不同位置的天線陣元對電磁信號進行空間采集以實現測向、偵收一體化的同頻多信號接收，實施例采用自制的8對同頻多信號的陣元均勻園陣天線陣形式制作。天線開關陣2其作用是根據需要選擇不同的天線層或選擇校零信號源4的輸出。校零信號源4其作用是產生所需測向頻率上的校準信號，通過天線開關陣2選擇輸入到多路信道接收機3的各個信道中，以校準信道的幅度和相位不一致性。頻率綜合器5用于提供多信道接收機3中的本振源頻率信號，為了便于信道數目的擴展，本振源信號采用分路串接的方式，即第N-1個信道的本振源信號是由第N個信道的本振信號提供。多信道接收機3其作用是經三級混頻后輸出測向及偵收信號的低頻信號。實施例中多信道接收機3的三個中頻信號分別為1380MHz、21.4MHz、1.025MHz，三個本振源頻率分別為1400至1880MHz、1401.4MHz、20.375MHz。即一中頻、二中頻信號均為本振源頻率減去信號頻率，而三中頻信號為信號頻率減去本振源頻率，選擇頻譜正向放置。信道帶寬為25kHz。由多信道接收機3各路最后一級中放輸出的低中頻信號輸入帶通信號采樣器6進行數/模轉換，把模擬信號轉換為TTL數字信號輸入主控處理器7進行測向與偵收處理。同時主控處理器7可提供對可控時延產生器9、頻率綜合器5、校零信號源4和多信道接收機3的控制，還通過雙向并行通信接口及數據總線與監控計算機8連接，監控計算機8用于完成人機操作及通信等任務。實施例天線開關陣2、多信道接收機3、校零信號源4、頻率綜合器5、帶通信號采樣器6、主控處理器7、監控計算機8均仿照美國WJ-9010型傳感陣列測向機中相應的電路制作。電源10提供各級工作電壓，實施例采用通用直流電源線路自制而成。
本發明裝置可控時延產生器9由譯碼器13、計數器11、鎖存器12組成，計數器11和鎖存器12均由1至N-1路構成。N為信道接收機3的最多路路數。實施例主控處理器7出端1腳輸出采樣時鐘信號與各級計數器11入端1腳及帶通信號采樣器6入端1腳并聯連接，用于各計數器11的復位，其中輸入帶通信號采樣器6信道1的采樣時鐘是基準，其余各信道的采樣時鐘相對該基準進行所需的延遲。主控處理器7出端4腳輸出計數器地址碼信號輸入譯碼器13，譯碼器13輸出的計數器地址碼信號控制各鎖存器12控制端1腳，在鎖存器12中鎖存預置數據，使主控處理器7出端3腳輸出的時延控制信號寫入不同的鎖存器12入端3腳中，各鎖存器12出端2腳的輸出至各計數器11的初值預置端4腳，主控處理器7出端2腳輸出的高速計數時鐘驅動計數器11進行計數，并根據鎖存器12中的鎖存數據進行相應的延遲，最后計數器11各輸出端3腳輸出的帶有時延的采樣時鐘信號輸入帶通信號采樣器6各相應的入端2至1-N腳，進行偵收所需的可控時延，再由主控處理器7對測向與偵收處理實現同頻多信號的測向與接收。實施例計數器11采用市售CE1654型集成塊制作。鎖存器12采用市售CE100150型集成塊制作。譯碼器13采用市售HS138型集成塊制作。
本發明裝置的安裝結構如下除天線陣列1外，其余各部件按圖1、圖2所示的線路連接并安裝在5塊長×寬為400×150毫米印制板，然后把各印制板分別安裝在長×寬×高為450×150×50毫米的屏蔽盒內，再把所有的屏蔽盒安裝在尺寸長×寬×高為505×438×173毫米機箱內，各屏蔽盒的各信號的出入端在屏蔽盒上安裝電纜插座，屏蔽盒之間通過電纜插頭及電纜線連接，電源10與各級相應電源連接。天線陣列1的各天線陣元安裝在機箱附近的室外，通過電纜線與天線開關陣2連接，天線開關陣2各輸入端在機箱的后面板上安裝電纜插座與天線陣列1天線連接，組裝成本發明裝置。
權利要求
1.一種同頻多信號測向與偵收的方法和裝置，包括步驟(1)以一階帶通采樣定理中的采樣時延理論為基礎實現信道輸出信號的移相控制；(2)利用基于傳感陣列處理的測向技術對同頻多信號測向；其特征在于還包括以下技術措施步驟(1)根據測向信道中的本振及中頻頻率選擇采樣信號頻譜為正向放置或反向放置；(2)根據信號頻譜的正向或反向放置和所需測向、偵收的信號帶寬，選擇一階帶通采樣頻率；(3)根據系統的偵收方向性圖的精度要求選擇可控時延的步進；(4)利用基于傳感陣列處理的測向技術對同頻多信號進行測向，根據測向結果選擇有用信號和干擾信號，按此計算可控采樣時延單元的時延并進行控制；(5)修正時延對信道一致性的影響繼續進行測向；(6)利用幅度加權求和形成所需形狀的波束(方向性圖)，并進行偵收處理及偵收。
2.根據權利要求1所述的一種同頻多信號測向與偵收的方法和裝置，由天線陣列(1)、天線開關陣(2)、多信道接收機(3)、校零信號源(4)、頻率綜合器(5)、帶通信號采樣器(6)、主控處理器(7)、監控計算機(8)、電源(10)組成，其特征在于多信道接收機(3)由3至30路構成，以及還由可控時延產生器(9)組成，其中天線陣列(1)的各天線陣元分別串接天線開關陣(2)的各開關后其出端1至30腳再分別串接3至30路的多信道接收機(3)入出端1腳、2腳后與帶通信號采樣器(6)入端1至30腳連接，帶通信號采樣器(6)出端32腳通過數據總線與主控處理器(7)入端1腳連接，主控處理器(7)出入端3腳通過雙向數據總線與監控計算機(8)出入端連接、其出端2腳通過控制總線分別與天線開關陣(2)入端31腳、3至30路多信道接收機(3)各入端4腳、校零信號源(4)入端2腳、頻率綜合器(5)入端2腳及可控時延產生器(9)控制入端2腳并聯連接，可控時延產生器(9)出端1腳通過控制總線與帶通信號采樣器(6)控制入端31腳連接，校零信號源(4)出端1腳與天線開關陣(2)入端32腳連接，電源(10)出端+V電壓端與各級相應電源電壓入端連接，頻率綜合器(5)出端1腳分別串聯連接1至30路的多信道接收機(3)各入出端3腳、5腳。
3.根據權利要求1或2所述的一種同頻多信號測向與偵收的方法和裝置，其特征在于可控時延產生器(9)由譯碼器(13)、計數器(11)、鎖存器(12)組成，其中計數器(11)和鎖存器(12)均由1至N-1路構成，N為多信道接收機(3)的最多路路數，主控處理器(7)采樣時鐘出端1腳分別與1至N-1路計數器(11)各采樣時鐘入端1腳及帶通信號采樣器(6)采樣時鐘入端1腳并聯連接，主控處理器(7)高速計數時鐘出端2腳分別與1至N-1路計數器(11)各高速計數時鐘入端2腳并聯連接，主控處理器(7)時延控制出端3腳通過控制總線分別與1至N-1路鎖存器(12)各時延控制入端3腳并聯連接；主控處理器(7)計數器地址出端4腳通過控制總線與譯碼器(13)入端連接，譯碼器(13)的1至N-1路出端分別與1至N-1路鎖存器(12)的各入端1腳連接，1至N-1路鎖存器(12)各出端2腳分別通過數據總線與1至N-1路計數器(11)入端4腳連接，1至N-1路計數器(11)各采樣時鐘出端3腳分別與帶通信號采樣器(6)采樣時鐘入端2至N腳連接。
全文摘要
本發明公開了一種同頻多信號測向與偵收的方法和裝置,依據一階帶通采樣定理的采樣時延原理僅在基于傳感陣列處理的測向機中增加可控時延產生電路,即可利用幅度加權求和得到所需形狀的方向性圖,實現同頻多信號的測向與偵收。本發明裝置由天線陣列、多信道接收機、主控處理器、頻率綜合器、可控時延產生器、監控計算機等部分組成。并本發明還具有設備簡單,性能可靠,制作容易,使用方便,成本低廉等特點,具有推廣應用價值。
文檔編號H04B1/06GK1198616SQ9711877
公開日1998年11月11日 申請日期1997年10月15日 優先權日1997年10月15日
發明者劉建華 申請人:電子工業部第五十四研究所