《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》是俞文蘊於2006年7月10日申請的專利，該專利的申請號為200610088291X，公布號為CN1878378，授權公布日為2006年12月13日，發明人是俞文蘊，該發明屬於通信技術中的陣列信號數字處理測向技術領域。
《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》包括垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣、高、低端電旋開關、功率分配器、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機、數字中頻鑒相器、監測測向處理單元、工業控制計算機、低端垂直極化監測天線、高端垂直極化監測天線、第二天線選擇器、監測接收機、蓄電池組、UPS、環境監控和遙控電源單元、集線器、網路。
2009年，《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統
- 公布號：CN1878378
- 公布日：2006年12月13日
- 申請號：200610088291X
- 申請日：2006年7月10日
- 申請人：俞文蘊
- 地址：江蘇省南京市江寧區天元東路78號
- 發明人：俞文蘊
- 分類號：H04Q7/34（2006.01）、H01Q19/02（2006.01）、H01Q21/00（2006.01）
- 代理機構：南京君陶專利商標代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：沈根水
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
早期的監測測向系統採用的是比幅測向體制，它是通過比較天線陣上各單元天線接收到的信號幅度大小，來判別信號的方位。而這種方法由於承受周圍惡劣電磁環境影響的能力較差，往往出現判斷的信號方位不準確、測向精度不高、靈敏度較差、測向速度慢、易受干擾等現象。隨著無線電頻譜管理工作的深入，早期的監測設備和監測技術已不能適應時代發展的要求。為此，我公司瞄準世界先進技術，研發了多信道無線電監測和相關干涉儀測向固定站系統，率先填補了中國國內空白。
發明內容
專利目的
《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》的目的在於針對早期無線電監測存在的缺陷，提出一種多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，對垂直極化波的無線電通信信號進行監測監聽、測向定位；以提高測向速度、提高監測測向精度和靈敏度、增強抗干擾能力。
技術方案
《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》結構包括垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣、高、低端電旋開關、功率分配器、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機、數字中頻鑒相器、監測測向處理單元、工業控制計算機、低端垂直極化監測天線、高端垂直極化監測天線、第二天線選擇器、監測接收機、電池組或市電、UPS、環境監控和遙控電源單元、集線器、網路。
所述的監測接收機用於無線電監測，雙信道測向接收機用於無線電測向，可同時進行無線電監測和測向。
改善效果
《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》的優點：一對天線元同時採樣，確保同步、快速、精確。通過對天線陣接收到的信號幅度和相位信息進行相關運算，而獲得信號的方位，從而提高了測向精度和靈敏度、增強了抗干擾能力。採用寬口徑大基礎測向天線陣，很好地解決了各天線陣元間的互耦問題，排除了單元天線間耦合和相位模糊。採用無源測向天線，可避免因有源放大器的線性失真而導致相關干涉儀測向天線空間相位特性曲線的畸變。採用了具有放大、直通、衰減三種功能的放大器，可自動切換，擴大了接收信號的動態套用範圍，特別是在接收強信號時，不容易因信號飽和而產生阻塞。而且監測和測向能同時進行，測向速度加快。系統精度高、靈敏度好、速度快、系統穩定、可靠性高。
附圖說明
附圖1是《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》實施例電原理框圖。
附圖2多信道（或雙信道）無線電監測和相關干涉儀測向固定站系統中所用的測向天線陣示意圖。
附圖3三功能RF放大器電原理框圖
附圖4是高、低端電旋開關電原理示意圖（以一組電旋開關為例）。
附圖5是功率分配器以1:2分配器為例的結構框圖。
附圖6是環境監控和遙控電源單元的結構框圖。
附圖7是該發明軟體控制系統流程圖。
圖中的1是大基礎干涉儀測向天線陣（垂直極化）、2是高、低端電旋開關、3是功率分配器、4是第一天線選擇器、5是三功能RF放大器、6是雙信道測向接收機、7是數字中頻鑒相器、8是監測測向處理單元、9是工業控制計算機、10是低端垂直極化監測天線、11高端垂直極化監測天線、12是第二天線選擇器、13是監測接收機、14是電池組或市電、15是UPS、16是環境監控和遙控電源單元、17是集線器、18是網路、19是避雷針、20是五單元垂直極化無源測向天線陣：1350兆赫-3000兆赫、21是五單元垂直極化無源測向天線陣：500兆赫-1350兆赫、22是五單元垂直極化無源測向天線陣：160兆赫-500兆赫、23是五單元垂直極化無源測向天線陣：20兆赫-160兆赫。R1、R2、R3是電阻、C1、C2、C3是電容，D1-12是二極體、V1-V7是監測測向控制器輸出的電壓；軟體控制系統的流程圖包括監測測向服務程式（dfNetServer）測向流程和監測測向服務程式（dfNetServer）運行流程。
權利要求
1、《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》特徵是大基礎垂直極化干涉儀測向天線陣、高、低端電旋開關、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機串接；高、低端電旋開關的輸出/入端與功率分配器的輸入/出端相接；雙信道測向接收機的第一輸出端與數字中頻鑒相器的輸入端相接，雙信道測向接收機的第二輸出端與功率分配器的第一輸入端相接；數字中頻鑒相器的輸出端與工業控制計算機的第一輸入端相接，工業控制計算機的第一、第二、第三、第四輸出端分別與雙信道測向接收機的第一輸入端、監測測向處理單元的輸入端、監測接收機的第一輸入端、集線器的第二輸入端對應相接；監測測向處理單元的第一、第二、第三、第四、第五、第六輸出端分別與功率分配器的第二輸入端、第一天線選擇器的第二輸入端、三功能RF放大器的第二輸入端、雙信道測向接收機的第三輸入端、第二天線選擇器的第三輸入端、監測接收機的第二輸入端對應相接；低端垂直極化監測天線、高端垂直極化監測天線的輸出端分別與第二天線選擇器的第一、第二輸入端對應相接；第二天線選擇器的輸出端與監測接收機的第三輸入端相接接；電池組或市電與UPS串接，UPS第一輸出端與工業控制計算機的第二輸入端相接，UPS第二輸出端與環境監控和遙控電源單元的輸入端相接，環境監控和遙控電源單元的第二輸出端與集線器的第二輸入端、網路的輸入端串接，環境監控和遙控電源單元的第一輸出端接工業控制計算機的第三輸入端。
2、根據權利要求1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是所述的垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣，共分四層排列，對應四個頻段，沿高度方向排列，每層均由五付無源垂直偶極子天線組成圓型陣列，整個測向天線陣共有20根天線振子，最下層為20兆赫～160兆赫波段，陣列最大直徑3.0米，單元偶極子最長1.8米；在其上是160兆赫～500兆赫波段，陣列直徑和偶極子長度都有所縮小；再往上是500兆赫～1350兆赫波段，陣列直徑和偶極子長度進一步縮小；最上層是1350兆赫～3000兆赫波段，陣列直徑和偶極子長度再一次縮小，天線阻抗為50歐。
3、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是高、低端電旋開關是根據頻段分為低端電旋開關單元和高端電旋開關單元，其中低端電旋開關單元的工作頻率為20兆赫～1350兆赫，它有15個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電連線埠、1個自校信號輸入端和1個自校信號輸出端，它受控同時打通某兩路信號通道，分為主路、輔路和自校信號通道；高端電旋開關單元的工作頻率為1350兆赫～3000兆赫，它有5個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電連線埠、1個自校信號輸入端，它受控同時打通某兩路信號通道，分為主路、輔路和自校信號通道。
4、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是功率分配器，包括ALL050L1:2+1:5功率分配器和ALL051L1:5功率分配器兩部分。
5、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是第一天線選擇器是一個4:2選擇器，用於從高端電旋開關和低端電旋開關輸出的2對主輔信號中選取1對主輔信號輸出，它有4個輸入端、2個輸出端和1個控制/供電端。
6、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是三功能RF放大器，由兩個放大器組成，工作頻率均為20兆赫～3000兆赫，兩個放大器各有1個控制/供電端、1個輸入端、1個輸出端。
7、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是數字中頻鑒相器由模擬乘法器、移相器和放大電路組成。
8、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是低端垂直極化監測天線和高端垂直極化監測天線均為在水平面內無方向性的雙錐無源全向天線，低端工作頻率為20兆赫～700兆赫，高端工作頻率為500兆赫～3000兆赫。輸入阻抗：50歐，接口型式為N型插座；低端天線尺寸為：直徑1732毫米；高度1223毫米；高端天線尺寸為：直徑250毫米；高度370毫米。
9、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是第二天線選擇器是2:1選擇器，它對來自低端垂直極化監測天線和高端垂直極化監測天線的信號進行選擇，從中選取1路監測信號送入監測接收機，它有2個信號輸入端、1個信號輸出端、1個控制端。
10、根據權利要求書1所述的多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統，其特徵是環境監控和遙控電源單元，它包括遠程開關控制模組、數據採集器、網路視頻伺服器、彩色攝像頭、電壓感測器、溫濕度感測器、煙霧報警器、紅外報警器。
實施方式
對照附圖1，其結構包括大基礎垂直極化干涉儀測向天線陣1、高、低端電旋開關2、功率分配器3、第一天線選擇器4、三功能RF放大器5、雙信道測向接收機6、數字中頻鑒相器7、監測測向處理單元8、工業控制計算機9、低端垂直極化監測天線10、高端垂直極化監測天線11、第二天線選擇器12、監測接收機13、電池組或市電14、UPS15、環境監控和遙控電源單元16、集線器17、網路18。
它們間的連線關係：大基礎垂直極化干涉儀測向天線陣1、高、低端電旋開關2、第一天線選擇器4、三功能RF放大器5、雙信道測向接收機6串接；高、低端電旋開關2的輸出/入端與功率分配器3的輸入/出端相接；雙信道測向接收機6的第一輸出端與數字中頻鑒相器7的輸入端相接，雙信道測向接收機6的第二輸出端與功率分配器3的第一輸入端相接；數字中頻鑒相器7的輸出端與工業控制計算機9的第一輸入端相接，工業控制計算機9的第一、第二、第三、第四輸出端分別與雙信道測向接收機6的第二輸入端、監測測向處理單元8的輸入端、監測接收機13的第一輸入端、集線器17的第一輸入端對應相接；監測測向處理單元8的第一、第二、第三、第四、第五、第六輸出端分別與功率分配器3的第二輸入端、第一天線選擇器4的第二輸入端、三功能RF放大器5的第二輸入端、雙信道測向接收機6的第三輸入端、第二天線選擇器12的第三輸入端、監測接收機13的第二輸入端對應相接；低端垂直極化監測天線10、高端垂直極化監測天線11的輸出端分別與第二天線選擇器12的第一、第二輸入端對應相接；第二天線選擇器12的輸出端與監測接收機13的第三輸入端相接；電池組或市電14與UPS15串接，UPS15第一輸出端與工業控制計算機9的第二輸入端相接，UPS15第二輸出端與環境監控和遙控電源單元16相接，環境監控和遙控電源單元16的第二輸出端與集線器17的第二輸入端、網路18的輸入端串接，環境監控和遙控電源單元16的第一個輸出端接工業控制計算機9的第三輸入端。
所述的垂直極化大基礎干涉儀測向天線陣1，共分四層排列（對應四個頻段），沿高度方向排列，每層均由五付無源垂直偶極子天線組成圓型陣列，整個測向天線陣共有20根天線振子，用於接收信號。最下層為20兆赫～160兆赫波段，陣列最大直徑3.0米，單元偶極子最長1.8米；在其上是160兆赫～500兆赫波段，陣列直徑和偶極子長度都有所縮小；再往上是500兆赫～1350兆赫波段，陣列直徑和偶極子長度進一步縮小；最上層是1350兆赫～3000兆赫波段，陣列直徑和偶極子長度再一次縮小。天線阻抗為50歐。
高、低端電旋開關2是根據頻段分為低端電旋開關單元和高端電旋開關單元。它受監測測向處理器8的控制和供電。
其中低端電旋開關單元（型號為ANS017L）的工作頻率為20兆赫～1350兆赫，它相當於一個高頻電子開關，它有15個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電連線埠、1個自校信號輸入端和1個自校信號輸出端，它受控同時打通某兩路信號通道（分為主路、輔路）和自校信號通道。
高端電旋開關單元的工作頻率為1350兆赫～3000兆赫，型號為ANS018L，它也是一個高頻電子開關，它有5個信號輸入端、2個信號輸出端、1個控制/供電連線埠、1個自校信號輸入端，它受控同時打通某兩路信號通道（分為主路、輔路）和自校信號通道。其工作原理：當控制電壓V1、V2加電，二極體D1-3導通時，來自可搬移垂直極化相關干涉儀測向天線陣1的信號就可傳到節點A，當控制電壓V2、V3加電，二極體D4-6導通時，自校信號就可傳到節點A，當控制電壓V4、V5加電，二極體D7-9導通時，節點A的信號就可從主路輸出；當控制電壓V6、V7加電，二極體D10-12導通時，節點A的信號就可從輔助路輸出（如圖4所示）；
對照附圖5，功率分配器3，包括ALL050L1:2+1:5功率分配器和ALL051L1:5功率分配器兩部分。ALL050L功率分配器用於頻率低端，是把接收機產生的自校信號先分成兩路，其中一路又被分成5路，引入低端電旋開關，用於對20兆赫～160兆赫波段或160兆赫～500兆赫波或500兆赫～1350兆赫波段工作的系統進行自校；另一路自校信號傳送到高端電旋開關盒中，再經1:5功率分配器後，送到高頻電旋開關單元用於高頻段系統的自校。
第一天線選擇器4是一個4:2選擇器，用於從高端電旋開關和低端電旋開關輸出的2對主輔信號中選取1對主輔信號輸出。它有4個輸入端、2個輸出端和1個控制/供電端。
三功能RF放大器5，由兩個放大器組成，工作頻率均為20兆赫～3000兆赫，具有放大、直通、衰減三種功能，在使用中根據實際需要由軟體設定。兩個放大器同時對來自天線選擇器1的主輔路信號進行處理。它們各有1個控制/供電端、1個輸入端、1個輸出端。
該三功能放大器（如圖3）由第一高頻繼電器、第二高頻繼電器、放大電路、衰減電路和電源組成，高頻繼電器（型號RF303-12）、放大器中的放大管（型號ERA-51SM）。+12伏電源受軟體控制分別加到第一高頻繼電器和第二高頻繼電器上。當第一高頻繼電器加電，而第二高頻繼電器不加電時，輸入信號經放大電路後得到線性放大，再第二經高頻繼電器的直通部分輸出。即為“放大”。當第一高頻繼電器不加電，而第二高頻繼電器加電時，輸入信號經第一高頻繼電器的直通部分後到達第二高頻繼電器的衰減電路，經衰減後輸出。即為“衰減”。當第一高頻繼電器和第二高頻繼電器都不加電時，輸入信號經第一高頻繼電器和第二高頻繼電器的直通部分輸出。即為“直通”。故該放大器具有“直通、放大、衰減”三功能。
雙信道測向接收機6，是對輸入的兩路主輔信號進行變頻、解調、解碼，輸出包含信號相位和幅度特性的中頻信號，再到數字中頻鑒相器7處理。該實施例中選用日本Anritsu公司的RR509A雙信道測向接收機，它的兩個信道共用一個本振源，相位一致性好，從而保證了相關干涉儀測向系統的高精度，且系統靈敏度很高、穩定可靠。
數字中頻鑒相器7的主要功能是檢波出信號矢量電壓中的相位信息，它由模擬乘法器（型號MC1596L）、移相器（有兩種型號：PSCQ-2-0.455和PSCQ-2-21.4，分別用於對455KHz中頻和21.4兆赫中頻信號進行處理）和放大電路（其中的放大管型號為C157C）等組成，對來自接收機的中頻信號進行處理，輸出信號的相位信息。再通過模數（A/D）變換轉換成數位訊號提供給計算機。
監測測向處理器8（型號為DFC050L）是系統各部分控制驅動單元和直流供電單元。處理器通過串列口與工業控制計算機9（ADVANTECHIPC-610）通訊，接受計算機的控制指令，對功率分配器和高、低端電旋開關、第一天線選擇器、三功能RF放大器、雙信道測向接收機、第二天線選擇器、監測接收機的控制，使系統按著軟體程式對無線電信號進行監測和測向。
工業控制計算機9（ADVANTECHIPC-610）是作為套用軟體的載體，除了執行程式（包括存儲、列印）外，還對大量的數據、音頻、視頻等進行處理，它通過對大量採集的信息數據進行複雜的統計算法（如自相關算法、相位檢波算法、HILBERT變換、FFT算法），從而得出信號的方位。它具有運行速度快、容量大、穩定可靠、可擴展、抗震性能好等特點。
低端垂直極化監測天線10和高端垂直極化監測天線11均為在水平面內無方向性的雙錐無源全向天線，低端工作頻率為20兆赫～700兆赫，高端工作頻率為500兆赫～3000兆赫。輸入阻抗：50歐，接口型式為N型插座。低端天線尺寸為：直徑1732毫米；高度1223毫米。高端天線尺寸為：直徑250毫米；高度370毫米。
第二天線選擇器12，是一種2:1選擇器，它對來自低端垂直極化監測天線10和高端垂直極化監測天線11的信號進行選擇，從中選取1路監測信號送入監測接收機13（型號為RR511A）。它有2個信號輸入端、1個信號輸出端、1個控制端。
監測接收機13對輸入的監測信號進行變頻、解調、解碼，輸出包括信號頻率、幅度、頻偏、調製度、頻寬、電平、頻譜圖像等信息，它通過RS232接口與計算機通訊，可對不同頻域、調製域、時域的信號進行監測測量。本實施例中選用日本Anritsu公司的RR511A單信道監測接收機。
電池組或市電14包括市電220伏AC和蓄電池組（8節12伏100AH）。
UPS15為不間斷電源，型號為APC2200VA線上式。
對照附圖6，環境監控和遙控電源單元16，它由遠程開關控制模組（接受控制指令對系統設備上下電、計算機復位、空調啟動等進行控制）、數據採集器（用於現場220伏AC的AD採集、讀取設備上下電狀況及電壓數據等）、網路視頻伺服器（型號為DS-6001HC，用於傳輸現場圖像）、彩色攝像頭（型號為三星101）、電壓感測器（型號為DYH28-14A，用於將220伏交流電轉化為5伏的交流電）、溫濕度感測器（型號為JWSL-3W）、煙霧報警器（型號為BT-168A）、紅外報警器（型號為BT-922R）等部份組成。它通過NJ45接口與集線器17相聯，集線器再與有線/無線傳輸網路18相接。在控制中心軟體（DESCODF7.0）作用下，可對遠程固定站進行遙控操作，包括開關機、接收控制中心指令進行監測、監聽、錄音、測向或交匯定位，並將監測監聽測向結果回傳到控制中心。此外，對遠程站的工作狀態、設備連線狀態、環境狀態進行監測，並通過傳輸鏈路將環境、工作狀態等監測數據和通過攝像頭把遠程監視的圖像送到控制中心進行監視。如有異常（含盜竊、火警等）將及時報警。
榮譽表彰
2009年，《多信道無線電監測和相關干涉測向固定站系統》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
