專利名稱：無(wú)線電探空儀系統(tǒng)、無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器和無(wú)線電探空儀接收器中的信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器和用于無(wú)線電探空儀接收器中的信號(hào)處理方法。
上層大氣的天氣觀測(cè)是利用裝在探空氣球上的無(wú)線電探空儀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。典型地，探空氣球是充滿氫氣(或氦氣)的橡皮氣球，并且將其尺寸設(shè)計(jì)為能提升無(wú)線電探空儀到40km的高度。無(wú)線電探空儀包括射頻發(fā)射機(jī)和用于記錄大氣現(xiàn)象的各種測(cè)量設(shè)備。最普通的測(cè)量變量是壓力、濕度和溫度(已知的如來(lái)自詞壓力(Pressure)、溫度(Temperature)、濕度(Humidity)的PTU測(cè)量)以及風(fēng)速和風(fēng)向。
風(fēng)的測(cè)量是基于探空氣球是以與風(fēng)相同的速度在大氣中隨風(fēng)移動(dòng)的假定。因此，風(fēng)速和風(fēng)向的測(cè)量任務(wù)可以通過(guò)測(cè)量無(wú)線電探空儀的移動(dòng)來(lái)完成。這可以例如通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，最普通的是Loran-C和GPS。
作為探測(cè)階段的結(jié)果，將表示大氣中不同高度的PTU測(cè)量值和風(fēng)的數(shù)據(jù)匯編成一個(gè)簡(jiǎn)要描述。
現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，常規(guī)的探空階段需要2h，由此無(wú)線電探空儀到地面探測(cè)站的最大距離可以達(dá)到例如200km。從而對(duì)無(wú)線電探空儀電池和總工作性能提出了較高的要求。電池是專門設(shè)計(jì)的特殊類型，并且通過(guò)使用定向天線作為地面站的接收天線來(lái)提高探空儀的性能。
無(wú)線電探空儀電池和定向接收天線都是相對(duì)昂貴的部件。如果系統(tǒng)能適于使用具有可以接受的合理價(jià)格的商用電池和全向天線，就能夠在實(shí)質(zhì)上節(jié)省費(fèi)用。
除了設(shè)備的價(jià)格和性能，設(shè)備的外形大小在某些情況下也是一個(gè)制約因素。這個(gè)因素的最好例子是在例如為了研究颶風(fēng)的發(fā)展而進(jìn)行的所謂下投式探空儀探測(cè)中遇到的。這時(shí)，將多個(gè)無(wú)線電探空儀以預(yù)定間隔從飛機(jī)上投放下去從而使多個(gè)無(wú)線電探空儀同步空降。利用多個(gè)單頻道無(wú)線電探空儀單元執(zhí)行無(wú)線電探空儀的追蹤。更有效利用空間和最小化飛機(jī)上的設(shè)備重量的優(yōu)化措施是使用小型的多頻道無(wú)線電探空儀接收器。
在常規(guī)的無(wú)線電探空儀接收器中，不是如本實(shí)施例所述對(duì)信號(hào)進(jìn)行中間頻率采樣，而是使用調(diào)制解調(diào)器單元對(duì)數(shù)字調(diào)制進(jìn)行解碼。這種方法使得隨后在接收器中的信號(hào)數(shù)字處理復(fù)雜化。多頻道接收器的實(shí)施例目前還不為現(xiàn)有技術(shù)所知。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種全新的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)、無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器和用于無(wú)線電探空儀系統(tǒng)的接收器中的信號(hào)處理方法，所有這些使得解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題成為可能。
本發(fā)明的目的通過(guò)依據(jù)給定應(yīng)用的需要而適當(dāng)?shù)厥褂脝晤l道或多頻道數(shù)字接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
更特別的，根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)的特性被權(quán)利要求1的特征部分所描述。
此外，根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器的特性被權(quán)利要求3的特征部分所描述。
更進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理方法的特性被權(quán)利要求5的特征部分所描述。
本發(fā)明提供了重大利益。
關(guān)于無(wú)線電探空儀系統(tǒng)造價(jià)、外形大小和性能的問(wèn)題，可以通過(guò)利用根據(jù)本發(fā)明的具有為了無(wú)線電探空儀使用而優(yōu)化的特定特征的多頻道數(shù)字接收器來(lái)解決。
數(shù)字接收器有助于利用有效的糾錯(cuò)算法，從而接收器能成功檢測(cè)到基本低于現(xiàn)有技術(shù)中可能檢測(cè)到的信號(hào)質(zhì)量和強(qiáng)度的發(fā)射機(jī)信號(hào)。
因此，接收器天線就可以制作得更簡(jiǎn)單和廉價(jià)。分別地，無(wú)線電探空儀的發(fā)射功率電平也可以降低，從而使得更劃算的商用電池的使用變得可行。
下面通過(guò)示范性的實(shí)施例參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行分析，其中

圖1示意性地顯示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明適用于無(wú)線電探空儀系統(tǒng)的數(shù)字接收器的框圖；和圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理方法的流程圖；參照?qǐng)D1，其中所示的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)包括通常用充氣(使用氦氣或氫氣)氣球提升到上層大氣的無(wú)線電探空儀1。典型地，無(wú)線電探空儀1的發(fā)射機(jī)向地面站發(fā)送帶有壓力、濕度和溫度數(shù)據(jù)的數(shù)字調(diào)制的400MHz信號(hào)。因此，無(wú)線電探空儀1包含所有用于獲得天氣和位置數(shù)據(jù)的必需設(shè)備和用于向在地面站或者例如位于飛機(jī)上的接收站中的進(jìn)一步處理設(shè)備發(fā)送該信息的發(fā)射機(jī)。依照本發(fā)明，由于新型接收器結(jié)合數(shù)字調(diào)制和糾錯(cuò)方法的使用來(lái)提供改善的靈敏度，發(fā)射機(jī)信號(hào)可以通過(guò)全向天線2來(lái)接收。典型地，無(wú)線電探空儀1的位置數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)單獨(dú)的天線3來(lái)接收。由天線2和3接收的信號(hào)都被送入數(shù)字接收器4進(jìn)行下一步處理。天氣數(shù)據(jù)的下一步處理在接收器的射頻模塊6中進(jìn)行，而無(wú)線電探空儀的位置數(shù)據(jù)在位置數(shù)據(jù)模塊5中處理。來(lái)自兩個(gè)模塊的數(shù)據(jù)流都在計(jì)算模塊7中進(jìn)行進(jìn)一步處理，并且由此將無(wú)線電探空儀數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到地面站的終端處理設(shè)備8中。位置數(shù)據(jù)也可以通過(guò)GPS系統(tǒng)或Loran-C或其他任何等效導(dǎo)航系統(tǒng)的幫助來(lái)獲得。
在圖2中顯示了用于無(wú)線電探空儀系統(tǒng)的數(shù)字接收器的基本構(gòu)造。在不同前端模塊11的幫助下，接收器對(duì)從天線10在不同頻帶接收的數(shù)據(jù)作出響應(yīng)。例如在歐洲，將下列頻帶分配給無(wú)線電探空儀使用400.15-406MHz1668.4-1700MHz在圖1中所示的400MHz接收器中，首先在RF前端模塊11中將信號(hào)下變換到第一中間頻率(IF)。然后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器12對(duì)信號(hào)采樣并且在數(shù)字混合器13(DDC)的幫助下再次下變換到第二中間頻率。送入1680MHz接收器的接收信號(hào)可以在采樣前進(jìn)行多次下變換。否則接收器以與400MHz接收器同樣的方式進(jìn)行信號(hào)處理。
多頻道系統(tǒng)可以通過(guò)多個(gè)數(shù)字混合器13來(lái)實(shí)現(xiàn)。于是，轉(zhuǎn)換器12的輸入信號(hào)可以涵蓋例如整個(gè)400MHz無(wú)線電探空儀頻帶，從而借助于數(shù)字混合器13對(duì)所選頻道進(jìn)行過(guò)濾。數(shù)字信號(hào)的進(jìn)一步處理通過(guò)信號(hào)處理器14進(jìn)行。借助于前端處理器15，對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理以用于通過(guò)LAN(局域網(wǎng))連接16或串行端口17傳輸，以便使天氣和位置數(shù)據(jù)可以通過(guò)常規(guī)計(jì)算機(jī)環(huán)境例如Windows、NT或Linux操作系統(tǒng)和/或在這些操作系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件來(lái)訪問(wèn)。實(shí)際上，前端處理器15是在合適的軟件例如NT操作系統(tǒng)上運(yùn)行的常規(guī)PC。
圖3的框圖顯示了在一個(gè)頻道中的后端處理的一些細(xì)節(jié)。
如圖3所示，采樣信號(hào)在混合器13中進(jìn)行數(shù)字下變換31。信號(hào)處理器14相應(yīng)地執(zhí)行本方法的下列步驟—自動(dòng)頻率控制32，—解調(diào)33，—頻道均衡34補(bǔ)償該頻道的不理想特性，—糾錯(cuò)35，和—錯(cuò)誤檢測(cè)36。
最后，前端處理器15處理發(fā)送37數(shù)據(jù)到終端用戶。
一般地，對(duì)無(wú)線電探空儀信號(hào)的中心頻率進(jìn)行監(jiān)視，并且自動(dòng)補(bǔ)償該中心頻率的變化，以便可以在探空儀本身使用低代價(jià)的振蕩。然而結(jié)合本發(fā)明，假定無(wú)線電探空儀的振蕩器具有足夠高的質(zhì)量，就可以省略對(duì)中心頻率的監(jiān)視。
通過(guò)信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。在數(shù)字頻道上的傳輸通過(guò)數(shù)字調(diào)制(例如GMSK)來(lái)進(jìn)行。
解調(diào)之后，使用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修正。結(jié)合數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，可以使用例如Reed-Solomon編碼方案的現(xiàn)代糾錯(cuò)方法。
由于糾錯(cuò)算法僅能修正有限的錯(cuò)誤，還需要使用例如檢驗(yàn)和的驗(yàn)證對(duì)數(shù)據(jù)完整性進(jìn)一步檢測(cè)。為此，使用一個(gè)或多個(gè)適于表示接收數(shù)據(jù)的完整性的檢驗(yàn)和算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。對(duì)于檢驗(yàn)和計(jì)算可用多個(gè)不同的算法。
頻道均衡也可以使用先驗(yàn)的已知訓(xùn)練特征序列來(lái)完成。于是，借助于已知特征序列和接收器特征序列來(lái)計(jì)算傳輸頻道的傳輸函數(shù)，從而利用計(jì)算的傳輸函數(shù)就可能進(jìn)行信號(hào)修正。然而頻道均衡并非對(duì)于本發(fā)明的功能所必須進(jìn)行的操作，可以優(yōu)選地使用它來(lái)改善系統(tǒng)的性能。
信號(hào)處理器14進(jìn)一步將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角岸颂幚砥?5的服務(wù)器處理中，其通過(guò)局域網(wǎng)16將數(shù)據(jù)分布到終端用戶處理中。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線電探空儀系統(tǒng)，包括-具有獲得位置和/或天氣數(shù)據(jù)的裝置和通過(guò)射頻路徑對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行下游傳輸?shù)难b置的至少一個(gè)無(wú)線電探空儀(1)，-用于接收所述天氣和/或位置數(shù)據(jù)的信號(hào)獲取裝置(2，3)，和-用于處理所述接收信號(hào)的接收裝置(4)，接收裝置包含-用于將所述接收信號(hào)頻率下變換到適于采樣的中間頻率的RF電路元件(11)，其特征在于所述接收裝置(4)包含-用于在所述中間頻率進(jìn)行所述采樣的采樣裝置(12)，-用于從采樣信號(hào)中對(duì)所需頻帶進(jìn)行選擇性過(guò)濾的至少一個(gè)數(shù)字混合器裝置(13)，和-用于在所述所需頻帶進(jìn)行并行信號(hào)處理的處理器裝置(14)。
2.權(quán)利要求1的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于在例如PC環(huán)境下顯示所述天氣和位置數(shù)據(jù)的后處理器裝置(15，16，17)。
3.一種用于從無(wú)線電探空儀接收位置和/或天氣數(shù)據(jù)的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器(4)，該接收器(4)包括-用于接收所述天氣和/或位置數(shù)據(jù)的信號(hào)獲取裝置(2，3)，和-用于處理所述接收信號(hào)的裝置(4)，該裝置包含-用于將所述接收信號(hào)頻率下變換到適于采樣的中間頻率的RF電路元件(11)，其特征在于所述接收裝置(4)包含-用于在所述中間頻率進(jìn)行所述采樣的采樣裝置(12)，-用于從采樣信號(hào)中對(duì)所需頻帶進(jìn)行選擇性過(guò)濾的至少一個(gè)數(shù)字裝置(13)，和-用于在所述所需頻帶進(jìn)行并行信號(hào)處理的處理器裝置(14)。
4.權(quán)利要求3的無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器(4)，其特征在于該接收器(4)包含用于在例如PC環(huán)境下顯示所述天氣和位置數(shù)據(jù)的后處理器裝置(15，16，17)。
5.用于無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器(4)的信號(hào)處理方法，該方法包括步驟-通過(guò)信號(hào)獲取裝置(2，3)接收由無(wú)線電探空儀(1)傳送的信號(hào)，和-將接收信號(hào)下變換到適于采樣的中間頻率，其特征在于-在所述中間頻率進(jìn)行采樣，-對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行所需頻帶的選擇性過(guò)濾，和-在所述所需頻帶進(jìn)行并行信號(hào)處理。
6.權(quán)利要求5的信號(hào)處理方法，其特征在于通過(guò)數(shù)字裝置(31)對(duì)所述采樣信號(hào)(30)下變換。
7.權(quán)利要求5或6的信號(hào)處理方法，其特征在于通過(guò)使用自動(dòng)頻率控制(32)跟蹤所述信號(hào)。
8.權(quán)利要求5、6或7的信號(hào)處理方法，其特征在于對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行頻道均衡(34)以便補(bǔ)償數(shù)據(jù)傳輸頻道的不理想特性。
9.前述任何一個(gè)權(quán)利要求的信號(hào)處理方法，其特征在于使用糾錯(cuò)(35)和檢驗(yàn)和驗(yàn)證(36)對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行處理。
全文摘要
本說(shuō)明書公開(kāi)了一種無(wú)線電探空儀系統(tǒng)、無(wú)線電探空儀系統(tǒng)接收器和無(wú)線電探空儀接收器中的信號(hào)處理方法。無(wú)線電探空儀系統(tǒng)包括具有獲得位置和/或天氣數(shù)據(jù)的裝置和通過(guò)射頻路徑對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行下游傳輸?shù)难b置的至少一個(gè)無(wú)線電探空儀(1)，用于接收所述天氣和/或位置數(shù)據(jù)的信號(hào)獲取裝置(2，3)，和用于處理所述接收信號(hào)的接收裝置(4)，該接收裝置包含用于將所述接收信號(hào)頻率下變換到稱為第一中間頻率的較低頻率的RF電路元件(11)。根據(jù)本發(fā)明，該接收裝置(4)包含在該中間頻率進(jìn)行采樣的采樣裝置(12)，用于從采樣信號(hào)對(duì)所需頻帶進(jìn)行選擇性過(guò)濾的至少兩個(gè)數(shù)字混合器裝置(13)，和用于在所需頻帶進(jìn)行并行信號(hào)處理的處理器裝置(14)。
文檔編號(hào)G01W1/02GK1656392SQ03811847
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者H·安德森, J·亞蒂寧, J·阿克伯格 申請(qǐng)人:威易拉有限公司