本實(shí)用新型涉及頻譜分析等技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

將時(shí)域信號(hào)變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析。頻譜分析的目的是把復(fù)雜的時(shí)間歷程波形，經(jīng)過(guò)傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量來(lái)研究，以獲得信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波和相位信息。

測(cè)試信號(hào)的頻域分析是把信號(hào)的幅值、相位或能量變換以頻率坐標(biāo)軸表示，進(jìn)而分析其頻率特性的一種分析方法，又稱為頻譜分析。對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可以獲得更多有用信息，如求得動(dòng)態(tài)信號(hào)中的各個(gè)頻率成分和頻率分布范圍，求出各個(gè)頻率成分的幅值分布和能量分布，從而得到主要幅度和能量分布的頻率值。

由時(shí)間函數(shù)求頻譜函數(shù)的傅里葉變換公式就是將該時(shí)間函數(shù)乘以以頻率為系數(shù)的指數(shù)函數(shù)之后，在從負(fù)無(wú)限大到正無(wú)限大的整個(gè)區(qū)間內(nèi)，對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，這樣就得到了與這個(gè)時(shí)間函數(shù)對(duì)應(yīng)的，以頻率為自變量的頻譜函數(shù)。頻譜函數(shù)是信號(hào)的頻域表示方式。根據(jù)上述傅里葉變換公式，可以求出常數(shù)(直流信號(hào))的頻譜函數(shù)為頻域中位于零頻率處的一個(gè)沖激函數(shù)，表示直流信號(hào)就是一個(gè)頻率等于零的信號(hào)。與此相反，沖激函數(shù)的頻譜函數(shù)等于常數(shù)，表示沖激函數(shù)含有無(wú)限多個(gè)、頻率無(wú)限密集的正弦成分。同樣的，單個(gè)正弦波的頻譜函數(shù)就是頻域中位于該正弦波頻率處的一對(duì)沖激函數(shù)。

利用傅里葉變換的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，并按頻率展開(kāi)，使其成為頻率的函數(shù)，進(jìn)而在頻率域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行研究和處理的一種過(guò)程，稱為頻譜分析。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可發(fā)送高精度、全天時(shí)、全天候的導(dǎo)航、定位和授時(shí)信息,是當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)不可或缺的重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。該系統(tǒng)在交通運(yùn)輸、電力、水利、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、電信、測(cè)繪、森林防火以及減災(zāi)救災(zāi)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛,已形成龐大的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)；在軍事領(lǐng)域中,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)武器平臺(tái)精確導(dǎo)航定位和制導(dǎo)武器遠(yuǎn)程精確打擊的關(guān)鍵支撐,是現(xiàn)代高技術(shù)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要保障。同時(shí),由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)本身的特性,其到達(dá)地面的信號(hào)功率很微弱,到達(dá)地面的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)功率一般在-160dBW左右；而按輻射源功率0.1W計(jì)算,使用1.5GHz頻率發(fā)射則在1km處的干擾信號(hào)功率為-106dBW,比衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)到達(dá)地面的信號(hào)高40dB(10000倍)以上。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)微弱,容易受到干擾。干擾將表現(xiàn)為受到干擾后,將直接影響到信號(hào)的捕獲、跟蹤、解調(diào)等,使用戶機(jī)測(cè)距精度下降、誤碼率增高。影響整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能.將嚴(yán)重影響我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運(yùn)行,給國(guó)家造成損失。

目前我國(guó)北斗頻段接收系統(tǒng)受到干擾的事件日益增多，所以我國(guó)面臨的一個(gè)緊迫任務(wù)是要建立相適應(yīng)的北斗頻段干擾源定位系統(tǒng)，保護(hù)我國(guó)的信息安全。裝備專業(yè)干擾定向監(jiān)測(cè)設(shè)備；建立并完善北斗衛(wèi)星導(dǎo)航頻率干擾探測(cè)是目前的重點(diǎn)。

面對(duì)干擾源查找定位的難題，至今，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都還沒(méi)有有效的滿足定位的裝備。目前，國(guó)內(nèi)外定位主要為比幅測(cè)向定位，相位干涉測(cè)向定位和基于時(shí)差頻差的定位，測(cè)向定位采取先測(cè)向然后交叉定位的方法。測(cè)向目前采取的是比幅法，該法具有測(cè)向精度不高的特點(diǎn)。而相位干涉儀具有模糊值和天線孔徑限制的局限性。同時(shí)時(shí)差定位需要采用多站定位方式，站點(diǎn)多，便攜性極差，設(shè)備多且造價(jià)高，具有一定的局限性，并不能有效的滿足干擾源查找的需求。

面對(duì)市場(chǎng)的迫切需求，國(guó)內(nèi)外針對(duì)干擾源測(cè)向定位設(shè)備，尋求新的有效方案解決這一困難問(wèn)題。目前主要的裝備趨勢(shì)有：(1)設(shè)備定位高精度、(2)高靈敏度、(3)高抗擾度。而相關(guān)干涉體制技術(shù)優(yōu)勢(shì)具有上述特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)，為進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向而設(shè)計(jì)出搭建的無(wú)線電測(cè)向用系統(tǒng)，能夠改善測(cè)向定位機(jī)制，提供大帶寬信號(hào)測(cè)向定位，高靈敏度高速掃描速度測(cè)向定位，提高測(cè)向精度，實(shí)時(shí)處理速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)，包括天線陣列、射頻通道、ADC模塊、信號(hào)處理模塊及運(yùn)算電路，所述天線陣列與射頻通道相連接，所述射頻通道與ADC模塊相連接，所述ADC模塊與信號(hào)處理模塊相連接，所述信號(hào)處理模塊與運(yùn)算電路相連接。

進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述射頻通道內(nèi)設(shè)置有第一射頻通道和第二射頻通道，所述天線陣列分別與第一射頻通道和第二射頻通道相連接，所述ADC模塊分別與第一射頻通道和第二射頻通道相連接。

進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述ADC模塊內(nèi)設(shè)置有第一ADC模塊和第二ADC模塊，所述第一ADC模塊和第二ADC模塊皆與信號(hào)處理模塊相連接，所述第一射頻通道連接第一ADC模塊，所述第二射頻通道連接第二ADC模塊。

進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述天線陣列采用5單元等間隔分布的天線陣列。

進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述信號(hào)處理模塊采用FPGA芯片搭建。

進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述運(yùn)算電路采用DSP芯片搭建。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

本實(shí)用新型為進(jìn)行無(wú)線電測(cè)向而設(shè)計(jì)出搭建的無(wú)線電測(cè)向用系統(tǒng)，能夠改善測(cè)向定位機(jī)制，提供大帶寬信號(hào)測(cè)向定位，高靈敏度高速掃描速度測(cè)向定位，提高測(cè)向精度，實(shí)時(shí)處理速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型具有先進(jìn)的測(cè)向定位機(jī)制，相關(guān)干涉不需要對(duì)天線的最小孔徑做限制，具有更強(qiáng)的抗多徑失真能力，相關(guān)干涉只需要單或者雙通道即可以；相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)向機(jī)制，測(cè)向速度快，高精度，高靈敏度和高抗干擾度等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型具有大帶寬信號(hào)測(cè)向定位功能，本系統(tǒng)寬帶測(cè)向的實(shí)時(shí)帶寬可以達(dá)到30MHZ，本系統(tǒng)結(jié)合高速信號(hào)處理器件FPGA、DSP短時(shí)間內(nèi)完成多信道的信道化工作，其信道化分辨率可以達(dá)到30HZ，而且利用對(duì)多信道同時(shí)測(cè)向的優(yōu)勢(shì)，確定頻率起止范圍后，系統(tǒng)可以持續(xù)的進(jìn)行掃描，同時(shí)，對(duì)于同一信道的信號(hào)，仰制度也是相當(dāng)?shù)母?，一般同信道?nèi)信噪比相差3db的信號(hào)也能檢測(cè)出來(lái)。

本實(shí)用新型基于高靈敏度高速掃描速度測(cè)向定位功能，測(cè)向靈敏度就是衡量監(jiān)測(cè)測(cè)向定位設(shè)備對(duì)微弱信號(hào)的靈敏程度，測(cè)向天線獲得準(zhǔn)方位所需的最小場(chǎng)強(qiáng)可以低到0.2UV/m到1UV/m；同時(shí)利用先進(jìn)的信號(hào)處理器可以使得掃描速度達(dá)到100GH/s以上。

本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)多樣的信號(hào)識(shí)別和參數(shù)估計(jì)，對(duì)于基本的模擬數(shù)字通信信號(hào)都能有效的識(shí)別，具有多種信號(hào)盲估計(jì)的功能且精度高。同時(shí)對(duì)于跳頻和擴(kuò)頻的干擾源信號(hào)具有識(shí)別和參數(shù)估計(jì)。

本實(shí)用新型具有高度的集成度和可選的DC供電選件，特別適亦移動(dòng)和可搬移應(yīng)用；高性能的接收機(jī)技術(shù)具有高達(dá)-115dBm的靈敏度和110dB的動(dòng)態(tài)范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型所述天線陣列的測(cè)向天線組陣示意圖。

具體實(shí)施方式

值得注意的是，本實(shí)用新型在實(shí)施時(shí)不可避免的會(huì)涉及到軟件程序等內(nèi)容，但在現(xiàn)有技術(shù)的各類軟件程序即可滿足本實(shí)用新型的使用，本實(shí)用新型不對(duì)軟件程序做更改亦不做保護(hù)，只是為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的及功能而設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

樣本庫(kù)的建立：

假設(shè)我們以5°等間隔測(cè)試方位來(lái)收集系統(tǒng)原始相位樣本，在每一個(gè)測(cè)試方位的系統(tǒng)原始相位樣本為對(duì)照表形式如下：

測(cè)量方位與系統(tǒng)相位對(duì)照表

實(shí)際工程根據(jù)需要我們可以2度為間隔。假如說(shuō)我們采集15組，每一組測(cè)向天線理論上所得的相位差應(yīng)該等于或者等于pi.如果相差很大就應(yīng)該舍去，最后的樣本最好是通過(guò)加權(quán)平均求到。最后將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到-pi到pi中。如果測(cè)得的頻率不為整數(shù)可以用內(nèi)插法求：

在實(shí)際工程中樣本庫(kù)的建立是建立在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)的基礎(chǔ)上。

實(shí)施例1：

無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)，如圖1、圖2所示，包括天線陣列、射頻通道、ADC模塊、信號(hào)處理模塊及運(yùn)算電路，所述天線陣列與射頻通道相連接，所述射頻通道與ADC模塊相連接，所述ADC模塊與信號(hào)處理模塊相連接，所述信號(hào)處理模塊與運(yùn)算電路相連接。

在設(shè)計(jì)使用時(shí)，由天線陣列接收無(wú)線電信號(hào)，通過(guò)射頻通道接收射頻信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)變頻濾波等處理，得到符合后端處理的中頻模擬信號(hào)，中頻模擬信號(hào)通過(guò)ADC模塊進(jìn)行信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字中頻信號(hào)，然后由信號(hào)處理模塊完成對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)的信號(hào)處理工作，再通過(guò)運(yùn)算電路完成數(shù)據(jù)相關(guān)運(yùn)算(DDC、FFT等)并得到接收信號(hào)相位差，與內(nèi)置樣本數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較運(yùn)算(該運(yùn)算為數(shù)據(jù)相關(guān)運(yùn)算的現(xiàn)有技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn))獲取測(cè)向方向。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，如圖1、圖2所示，特別采用下述設(shè)置方式：所述射頻通道內(nèi)設(shè)置有第一射頻通道和第二射頻通道，所述天線陣列分別與第一射頻通道和第二射頻通道相連接，所述ADC模塊分別與第一射頻通道和第二射頻通道相連接。

在設(shè)計(jì)使用時(shí)，由天線陣列接收無(wú)線電信號(hào)，通過(guò)第一射頻通道和第二射頻通道接收射頻信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)變頻濾波等處理，得到符合后端處理的中頻模擬信號(hào)，中頻模擬信號(hào)通過(guò)ADC模塊進(jìn)行信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字中頻信號(hào)，然后由信號(hào)處理模塊完成對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)的信號(hào)處理工作，再通過(guò)運(yùn)算電路完成數(shù)據(jù)相關(guān)運(yùn)算并得到接收信號(hào)相位差，與內(nèi)置樣本數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較運(yùn)算(該運(yùn)算為數(shù)據(jù)相關(guān)運(yùn)算的現(xiàn)有技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn))獲取測(cè)向方向。

所述射頻通道，接收來(lái)自天線陣列內(nèi)測(cè)向天線端輸出的射頻信號(hào)，進(jìn)行指定信號(hào)的變頻、濾波等信號(hào)處理工作；

所述ADC模塊，將射頻通道輸出的中頻模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字中頻信號(hào)，供后端信號(hào)處理使用。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，如圖1、圖2所示，特別采用下述設(shè)置方式：所述ADC模塊內(nèi)設(shè)置有第一ADC模塊和第二ADC模塊，所述第一ADC模塊和第二ADC模塊皆與信號(hào)處理模塊相連接，所述第一射頻通道連接第一ADC模塊，所述第二射頻通道連接第二ADC模塊。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，如圖1、圖2所示，特別采用下述設(shè)置方式：所述天線陣列采用5單元等間隔分布的天線陣列。

所述天線陣列，完成信號(hào)接收。為基于對(duì)天線重量、體積、準(zhǔn)確度等各方面指標(biāo)的綜合考慮，內(nèi)部所設(shè)置的測(cè)向天線采用5單元等間隔分布。設(shè)5個(gè)天線元編號(hào)為T(mén)1到T5，天線孔徑為d。所述天線陣列的測(cè)向天線組陣示意圖如圖2所示。

理論上五條基線上相應(yīng)的相位差分別是：

${\mathrm{\φ}}_{1-3}=\frac{2*pi*D}{\mathrm{\λ}}\sin (\mathrm{\θ}+2/5*pi*4)......\left(1\right)$

${\mathrm{\φ}}_{2-4}=\frac{2*pi*D}{\mathrm{\λ}}\sin (\mathrm{\θ}+2/5*pi*3)......\left(2\right)$

${\mathrm{\φ}}_{3-5}=\frac{2*pi*D}{\mathrm{\λ}}\sin (\mathrm{\θ}+2/5*pi*2)......\left(3\right)$

${\mathrm{\φ}}_{4-1}=\frac{2*pi*D}{\mathrm{\λ}}\sin (\mathrm{\θ}+2/5*pi*1)......\left(4\right)$

${\mathrm{\φ}}_{5-2}=\frac{2*pi*D}{\mathrm{\λ}}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)......\left(5\right)$

在設(shè)計(jì)使用時(shí)，通過(guò)FFT法可以求得各個(gè)通道的相位差，通過(guò)FFT可以得到兩路同頻率的離散頻譜，然后分別求出其在最大譜線處的相位值，即可求得的兩路信號(hào)的相位值相減就可以得到兩路信號(hào)的相位差。相位差與樣本庫(kù)中的相位差做相關(guān)比較得到最大的點(diǎn)即為測(cè)向的方向。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述信號(hào)處理模塊采用FPGA芯片搭建；由FPGA進(jìn)行FFT等所需復(fù)雜算法的信號(hào)處理；FPGA優(yōu)選Xilinx V5SX95T，其具有高集成度、高性能、高性價(jià)比。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置方式：所述運(yùn)算電路采用DSP芯片搭建；由DSP完成對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析、運(yùn)算、樣本庫(kù)存放比較計(jì)算等工作，最終求取測(cè)向方向，SP芯片優(yōu)選資源豐富、實(shí)時(shí)處理速度快、高性能、高性價(jià)比的芯片，優(yōu)選使用TMS320C6455。

在多單元圓陣中，我們選取一些天線對(duì)，假如射入一個(gè)確定的空間來(lái)波，

通過(guò)天線對(duì)就可以得到相應(yīng)的相位差，這些相位差值由天線對(duì)的相對(duì)位置來(lái)決定。假設(shè)我們標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)預(yù)先得到的空間方向?qū)?yīng)的系統(tǒng)相位樣本庫(kù)寫(xiě)成矢量形式就是Φ_i＝(φ_1i,φ_2i,φ_3i,......φ)^T,i＝1,2,...n，對(duì)于一個(gè)實(shí)際信號(hào)得到的相位樣本為復(fù)矢量Φ，Φ＝(φ₁,φ₂,φ₃,...........φ_m)；Φ分別與Φ_i進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算有兩種常用的相關(guān)運(yùn)算：

${\mathrm{\ρ}}_i=\frac{{\mathrm{\Φ}}^T\mathrm{\Φ}}{{\[{\mathrm{\Φ}}^T\mathrm{\Φ}\]}^{1/2}{\[{{\mathrm{\Φ}}_i}^T{\mathrm{\Φ}}_i\]}^{1/2}},i=1,2,3...n$

所求到的最大值相對(duì)應(yīng)的原始相位樣本代表的方位值就是實(shí)際入射角的方向角。

第二種方法是以原始相位的余弦和正弦作為樣本與實(shí)際測(cè)到的做相關(guān)運(yùn)算：

${\mathrm{\ρ}}_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}cos({\mathrm{\Φ}}_{ji}-{\mathrm{\Φ}}_j),i=1,2,3...n$

第一種方法因?yàn)橛邢辔坏奶?，同時(shí)第二種方法可以避免鑒相時(shí)的三角運(yùn)算，優(yōu)選選擇第二種方法。

求出來(lái)最大值對(duì)應(yīng)的就是要測(cè)的方向。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。