本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領域，特別涉及一種基于視覺的無線電測向裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有無線電發(fā)射源測向定位技術(shù)方案是基于gps或北斗等數(shù)字地圖坐標結(jié)合兩個或兩個以上使用者位置坐標，逆向無線電測向傳感器角度數(shù)據(jù)進行交叉定點原理的計算，輸出特定無線電發(fā)射源目標計算結(jié)果，如：經(jīng)度、緯度等信息。最后利用軟件技術(shù)呈現(xiàn)基于二維數(shù)字地圖坐標的定位結(jié)果。

例如：圖1表示的是一種基于二維數(shù)字地圖的無線電發(fā)射源測向定位方案示意圖，其基于二緯數(shù)字地圖坐標系的交叉定點原理為：首選，由a點測出一條方向線，記錄經(jīng)度1，緯度1，逆向信號方向1；其次b點同理，記錄經(jīng)度2，緯度2，逆向信號方向；最后計算出數(shù)字地圖坐標系中兩條方向線的交點經(jīng)度，緯度即為無線電發(fā)射源位置；圖5是現(xiàn)有技術(shù)中典型定向天線的波瓣性能示意圖。

因此現(xiàn)有的二維數(shù)字地圖的無線電發(fā)射源測向定位方案對比第一代采用技術(shù)人員使用便攜頻譜分析儀或無線測試設備加上定向天線，依據(jù)大致方向不斷逼近信號發(fā)射源結(jié)合信號強度變化測向定位無線電發(fā)射源的方法，更智能，在判斷大致位置上效率更高些。但鑒于實際無線電發(fā)射源的監(jiān)測，管理，或執(zhí)法等應用場景往往需要精確定位到發(fā)射源所在詳細具體的地址（如建筑），安裝位置，具體發(fā)射源物件形狀，甚至歸屬者。而現(xiàn)有的這種技術(shù)存在幾個缺點：

1、缺少高度等信息，現(xiàn)實場景中，常常遇到無線電發(fā)射源大致在一棟上百戶的高樓里，但無法定位具體在哪層樓高，哪戶家里，無法進一步執(zhí)法或整改；

2、方案實現(xiàn)過程中需要依賴精度受限的電子器件，導致引入二次誤差，誤差較大，僅適用于大致位置定位。例如：電子羅盤或陀螺儀的方向角度精度（典型正負2.5度），gps或衛(wèi)星定位精度（典型10米），參考地圖坐標誤差，因此需要改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于視覺的無線電測向裝置及其控制方法，其能夠直觀地進行基于使用者相對位置的視覺的無線電波信號的測向，最終提高測量精度，提高測向效率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的一種基于視覺的無線電測向裝置，包括相互扣合的上殼體、下殼體以及設置在上殼體、下殼體之間的固定件，在固定件上分別設有光學鏡頭單元和無線電定向接收天線，所述光學鏡頭單元中的光學鏡頭的定向接收中心軸線與無線電定向接收天線定向接收方向保持一致或平行；在上殼體、下殼體之間還設有：

一視覺圖像處理單元，所述視覺圖像處理單元對光學鏡頭單元接收到的影像進行處理然后變成數(shù)字影像信息；

一無線電接收機單元，所述無線電接收機單元對無線電定向接收天線接收到的無線電信號處理成無線電頻譜分析信號信息；

一gps定位單元，對所處位置進行實時采集、定位；

一計算機，所述計算機分別與視覺圖像處理單元、無線電接收機單元、gps定位單元電性連接。

作為優(yōu)選，在上殼體和下殼體之間還設有外接射頻輸入sma接口、usb擴展接口和電子陀螺儀，所述外接射頻輸入sma接口、usb擴展接口和電子陀螺儀均固定在固定件上。

本發(fā)明還公開了一種基于視覺的無線電測向裝置的控制方法，其具體采用如下步驟：

a）通過調(diào)整上述裝置，以使用者位置作為視覺定位的原點，轉(zhuǎn)動實現(xiàn)水平方向360度轉(zhuǎn)動，測定水平方向入射角；豎直方正負90度轉(zhuǎn)動測定俯仰入射角；

b）計算機讀取本振時鐘，同時給對光學鏡頭單元接收到的光波處理后的視覺影像數(shù)據(jù)信息與無線電接收機單元接收到的無線電頻譜分析信息流進行授時，實現(xiàn)可見光影像信息流與無線電信號數(shù)據(jù)流信息的時間同步；

c）對光學鏡頭單元接收到光學影像進行數(shù)字化后，數(shù)字圖像處理系統(tǒng)像素分辨率輸出數(shù)字化影像，建立視覺坐標系；數(shù)字化影像后現(xiàn)實中的3維物體或環(huán)境均投影到視覺坐標f（x，y）中，帶有與測量者為觀測原點的感官左右，及高低位置坐標；光學鏡頭單元接收到光學影像數(shù)字化后的任意1個分辨像素的方位定位均可以表征為f（x，y），數(shù)字處理影像的分辨率越高，相對位置分辨率就越高；

d）對無線電定向接收天線的波瓣性能橫截面坐標的建立，采用數(shù)學方法，取測試者為原點，定向天線正90至-90度范圍，以0度角為方向映射至正90度至負90度的截面，得到定向無線電天線定向性能的坐標f（x，y）；

e）將光學視覺坐標與無線天線波瓣性能坐標的精細校準，校準后對準兩個坐標原點一致，歸一為統(tǒng)一坐標；歸一后，f（x，y）中的坐標用不同顏色區(qū)分定向增益的高低；可自定義不同增益區(qū)間邊界圈對應的顏色，默認紅色圈內(nèi)代表定向增益最強的區(qū)域，橙，黃，綠，藍次之，黃色其次。經(jīng)過每個像素對應的光學影像定位坐標位置的無線電波入射到無線定向接收天線傳播路徑，對應的接收增益是已知的；

f）水平方向360度旋轉(zhuǎn)該裝置，計算機同步接收到的無線電波頻譜強度隨著無線電發(fā)射源在光學坐標中的坐標位置變化而變化，當接收到目標頻率無線電波信號最強時那刻，無線電發(fā)射源處于識別最高增益圈內(nèi)范圍的坐標范圍，此時對應的角度等于水平方向無線電波入射角；

g）獲得水平入射角后，固定件俯仰角正負90度，對比無線電接收機單元獲得接收到的無線電波頻譜信號強度最強時，固定件俯仰角等于無線電發(fā)射源的豎直入射角；

h）測向完畢后獲得無線帶發(fā)射源信號入射的水平入射角，豎直入射角,對應固定件上光學鏡頭單元接收到的光學影像，坐標f（0，0）坐標的最高增益識別圈內(nèi)的可視物件影像即為無線電信號發(fā)射源，此時發(fā)射源定位的位置與使用者的視覺感官的左，右，高，低相對位置一致;視覺影像坐標中的環(huán)境，建筑，特征物件等作為無線點信號發(fā)射源的相對位置參照物。

本發(fā)明得到的一種基于視覺的無線電測向裝置及其控制方法，能夠直觀地觀察測定無線電波的測向，最終提高測量精度，提高定位效率。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中基于二維數(shù)字地圖的無線電發(fā)射源測向定位方案示意圖。

圖2是本實施例中一種基于視覺的無線電測向裝置的結(jié)構(gòu)分解圖。

圖3是本實施例中的一種基于視覺的無線電測向裝置中內(nèi)部控制部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是（x，y）視覺坐標體系建立示意圖。

圖5是現(xiàn)有技術(shù)中典型定向天線的波瓣性能示意圖。

圖6是本實施例中無線電定向增益&視覺側(cè)向f（x，y）示例圖。

圖7是裝置實際應用于無線電發(fā)射源測向定位的實例圖。

圖中：1.上殼體；2.下殼體；3.固定件；4.光學鏡頭單元；5.無線電定向接收天線；6.視覺圖像處理單元；7.無線電接收機單元；8.gps定位單元；9.計算機；10.外接射頻輸入sma接口；11.usb擴展接口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例：

如圖2、3、4、6和7所示，本實施例提供的一種基于視覺的無線電測向裝置，包括相互扣合的上殼體1、下殼體2以及設置在上殼體1、下殼體2之間的固定件3，在固定件3上分別設有光學鏡頭單元4和無線電定向接收天線5，所述光學鏡頭單元4中的光學鏡頭的定向接收中心軸線與無線電定向接收天線5定向接收方向保持一致或平行；在上殼體1、下殼體2之間還設有：

一視覺圖像處理單元6，所述視覺圖像處理單元6對光學鏡頭單元4接收到的影像進行處理然后變成數(shù)字影像信息；

一無線電接收機單元7，所述無線電接收機單元7對無線電定向接收天線5接收到的無線電信號進行濾波收集目標頻率無線電信號采集、ad轉(zhuǎn)換處理、傅立葉轉(zhuǎn)換最終變成頻譜分析信號信息；

一gps定位單元8，對所處位置進行實時采集、定位；

一計算機9，所述計算機9分別與視覺圖像處理單元6、無線電接收機單元7、gps定位單元8電性連接。

作為優(yōu)選，在上殼體1和下殼體2之間還設有外接射頻輸入sma接口10、usb擴展接口11和電子陀螺儀12，外接射頻輸入sma接口10、usb擴展接口11和電子陀螺儀12均固定在固定件3上。

本發(fā)明還公開了一種基于視覺的無線電測向裝置的控制方法，其具體采用如下步驟：

a）通過調(diào)整上述裝置，以使用者位置作為視覺定位的原點，轉(zhuǎn)動實現(xiàn)水平方向360度轉(zhuǎn)動，測定水平方向入射角；豎直方正負90度轉(zhuǎn)動測定俯仰入射角；

b）計算機9讀取本振時鐘，同時給對光學鏡頭單元4接收到的光波處理后的視覺影像數(shù)據(jù)信息與無線電接收機單元7接收到的無線電頻譜分析信息流進行授時，實現(xiàn)可見光影像信息流與無線電信號數(shù)據(jù)流信息的時間同步；

c）對光學鏡頭單元4接收到光學影像進行數(shù)字化后，數(shù)字圖像處理系統(tǒng)像素分辨率輸出數(shù)字化影像，建立視覺坐標系；數(shù)字化影像后現(xiàn)實中的3維物體或環(huán)境均投影到視覺坐標f（x，y）中（如圖4所示），帶有與測量者為觀測原點的感官左右，及高低位置坐標；由于光學鏡頭單元4接收到光學影像數(shù)字化后的任意1個分辨像素的方位定位均可以表征為f（x，y），同時數(shù)字處理影像的分辨率越高，相對位置分辨率就越高；

d）對無線電定向接收天線5的波瓣性能橫截面坐標的建立，由于常見的天線波瓣性能一般表征為水平波瓣與垂直波瓣圖用于表征無線電接收的性能。接收天線的的特定頻率不同入射角，接收信號的增益相對應變化（如圖5所示）采用數(shù)學方法，取測試者為原點，定向天線正90至-90范圍，以0度角為方向映射至正90度至負90度的截面，得到定向無線電天線定向性能的坐標f（x，y）；

e）將光學視覺坐標與無線天線波瓣性能坐標的精細校準，校準后對準兩個坐標原點一致，歸一為統(tǒng)一坐標；歸一后，f（x，y）中的坐標用不同顏色區(qū)分定向增益的高低；可自定義不同增益區(qū)間邊界圈對應的顏色，默認紅色圈內(nèi)代表定向增益最強的區(qū)域，橙，黃，綠，藍次之，黃色其次。經(jīng)過每個像素對應的光學影像定位坐標位置的無線電波入射到無線定向接收天線傳播路徑，對應的接收增益是已知的；

f）水平方向360度旋轉(zhuǎn)該裝置，計算機9同步接收到的無線電波頻譜強度隨著無線電發(fā)射源在光學坐標中的坐標位置變化而變化，當接收到目標頻率無線電波信號最強時那刻，無線電發(fā)射源處于識別最高增益圈內(nèi)范圍的坐標范圍，此時對應的角度等于水平方向無線電波入射角；

g）獲得水平入射角后，固定件3俯仰角正負90度，對比無線電接收機單元7獲得接收到的無線電波頻譜信號強度最強時，固定件3俯仰角等于無線電發(fā)射源的豎直入射角；

h）測向完畢后獲得無線帶發(fā)射源信號入射的水平入射角，豎直入射角,對應固定件3上光學鏡頭單元4接收到的光學影像，坐標f（0，0）坐標的最高增益識別圈內(nèi)的可視物件影像即為無線電信號發(fā)射源，此時發(fā)射源定位的位置與使用者的視覺感官的左，右，高，低相對位置一致;視覺影像坐標中的環(huán)境，建筑，特征物件等作為無線點信號發(fā)射源的相對位置參照物。

由于本實施例同時使用無線電波定向接收以及可見光波定向接收兩種傳感器裝置，定位在固定裝置上保持相對位置穩(wěn)定，使無線電定向接收天線最高增益方向與可見光波定向接收鏡頭中心軸線保持一致或平行實現(xiàn)待測無線電波及可見光波的同向且同步接收，然后用待測目標無線電頻率電波與可見光波均具有電磁波的粒子線性傳播的特性，使用計算機軟件算法無線電定向接收天線定向性能波瓣圖橫截面坐標映射至光學鏡頭接收到的數(shù)字化影像分辨率坐標系，校準歸一為統(tǒng)一視覺定位參考坐標。利用軟件呈現(xiàn)待測目標頻率信號強度隨調(diào)整固定件3不同水平及俯仰角調(diào)整下的視覺分辨率坐標的參考影像變化而變化，當待測目標頻率信號強度最強時視覺參考坐標特定坐標上鎖定無線電發(fā)射源具體位置，高度，及形狀，顏色等，實現(xiàn)可視化側(cè)向定位。最終實現(xiàn)不可見的無線電波“可視化”的水平入射角及俯仰入射角測向及定位。

本實施例具有以下優(yōu)點：

1、本方法及裝置解決了對人類“不可見”的無線電波進行直觀的“可視化”視覺測向定位，更友好，更直觀，降低對技術(shù)人員的經(jīng)驗要求，進而提高測向精度提供無線電發(fā)射源定位效率；

2、實現(xiàn)帶高度信息的視覺相對參照坐標系，解決了現(xiàn)有方案采用的二維數(shù)字地圖缺少高度信息，無法定位表征無線電信號發(fā)射源安裝位置高度等無線電信號發(fā)射源詳細位置定位關(guān)鍵信息的技術(shù)問題；

3、本發(fā)明規(guī)避了現(xiàn)有技術(shù)方案依賴電子陀螺儀等電子器件導致引入的二次誤差的技術(shù)問題，實現(xiàn)無線電入射角測向的角度測量精度大幅度提升。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)方案無法利用現(xiàn)場建筑及器物形狀等環(huán)境信息，無線電信號源天線等外觀特征信息，技術(shù)問題，通過視覺定位輔助甄別嫌疑發(fā)射源具體器物詳細位置，提高定位效率。