本實用新型涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無線信號發(fā)射系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線通信是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，在移動過程中實現(xiàn)的無線通信又稱為移動通信。衛(wèi)星通信是無線通信中最為重要的通信方式，其實利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立的通信聯(lián)系。在國防和民用通信技術(shù)領(lǐng)域，定向通信可以降低發(fā)射功率并減少信息的泄露范圍；目前實現(xiàn)定向通信的方案是在收到目標(biāo)位置信息后通過人工或機(jī)械方式轉(zhuǎn)動定向發(fā)射天線，此種實現(xiàn)定向通信的方法存在效率低下、精度較差的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種無線信號的自動定向發(fā)射系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線信號的自動定向發(fā)射，以降低發(fā)射功耗，減少信息泄露，提高工作效率。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下。

無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)，包括定位定向處理模塊、天線陣控制模塊、功率分配模塊、移相模塊、電源模塊、信號發(fā)射天線陣以及兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線；所述衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線用于接收室外衛(wèi)星導(dǎo)航信號，衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線的輸出端通過屏蔽同軸電纜與定位定向處理模塊的輸入端連接；定位定向處理模塊用于計算出兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線基線法線與正北的夾角和系統(tǒng)中心的位置，并將得到的方向角及位置通過RS422接口送到天線陣控制模塊；天線陣控制模塊結(jié)合通過網(wǎng)絡(luò)通信接收到的目標(biāo)位置信息，計算出目標(biāo)與天線之間的距離和夾角以及信號發(fā)射天線陣中各陣元發(fā)射信號的相位和幅度，然后通過控制移相模塊調(diào)整信號發(fā)射天線中各陣元的相位，通過功率分配模塊調(diào)整各陣元的幅度，從而使天線陣的輻射信號主瓣射向目標(biāo)方向。

上述無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)，所述定位定向處理模塊包括FPGA模塊以及與FPGA模塊連接并分別對應(yīng)兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線的處理單元，處理單元包括依次連接的低噪放放大模塊、下變頻模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述低噪放放大模塊的輸入端連接衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接FPGA模塊的輸入端，F(xiàn)PGA模塊的輸出端連接天線陣控制模塊的輸入端。

上述無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)，所述天線陣控制模塊包括ARM處理器、FPGA控制器、網(wǎng)絡(luò)通信接口以及RS422接口，所述ARM處理器經(jīng)RS422接口與定位定向處理模塊的FPGA模塊輸出端連接，ARM處理器的輸出端連接FPGA控制器的輸入端連接，F(xiàn)PGA控制器的輸出端與移相模塊的輸入端連接。

上述無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)，所述移相模塊包括串聯(lián)連接的六個移相器，六個移相器的相移量分別為5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°。

上述無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)，所述功率分配模塊包括增益可調(diào)功放電路以及兩級串聯(lián)的一分四功分器，所述增益可調(diào)功放電路的受控端連接天線陣控制模塊的輸出端，增益可調(diào)功放電路連接一分四功分器的輸入端。

由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型所取得技術(shù)進(jìn)步如下。

本實用新型利用衛(wèi)星導(dǎo)航信號實現(xiàn)系統(tǒng)自身的定位定向，采用天線陣的方式發(fā)射通信信號，天線陣的信號輻射方向根據(jù)目標(biāo)位置信息及系統(tǒng)自身位置信息進(jìn)行自動調(diào)整，解決了承載系統(tǒng)的平臺在移動狀態(tài)下的天線定向發(fā)射問題，能夠?qū)崿F(xiàn)無線信號的自動定向發(fā)射，降低了發(fā)射功耗，減少了信息泄露，提高了工作效率，具有體積小、重量輕、自動化程度高等特點，可廣泛應(yīng)用于車輛、艦船、飛機(jī)等移動物體中進(jìn)行無線信號的自動定向發(fā)射。

附圖說明

圖1為本實用新型所述無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型所述定位定向模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實用新型所述天線陣控制模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本實用新型所述移相控制模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本實用新型所述移相器電路圖；

圖6為本實用新型所述功率分配模塊結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一種無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括定位定向處理模塊、天線陣控制模塊、功率分配模塊、移相模塊、電源模塊、信號發(fā)射天線陣以及兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線；衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線用于接收室外衛(wèi)星導(dǎo)航信號，兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線的輸出端經(jīng)屏蔽同軸電纜與定位定向處理模塊的輸入端連接，定位定向處理模塊的輸出端連接天線陣控制模塊的輸入端，天線陣控制模塊的輸出端分別與功率分配模塊和移相模塊的輸入端連接，功率分配模塊和移相模塊的輸出端分別與信號發(fā)射天線陣中的各天線陣元連接。電源模塊用于為系統(tǒng)的各個模塊提供電源。

定位定向處理模塊用于計算出兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線的基線法線與正北的夾角和系統(tǒng)中心的位置，并將得到的方向角及位置通過RS422接口輸送到天線陣控制模塊。定位定向處理模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括FPGA模塊以及與FPGA模塊連接并分別對應(yīng)兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線的處理單元，處理單元包括依次連接的低噪放放大模塊、下變頻模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，低噪放放大模塊的輸入端連接衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接FPGA模塊的輸入端，F(xiàn)PGA模塊的輸出端連接天線陣控制模塊的輸入端。其中，F(xiàn)PGA模塊主要完成對衛(wèi)星導(dǎo)航信號的捕獲、跟蹤、導(dǎo)航電文解調(diào)，并根據(jù)導(dǎo)航電文、原始觀測量完成位置、速度、時間、方向信息的解算工作。

天線陣控制模塊根據(jù)定位定向處理模塊發(fā)送的信息以及接收的目標(biāo)位置，計算出目標(biāo)與天線之間的距離和夾角，同時計算出天線陣各陣元發(fā)射信號的相位和幅度，并將移相控制信號和功率控制信號發(fā)射給移相模塊和功率分配模塊。天線陣控制模塊采用ARM+FPGA結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括ARM處理器、FPGA控制器、網(wǎng)絡(luò)通信接口以及RS422接口，ARM處理器經(jīng)RS422接口與定位定向處理模塊的FPGA模塊輸出端連接，ARM處理器的輸出端連接FPGA控制器的輸入端連接，F(xiàn)PGA控制器的輸出端與移相模塊的輸入端連接。其中，ARM處理器用于根據(jù)定位定向處理模塊發(fā)送的信息結(jié)合外部目標(biāo)信息進(jìn)行信號處理，F(xiàn)PGA控制器則主要完成天線陣朝目標(biāo)方向發(fā)射信號時天線陣各陣元的相位設(shè)置和功率的計算，并把相位控制信息送到移相模塊，功率控制信息發(fā)送到功率分配模塊。

移相模塊用于根據(jù)天線陣控制模塊的指令調(diào)整各天線陣元的相位，移相模塊的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括串聯(lián)連接的六個移相器，六個移相器的相移量分別為5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°，用二進(jìn)制碼控制電路控制各 PIN 二極管的通與斷，從而可獲得2⁶（64）個相移狀態(tài)。移相器采用由四個PIN二極管組成的π形電路結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

功率分配模塊用于根據(jù)天線陣控制模塊的指令調(diào)整各天線陣元的幅度，功率分配模塊的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括增益可調(diào)功放電路以及兩級串聯(lián)的一分四功分器，增益可調(diào)功放電路的受控端連接天線陣控制模塊的輸出端，增益可調(diào)功放電路連接一分四功分器的輸入端。增益可調(diào)功放電路根據(jù)天線陣控制模塊傳來的功率控制信號決定外部送來的射頻信號的放大增益，射頻信號經(jīng)增益可調(diào)功放電路進(jìn)行信號放大后，再經(jīng)過多級1分4功分器均等地分配給各天線陣元。

本實用新型的工作原理為：衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線將接收的室外衛(wèi)星導(dǎo)航信號通過屏蔽同軸電纜輸送給定位定向處理模塊；定位定向處理模塊計算出兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線基線法線與正北的夾角和系統(tǒng)中心的位置，并將得到的方向角及位置通過RS422接口送到天線陣控制模塊；天線陣控制模塊結(jié)合通過網(wǎng)絡(luò)通信接收到的目標(biāo)位置信息，計算出目標(biāo)與天線之間的距離和夾角以及信號發(fā)射天線陣中各陣元發(fā)射信號的相位和幅度；然后通過控制移相模塊調(diào)整信號發(fā)射天線中各陣元的相位，通過功率分配模塊調(diào)整各陣元的幅度，從而使天線陣的輻射信號主瓣射向目標(biāo)方向。

無線信號自動定向發(fā)射方法，該方法基于無線信號自動定向發(fā)射系統(tǒng)實現(xiàn)，其原理是利用雙天線獲取系統(tǒng)的位置、方位信息，利用目標(biāo)位置信息和系統(tǒng)自身的位置方向信息調(diào)整天線陣各單元的相位和幅度，使天線陣的信號發(fā)射主瓣射向目標(biāo)。具體包括以下步驟。

A. 開啟電源模塊，使系統(tǒng)各模塊正常工作；啟動兩個衛(wèi)星導(dǎo)航定向天線接收室外衛(wèi)星導(dǎo)航信號，通過射頻電纜送到定位定向處理模塊。

B.兩路室外衛(wèi)星導(dǎo)航的射頻信號送入定位定向處理模塊進(jìn)行處理。首先室外衛(wèi)星導(dǎo)航的射頻信號經(jīng)低噪放放大模塊進(jìn)行低噪放放大處理后，經(jīng)下變頻模塊轉(zhuǎn)換為中頻信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后；FPGA模塊完成信號的捕獲、跟蹤、導(dǎo)航電文解調(diào)，并根據(jù)導(dǎo)航電文、原始觀測量完成自身位置、速度、時間、方向信息的解算，以RS422/RS232接口按要求輸出解算信息。

C. 天線陣控制模塊的ARM處理器通過網(wǎng)絡(luò)通信接口接收外部設(shè)備送來的目標(biāo)位置/方位信息，并通過RS422接口接收系統(tǒng)本身的位置、方向，ARM處理器進(jìn)行信息處理以后，發(fā)送給FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器計算出天線陣各單元需要調(diào)整的相位和幅度，并發(fā)送給移相模塊和功率分配模塊。

D.移相模塊根據(jù)接收的相位調(diào)節(jié)指令調(diào)整天線陣元的相位。

F. 需要發(fā)射的信號通過射頻電纜接入到功率分配模塊，功率分配模塊根據(jù)天線陣控制模塊傳來的功率控制信號對射頻信號進(jìn)行信號放大，然后通過一分四功分器輸送到各天線陣元，通過天線陣元發(fā)射到指定的目標(biāo)方向。