一种抗干扰高精度天馈系统多驻波点定位系统技术方案

本发明专利技术提供了一种抗干扰高精度天馈系统多驻波点定位系统，根据驻波比点最小间隔及定位精度要求，设计三角线性调频连续波信号带宽及调频周期，通过耦合器耦合接收回波信号，结合时频二项伪随机控制电调滤波器进行抗干扰滤波，最后对发射信号和回波信号混频，输出差频信号；对差频信号进行滤波、放大及A/D采样，对采样结构进行滤波降速及FFT运算，获取差频频率；经过10次扫频处理获取驻波比及驻波点位置稳定数据。本发明专利技术提高抗干扰性，确保外场复杂电磁环境下应用，实现了天馈系统故障断点定位及驻波比测试。

A high precision anti-interference antenna system standing point positioning system

The invention provides a high precision anti-interference antenna system of multi point positioning system based on the standing wave, standing wave ratio requirements point minimum interval and precision design of triangular LFMCW signal bandwidth and frequency period, receiving echo signals through the coupler coupling, combined with time-frequency two pseudo random control electrically tunable filter interference filter. At the end of the transmitted signal and echo signal, the output signal; the beat signal filtering, amplification and A/D sampling, the sampling structure for filtering the descending speed and FFT operation, obtain the differential frequency; after 10 sweep acquired in Bobbi and the standing wave position stability data. To improve the anti-interference of the invention, to ensure that the application field under complex electromagnetic environment, realized the fault feeder system and breakpoint location in Bobbi test.

【技术实现步骤摘要】
一种抗干扰高精度天馈系统多驻波点定位系统
本专利技术涉及无线电通信、导航、电台及雷达等领域，主要用于其地面天馈系统故障断点定位及驻波比测试。
技术介绍
无线电通信、导航、电台及雷达地面天馈系统，往往由于天线架设较高、电缆较长，测试人员不便于爬高逐点就近检查，需要一种通过地面近端连接驻波比测试的装置对整个天馈系统故障断点定位及性能评估。由于天馈系统的开放性(随时有各种干扰信号通过天线输入)，检测系统需要具有较强抗干扰性；其次有时天馈系统电缆中间经过多段转接，正常情况下也有多个驻波点，中间转接头易故障形成较大反射点，因此通过近端驻波比测试实现整个天馈系统性能评估难度较大。目前市场上天馈系统检测仪均为通过脉冲信号比幅测量原理进行驻波比测试，通过对发射脉冲信号和反射的脉冲信号检波幅度比进行驻波比测量，而通过发射脉冲信号和反射的脉冲信号延时间隔进行断点定位测量，要实现驻波点最小间隔米级，脉冲宽度须小于十纳秒级，相邻驻波点反射信号才可以区分；要实现定位精度优于米级，脉冲前沿也须小到纳秒级，因此信号带宽约需几百兆赫兹，存在的主要不足包括：(1)简单的脉冲比幅，抗干扰能力差；(2)通过脉冲前沿定位，精度不高；(3)无法测量多驻波点天馈系统；(4)脉冲前沿与脉冲宽度太小，发射电路实现困难。通过对国内一款典型的天馈驻波比测试仪器(型号：AV3824A)实验室测试印证了以上前三点不足。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种时频二项伪随机三角线性调频连续波测距技术，利用雷达调频连续波近距测距原理进行驻波比测试，在三角线性调频连续波近距测距实现原理上进行了工程改进，确保开放式天馈系统外场抗干扰应用，提高抗干扰性，确保外场复杂电磁环境下应用，实现了天馈系统故障断点定位及驻波比测试。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：1)根据驻波比点最小间隔及定位精度要求，设计三角线性调频连续波信号带宽及调频周期，距离分辨率C为电磁波传输速度，ΔB为调频带宽；定位距离fb为差拍频率，Tm为调频信号周期；对设计的波形采用2.5倍最高频率采样建立波形库，在发射信号期间调取波形库数据，通过高速D/A转换器数字化产生发射的三角线性调频连续波信号；发射信号期间，根据时频二项伪随机设置发射频率和发射间隙，即调频连续波中频载频频率随工作间隔随机变化，每发射完一个扫描周期设置一工作间隔，工作间隔随机变化；2)通过耦合器耦合接收回波信号，结合时频二项伪随机控制电调滤波器进行抗干扰滤波，最后对发射信号和回波信号混频，输出差频信号；3)对差频信号进行滤波、放大及A/D采样，采样速率1GHz以上；4)对采样结构进行256项滤波降速及128点FFT运算，获取差频频率；经过10次扫频处理获取驻波比及驻波点位置稳定数据，其中Γ为反射参量，即反射电压与入射电压的比；根据检测到的入射端入射信号功率和反射信号功率，推算驻波点的驻波比，通过解算差频信号频率获取天馈系统驻波点定位距离。本专利技术的有益效果是：(1)提出了利用雷达调频连续波近距测距技术，在小功率发射下实现了无线电通信、导航、电台及雷达地面天馈系统高精度、多驻波及断点检测需求。(2)根据工程应用特点，对雷达调频连续波近距测距技术进行了改进，专利技术了时域、频域伪随机变化的三角线性调频连续波测距技术，同时结合电调滤波器的巧妙使用，解决了开放式天线系统雷达调频连续波近距测距技术抗干扰能力，确保了本专利技术“时频二项伪随机三角线性调频连续波驻波点定位”技术在外场复杂电磁环境下工程可用性。附图说明图1是调频连续波驻波比测试FPGA中信号处理示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术利用雷达调频连续波近距测距原理，设计了一种天馈系统故障断点定位及驻波比测试方法。调频连续波近距测距原理：系统利用在时间上改变频率的发射信号与目标反射的回波信号频率差测量目标距离，目前主要采用三角线性调频连续波原理测距。调频连续波近距测距优点：(1)无测距盲区：由于调频体制收发同时工作，不像脉冲测距需在发射期间关闭接收机，所以不存在测距盲区；(2)容易实现高测距分辨率：根据雷达系统理论，分辨率由信号带宽决定。在线性调频连续波体制中，易于得到大带宽信号，而接收处理的视频带宽却远小于信号带宽，易于工程实现；(3)信号能量大，时宽带宽积大，根据雷达统计检测理论，在噪声功率一定情况下，雷达接收检测能力由信号能量决定。调频连续波体制采用的是大时宽带宽积信号，所以它具有远远大于具有同等信号电平和信号带宽的脉冲信号能量；(4)微波电路易于实现：若采用脉冲法，则脉冲宽度较窄，产生难度大，而且脉冲发射功率较大，增加发射末级功率放大电路及散热设计难度，同时大功率电路也带来设备可靠性降低。调频连续波体制的波形参数对微波部件和调频连续波信号源的设计要求低，发射功率较脉冲法远小，降低了系统对末级功率放大电路1dB压缩点的要求，因此降低了系统设计难度。调频连续波近距测距系统主要难点是对多运动目标速度测定，而本专利技术用于地面天馈系统断点测定，属于静止目标，不需要测定目标速度。脉冲重复频率决定了最大不模糊距离以及测量精度，而脉冲峰值功率与作用距离直接相关，即发射脉冲峰值功率一定时，作用距离越大反射回波峰值功率越小，但最小须大于接收灵敏度。本专利技术连接处理图如图1，本专利技术包括以下步骤：1)发射信号波形的产生根据驻波比点最小间隔及定位精度要求，设计三角线性调频连续波信号带宽及调频周期，对设计的波形采用2.5倍最高频率采样建立波形库，在发射期间调取波形库数据，通过高速D/A转换器数字化产生发射的三角线性调频连续波信号。具体指标设计方法如下：距离分辨率：式中：Rmin：最小识别间距；C：电磁波传输速度；ΔB：调频带宽。在公式(1)中，如设计调频带宽ΔB＝45MHz，则Rmin＝3.3米，可满足外场天馈系统驻波点最小识别间距优于3.5米的要求。定位距离式中R：驻波点相对于设备连接处距离；C：电磁波传输速度；fb：差拍频率；Tm：调频信号周期；ΔB：调频带宽。在式(2)中，假设调频信号周期Tm、调频带宽ΔB恒定，则距离定位精度由调频连续波产生信号与回波信号的差频信号测频精度确定，一般系统设计调频信号周期Tm＝1ms，调频带宽ΔB＝45MHz，当距离变化1.5m时，调频连续波产生信号与回波信号的最小差频为900Hz，而设计的高性能检测电路(高精度A/D采样减小量化误差以及高阶数FFT运算提高频谱分辨率)对差频检测的精度达到±100Hz级，工程应用已经可满足驻波点定位精度优于±1.5m的要求。发射信号期间，根据下述设计的“时频二项伪随机”设置发射频率、发射间隙，利用现代高速数字D/A转换、FPGA实时控制技术，实时调取波形库数据产生所需调频连续波信号波形，然后经过激励放大输出。米级定位误差至少需50MHz以上的带宽信号，如果利用通常脉冲式信号，脉冲宽度需小于10纳秒，而调频连续波信号发射放大电路易于实现，脉冲信号受到脉冲前沿陡峭影响很难实现。而调频连续波信号时域宽度由调频周期决定(一般为1毫秒)，不存在脉冲宽度窄且前沿陡峭激励放大电路很难实现问题，其次调频连续波信号接收时通过多次扫频叠加增加有用信号强度，从而能够提高处理增益，具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗干扰高精度天馈系统多驻波点定位系统，其特征在于包括下述步骤：1)根据驻波比点最小间隔及定位精度要求，设计三角线性调频连续波信号带宽及调频周期，距离分辨率

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰高精度天馈系统多驻波点定位系统，其特征在于包括下述步骤：1)根据驻波比点最小间隔及定位精度要求，设计三角线性调频连续波信号带宽及调频周期，距离分辨率C为电磁波传输速度，ΔB为调频带宽；定位距离fb为差拍频率，Tm为调频信号周期；对设计的波形采用2.5倍最高频率采样建立波形库，在发射信号期间调取波形库数据，通过高速D/A转换器数字化产生发射的三角线性调频连续波信号；发射信号期间，根据时频二项伪随机设置发射频率和发射间隙，即调频连续波中频载频频率随工作间隔随机变化，每发射完一个扫描周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：马烈太，殷景刚，纪雄飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61