一种无线电定向方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线电定向方法和装置，该装置包括无线电接收机（以下简称接收机）、天线、信号发生模块、外部晶振和信号处理模块，接收机通过USB、以太网、WIFI、蓝牙或其他通讯接口（以下统称通讯接口），将采集到的无线电信号数据传输至信号处理模块，信号处理模块基于MUSIC、ESPRIT、WSF、ISM、基于贝叶斯压缩感知学习的新型DOA估计算法或者其他DOA估计算法（以下统称DOA估计算法），进行数据处理，即可得到信号源的方向，完成定向,本发明专利技术所述的方法和装置提高了无线电定向效率，可视化定向结果，简化了定向装置结构，且能适用于多种工况下，在本领域内有技术进步。

A Radio Orientation Method and Device

【技术实现步骤摘要】
一种无线电定向方法和装置
本专利技术属于无线电装置领域，尤其涉及一种采用同频的多路接收机对同一无线电信号进行采集定位的方法和装置。
技术介绍
目前传统的无线电定向主要使用定向天线，测量波达方向，来确定信号源的位置，然而，定向天线结构特殊，往往需要外置，不利于装置的携带和使用，为了找到信号源的方向，往往需要耗费大量时间转动定向天线，得到信号强度后，依此判断信号源的方向，严重降低了定向效率，现有技术的缺点：定向天线结构特殊，往往需要外置，不利于装置的携带和使用，为了找到信号源的方向，往往需要耗费大量时间转动定向天线，得到信号强度后，依此判断信号源的方向，严重降低了定向效率。
技术实现思路
为克服现有技术和产品存在的上述问题，本专利技术公开了一种无线电定向方法和装置，该装置包含软硬件相同的接收机，天线，射频开关，信号发生模块，外部晶振和信号处理模块，接收机通过通讯接口将采集到的无线电信号数据传输至处理器，基于DOA估计算法，进行数据处理，即可得到信号源的方向，完成定向，无线电定位的具体方法包括以下步骤：S1.将软硬件完全相同的第一接收机和第二接收机连接外部同一晶振；S2.控制射频开关，将第一接收机、第二接收机接入信号发生模块；S3.所述第一接收机、第二接收机采集信号发生模块发出的电信号，并将IQ数据传输至信号处理模块；S4.信号处理模块接收到数据，计算两路信号的相位差，用于校准；S5.控制射频开关使第一接收机、第二接收机分别接通第一天线、第二天线；S6.所述第一接收机、第二接收机分别通过第一天线、第二天线接收无线电信号，并采集IQ数据，通过通讯接口将数据传输至信号处理模块；S7.信号处理模块根据步骤S6中接收到的各路IQ数据，基于DOA估计算法，计算出信号源与天线连线的夹角θ1。较佳的，所述步骤S1中的接收机均由同一晶振驱动；较佳的，所述步骤S2中的信号发生模块，其在接入第一接收机和第二接收机时的电路长度相等；较佳的，所述步骤S3-S4中，计算两路信号相位差，如果相位差刚好为0，则无需校准，如果相位差不为零，则需固定一路的数据，偏移另一路的数据，以使相位差为0度，完成校准，后续定向均需补偿该偏移量至对应无线电信号；较佳的，接收机通过通讯接口将采集IQ数据传输至信号处理模块，该通讯接口包括：USB接口，WIFI，蓝牙，以太网及其他通讯接口中的一种或多种；较佳的，所述步骤S7后还有以下步骤：S8.将第三接收机和第三天线与所述第二接收机、第二天线组合，由第三接收机、第三天线分别替换所述第一接收机、第一接天线，且所述第一天线、第二天线、第三天线不在同一直线上，重复步骤S1-S7的动作，计算得出信号源与天线连线的夹角θ2，结合角度θ1、θ2，确定信号源唯一方向角φ1，并将结果显示在显示屏上，完成二维空间无线电的定向；S9.将第四接收机和第四天线分别替换第三接收机、第三天线，与所述第一接收机、第一天线、第二接收机、第二天线组合，且所述第一天线、第二天线、第三天线、第四天线不在同一平面上，重复步骤S1-S8的动作，计算得出第一天线、第二天线、第四天线所在平面与信号源的方向角φ2；S10.将第四接收机和第四天线分别替换第一接收机、第一天线与所述的第二接收机、第二天线、第三接收机、第三天线组合，重复步骤S1-S8的动作，计算得出第二天线、第三天线、第四天线所在平面与信号源的方向角φ3，结合角度φ1、φ2、φ3，确定信号源在三维空间的唯一方向，完成三维空间无线电的定向。较佳的，所述信号处理模块采用DOA估计算法处理接收到的各路IQ数据，DOA估计算法包括：多重信号分类(MUSIC)算法、基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法、加权子空间拟合(WSF)算法、非相干信号子空间(ISM)算法，以及基于贝叶斯压缩感知学习的新型DOA估计算法。一种无线电定向装置，其特征在于：包括天线、射频开关、信号发生模块、接收机、信号处理模块、外部晶振；所述天线、接收机、射频开关均有若干个且数目相同；所述天线通过射频开关与所述接收机一对一连接，所述射频开关同时连接所述信号发生模块，所述外部晶振分别连接所述接收机，所述接收机均连接所述信号处理模块。较佳的，所述天线、接收机、射频开关均有3个，且3个天线不在同一直线上。较佳的，所述天线、接收机、射频开关均有4个或大于4个，且所有天线不在同一平面上。在二维空间无线电定向中，第一天线和第二天线接收无线电信号。接收机用于从接收到的无线电信号解调出具体信号的IQ数据，并通过通讯接口传输至信号处理模块，外部晶振为接收机提供统一的晶振信号，信号处理模块采用DOA估计算法处理接收到的各路IQ数据，并显示计算结果，信号发生模块用于定向前的校准，该模块至各接收机的电路长度要严格相等。校准过程：即使保证了接收机软硬件完全相同，但也不能保证采集到的各路信号是时间对齐的，所以需要校准装置，定向前，通过控制第一射频开关和第二射频开关使接收机接入信号发生模块，各接收机采集信号发生模块发出的电信号，并将IQ数据传输至信号处理模块，信号处理模块，接收到数据，计算出各路信号相位差，由于信号发生模块到各接收机的电路长度相同，所以各路信号的相位差理论上为0。如果相位差不为0时，需要通过固定一路的数据，偏移另一路的数据的方法，以使该夹角为0度，即可完成校准，后续定向需补偿该偏移量至相应信号。定向过程：控制第一射频开关和第二射频开关，将天线接入接收机，各接收机通过天线接收无线信号，并采集IQ数据，通过通讯接口将数据传输至信号处理模块，信号处理模块根据接收到的各路IQ数据，由于预先校准了装置，即可认为该信号数据的相位差就是载波在两天线接收时产生的相位差。结合本专利技术所述装置计算出相位差，再由相位差计算出方向，该过程在信号处理模块上完成，包含于DOA估计算法中。如附图5所示：信号源与天线连线的夹角为θ，已知两天线距离d，载波波长λ，通过所述装置计算出相位差，即可计算得出θ。该式由以下两式推导得出：其中d为两天线距离，r为d在信号源与天线连线方向的投影，如附图5所示。虽然根据天线A和天线B的接收数据计算出了信号源与天线连线的夹角为，但尚不能确定信号源的具体方向，因为信号源可能是信号源1，或者信号源2，如附图6所示，所以需要额外增加一个接收机和天线C，计算，可以确定信号源可能是信号源1或信号源3。综合天线A、天线B、天线C的计算结果便能确定信号源的方向，为信号源1。结合角度、，确定信号源唯一方向，并将结果显示在显示屏上，完成二维空间无线电的定向。三维空间无线电定向需要增加天线D和接收机，并且保证三三天线不共线，四天线不共面。计算出信号源在各二维平面内的方向，即可确定信号源在三维空间的方向。该定向方法与二维空间内的定向基本一致。综上所述，本专利技术多个接收机对同一无线电信号进行采集，通过DOA估计算法，确定信号源的方向，提高了无线电定向效率，实现可视化定向结果，简化了定向装置结构，且能适用于多种工况下，在本领域内有技术进步。附图说明图1为本专利技术中二维平面定向装置结构示意图。图2为本专利技术中二维平面定向装置天线布局图。图3为本专利技术中三维平面定向装置结构示意图。图4为本专利技术中三维平面定向装置天线布局图。图5为二维平面信号源与天线夹角计算示意图。图6为信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电定向方法：其特征在于：包括以下步骤：S1.将软硬件完全相同的第一接收机和第二接收机连接外部同一晶振；S2.控制射频开关，将第一接收机、第二接收机接入信号发生模块；S3.所述第一接收机、第二接收机采集信号发生模块发出的电信号，并将IQ数据传输至信号处理模块；S4.信号处理模块接收到数据，计算两路信号的相位差，用于校准；S5.控制射频开关使第一接收机、第二接收机分别接通第一天线、第二天线；S6.所述第一接收机、第二接收机分别通过第一天线、第二天线接收无线电信号，并采集IQ数据，通过通讯接口将数据传输至信号处理模块；S7. 信号处理模块根据步骤S6中接收到的各路IQ数据，基于DOA估计算法，计算出信号源与天线连线的夹角θ1。

【技术特征摘要】
1.一种无线电定向方法：其特征在于：包括以下步骤：S1.将软硬件完全相同的第一接收机和第二接收机连接外部同一晶振；S2.控制射频开关，将第一接收机、第二接收机接入信号发生模块；S3.所述第一接收机、第二接收机采集信号发生模块发出的电信号，并将IQ数据传输至信号处理模块；S4.信号处理模块接收到数据，计算两路信号的相位差，用于校准；S5.控制射频开关使第一接收机、第二接收机分别接通第一天线、第二天线；S6.所述第一接收机、第二接收机分别通过第一天线、第二天线接收无线电信号，并采集IQ数据，通过通讯接口将数据传输至信号处理模块；S7.信号处理模块根据步骤S6中接收到的各路IQ数据，基于DOA估计算法，计算出信号源与天线连线的夹角θ1。2.根据权利要求1所述无线电定向方法，其特征在于：所述步骤S1中的接收机均由同一晶振驱动。3.根据权利要求1所述无线电定向方法，其特征在于：所述步骤S2中的信号发生模块，其在接入第一接收机和第二接收机时的电路长度相等。4.根据权利要求1所述无线电定向方法，其特征在于：所述步骤S3-S4中，计算两路信号相位差，如果相位差刚好为0，则无需校准，如果相位差不为零，则需固定一路的数据，偏移另一路的数据，以使相位差为0度，完成校准，后续定向均需补偿该偏移量至对应无线电信号。5.根据权利要求1所述无线电定向方法，其特征在于：接收机通过通讯接口将采集IQ数据传输至信号处理模块，该通讯接口包括：USB接口，WIFI，蓝牙，以太网及其他通讯接口中的一种或多种。6.根据权利要求5所述无线电定向方法，其特征在于：所述步骤S7后还有以下步骤：S8.将第三接收机和第三天线与所述第二接收机、第二天线组合，由第三接收机、第三天线分别替换所述第一接收机、第一接天线，且所述第一天线、第二天线、第三天线不在同一直线上，重复步骤S1-S7...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德浩，曹元，
申请(专利权)人：南京巴乌克智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32