時(shí)間：2023-04-12 17:41:37
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廣播電視天線是無(wú)線電和電磁波之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一個(gè)轉(zhuǎn)換器，影響發(fā)射天線性能的主要參數(shù)有其極化方式、輸入阻抗、增益和方向圖等。如果天線的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置不合理，在信號(hào)傳輸過(guò)程中圖像就有可能出現(xiàn)線性和非線性失真兩種情況，聲音也會(huì)夾雜各種噪聲，下面我們就對(duì)上述幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
（1）極化方式。按照天線輻射電磁波的方式不同可以將其分成線極化、橢圓極化和圓極化三種。極化是指天線發(fā)射信號(hào)過(guò)程中其電場(chǎng)矢量端點(diǎn)隨著時(shí)間變化其運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀、取向和旋轉(zhuǎn)方向。在進(jìn)行信號(hào)發(fā)射過(guò)程中，天線采用的計(jì)劃方式不同，其接收的信號(hào)功率損失也不同。
（2）輸入阻抗。輸入阻抗是指天線在信號(hào)接收過(guò)程中其饋電端輸入電壓和電流的比值。當(dāng)天線的輸入阻抗等于饋線的特性阻抗時(shí)，信號(hào)在饋線終端不會(huì)產(chǎn)生功率反射現(xiàn)象，天線上的輸入阻抗受輸入信號(hào)頻率變化的影響較小。為了提高天線接收到信號(hào)的質(zhì)量，我們要盡可能地采用各種方法消除天線中電抗分量的大小，使其盡可能地接近饋線的特性阻抗。一般情況下，我們選擇發(fā)射天線的輸入阻抗為50Ω。
（3）增益和方向圖。增益是指天線對(duì)一個(gè)特定方向上信號(hào)的接收能力，是廣播電視中天線選擇中的重要參數(shù)。相同條件下，天線的增益越高，信號(hào)能夠傳播的距離也就越遠(yuǎn)。方向圖則是描述信號(hào)在不同空間方位下變化的圖形，一般用場(chǎng)強(qiáng)和功率兩種方式進(jìn)行表達(dá)。通常情況下，廣播電視天線以E面和H面描述其天線的方向性，其中E面指的是和天線極化方向和傳播方向平行的平面，H面則是指和E面垂直的平面。
二、廣播電視發(fā)射天線技術(shù)的特點(diǎn)
廣播電視信號(hào)可以按照其發(fā)射功率的大小分成中波、短波和超短波三種。如果信號(hào)傳播過(guò)程中采用中波頻段，那么電磁波在發(fā)射過(guò)程中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠保證信號(hào)發(fā)射功率的平穩(wěn)性。另外信號(hào)在傳播過(guò)程中，如果能夠以沿著地面的形式進(jìn)行傳播，信號(hào)在傳播過(guò)程中具有較強(qiáng)的抗干擾性，用戶能夠獲得比較高的信號(hào)質(zhì)量。目前我國(guó)廣播電視信號(hào)的傳播普遍采用短波頻段，能夠支持120個(gè)不同頻率的波段，信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到大氣中電離層的發(fā)射，增大廣播電視信號(hào)傳播的距離。另外，我國(guó)廣播電視信號(hào)在傳輸過(guò)程中采用直線形式，沿著地面進(jìn)行傳播，信號(hào)在傳播過(guò)程中受到其他信號(hào)的干擾性較小。為了提高接收廣播電視信號(hào)的質(zhì)量，大部分天線都被安放在較高的地方，如屋頂或者塔尖，提高了信號(hào)接收質(zhì)量。同時(shí)還要加強(qiáng)天線防風(fēng)雨和避雷的特性，因?yàn)閺V播電視信號(hào)采用無(wú)線傳播方式，信號(hào)受天氣的影響較大，嚴(yán)重的甚至?xí)バ盘?hào)的接收功能。這就要求在進(jìn)行天線設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮信號(hào)接收的各個(gè)因素和方面。
三、廣播電視發(fā)射天線的應(yīng)用
隨著科技的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)精神文化的需求越來(lái)越高，廣播電視在人們生活中的地位也越來(lái)越重要。人們每天通過(guò)廣播和電視了解各種信息，及時(shí)收聽(tīng)和收看國(guó)內(nèi)外新聞事件，提高對(duì)當(dāng)今社會(huì)的認(rèn)識(shí)，與社會(huì)保持密切聯(lián)系。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，廣播電視發(fā)射天線技術(shù)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，通過(guò)不斷的技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)階段廣播電視發(fā)射天線也獲得了較大的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了跟衛(wèi)星信號(hào)的連接。為用戶提供了更高質(zhì)量的信號(hào)，收到了清楚和清晰的收聽(tīng)和收看效果，徹底解決了以前廣播電視發(fā)射天線技術(shù)中常見(jiàn)的圖像不清和聲音嘈雜的問(wèn)題。但是由于電磁波信號(hào)會(huì)對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生一定程度的危害，所以在使用過(guò)程中必須給予足夠的重視。目前我國(guó)已經(jīng)建立了相關(guān)的法律條例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廣播電視發(fā)射天線場(chǎng)區(qū)的保護(hù)。
四、結(jié)論
2．1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件主要由傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器、控制開(kāi)關(guān)器和上位機(jī)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器、處理芯片、及通信模塊組成，主要有溫濕度傳感器、H2S氣體傳感器、NH3氣體傳感器等；控制開(kāi)關(guān)器主要是由主芯片、繼電器電路、接收通信模塊組成，主要用于控制通風(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)；協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立維護(hù)和數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)，主要任務(wù)是為各個(gè)傳感器分配地址，建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)；上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)，并能根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行預(yù)警作用。傳感器節(jié)點(diǎn)由MSP430系列處理器模塊、無(wú)線通信模塊、串口通信模塊、傳感器模塊、電源模塊和其它擴(kuò)展模塊組成。選取MSP430系列處理器主要考慮低功耗。為了提高節(jié)點(diǎn)間的通信距離，需要在發(fā)射器的輸出端和發(fā)射天線之間增加一個(gè)功率放大器，并且采用定向傳輸技術(shù)。各種傳感器模塊、控制開(kāi)關(guān)器和協(xié)調(diào)器都是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，利于節(jié)點(diǎn)的重復(fù)使用，提高靈活度。
2．2定向天線技術(shù)
定向天線（Directionalantenna）是指在某一個(gè)或某幾個(gè)特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強(qiáng)，而在其他的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。定向天線具有增益高、方向性好等特點(diǎn)，能夠有效抑制干擾信號(hào)，大大減少節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)干擾，增大了數(shù)據(jù)的傳輸距離和數(shù)據(jù)傳送效率，降低信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延和節(jié)點(diǎn)的功耗、提高空間復(fù)用度，能夠使多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸，空間復(fù)用率高。并且通過(guò)定向天線傳輸增加額外增益能夠?qū)崿F(xiàn)WSN節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)距離通信，協(xié)議可靠性高，時(shí)延小，有效提高了WSN網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
2．3節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)的組成
軟件的設(shè)計(jì)主要由傳感器節(jié)點(diǎn)軟件、控制開(kāi)關(guān)器軟件、監(jiān)測(cè)軟件組成，除監(jiān)測(cè)軟件外，所有程序采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控軟件采用eclipse軟件結(jié)合an－droid－sdk完成。各個(gè)應(yīng)用程序主要由各個(gè)傳感器硬件模塊的驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集和通信協(xié)議。
2．4通信協(xié)議
2．4．1通信算法
針對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在有障礙物影響，會(huì)導(dǎo)致傳輸距離受限制、監(jiān)測(cè)精度不高等結(jié)果，因此設(shè)計(jì)了傳輸通信協(xié)調(diào)。通信協(xié)議算法主要包含四個(gè)階段：初始化階段、路由發(fā)現(xiàn)階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、路由重發(fā)現(xiàn)。
1）初始化階段
當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)定時(shí)器tt1時(shí)間，當(dāng)tt1時(shí)間到達(dá)后，節(jié)點(diǎn)就定期時(shí)間（tt2時(shí)間內(nèi)）向周?chē)?jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)HELLO信息，發(fā)送HEL－LO信息后就等待回復(fù)號(hào)RET信息，如果在tt2時(shí)間內(nèi)收到周?chē)?jié)點(diǎn)的RET信息，標(biāo)注節(jié)點(diǎn)已被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，周?chē)?jié)點(diǎn)在收到HELLO信息后，就會(huì)把此節(jié)點(diǎn)作為鄰節(jié)點(diǎn)保存在臨時(shí)列表中，在tt3時(shí)間內(nèi)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送RET信息。如果此節(jié)點(diǎn)在自己的通信范圍內(nèi)，就作為自己的鄰節(jié)點(diǎn)保存在正式鄰點(diǎn)列表中，否則拋棄此節(jié)點(diǎn)。
2）路由發(fā)現(xiàn)階段
每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，并且根據(jù)本身的能量、與基站節(jié)點(diǎn)的距離、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的均衡等因素，設(shè)置成為初始的簇頭節(jié)點(diǎn)，各個(gè)簇頭負(fù)責(zé)簇內(nèi)數(shù)據(jù)的采集。除此，各個(gè)簇頭之間，為了保證路由的可靠性和降低傳輸數(shù)據(jù)消耗的能量，采用單跳或多跳的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)。如果簇頭節(jié)點(diǎn)在基站的接收范圍內(nèi)，就直接把數(shù)據(jù)傳送給基站，如果不在基站接收范圍內(nèi)，就計(jì)算各個(gè)簇頭離基站的位置、本身剩余的能量，保證傳輸消耗能量最低原則，采用多跳方式傳輸數(shù)據(jù)到基站。
3）數(shù)據(jù)傳輸階段
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送給簇頭節(jié)點(diǎn)，為了避免數(shù)據(jù)冗余，簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后發(fā)送給基站。數(shù)據(jù)會(huì)按照設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳送格式進(jìn)行傳輸。
4）路由重發(fā)現(xiàn)階段
由于能量的限制，如果一直保持原路由進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，就會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量過(guò)多而不能工作，從而破壞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行?？紤]到簇頭在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中承擔(dān)更重任務(wù)，設(shè)計(jì)簇頭更換策略。簇頭更換策略主要取決于三個(gè)因素：選舉系數(shù)、邊緣位置、閾值能量。選舉系數(shù)決定簇頭選舉的時(shí)間和更換的輪數(shù)，設(shè)置合理可行的選舉系數(shù)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能；處于邊緣位置的節(jié)點(diǎn)若成為簇頭，會(huì)因傳輸距離太遠(yuǎn)，容易耗盡能量而死亡；閾值能量設(shè)置得太大，導(dǎo)致很多節(jié)點(diǎn)不能成為簇頭，勢(shì)必會(huì)因數(shù)據(jù)傳輸距離過(guò)遠(yuǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。所以，簇頭更換策略是當(dāng)簇頭的滿足選舉系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)入到簇頭更換，此時(shí)選取出簇內(nèi)具有最大剩余能量的節(jié)點(diǎn)，判斷此節(jié)點(diǎn)是否處于邊緣位置，如果處于邊緣位置，繼續(xù)尋找簇內(nèi)第二大剩余能量節(jié)點(diǎn)，一直到不處于邊緣位置為此，然后判定其剩余能量是否大于閾值能量，如果滿足則設(shè)置此節(jié)點(diǎn)為新一輪的新簇頭，并向周?chē)械墓?jié)點(diǎn)發(fā)送成為簇頭的標(biāo)志信息，重新進(jìn)行簇內(nèi)成員的構(gòu)建，再形成新的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。
2．4．2MAC協(xié)議
基于定向天線的MAC協(xié)議主要使用兩種方式：使用RTS／CTS握手方式和不使用RTS／CTS握手方式。前者使用RTS獲得鄰節(jié)點(diǎn)的信息，RTS需要硬件設(shè)備獲取鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息，后者則使用了音的信號(hào)幀，但是這兩種方式會(huì)帶來(lái)隱藏終端和聾節(jié)點(diǎn)等問(wèn)題，從而降低了MAC的性能。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以結(jié)合定向虛擬載波偵聽(tīng)（DVCS）機(jī)制、使用多跳、SDMA（空分多址）等的優(yōu)點(diǎn)，充分利用定向天線的優(yōu)勢(shì)。
2．4．3數(shù)據(jù)通信格式
考慮到數(shù)據(jù)通信過(guò)程中的可靠性和安全性，設(shè)置了數(shù)據(jù)通信格式。1）傳感器節(jié)點(diǎn)到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式定義如：Head＋len＋data＋stx。其中：Head（2byte），固定為0xFF，0XFE；Len（1byte），data的字節(jié)數(shù)；Data：數(shù)據(jù)域———2byte本機(jī)地址＋2byte父節(jié)點(diǎn)地址＋nbyte傳感器數(shù)據(jù)（n大于等于2）；stx（2byte），固定為0x0D，0X0A。具體發(fā)送命令如：FFFE0800010000031200000D0A。其中：FFFE為固定數(shù)據(jù)頭；08為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；0001為本機(jī)地址（子節(jié)點(diǎn)地址）；0000為父節(jié)點(diǎn)地址；03為傳感器類(lèi)型；12為傳感器數(shù)據(jù)，1Lsb＝0．1，如0x10表示1．8；0D0A為數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。2）協(xié)調(diào)器發(fā)往監(jiān)測(cè)軟件的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式定義如：FFFD000430300000hhhhhh。其中：byte1byte2：傳感器端數(shù)據(jù)發(fā)送的固定頭，固定為FFFD；byte3：數(shù)據(jù)類(lèi)型的標(biāo)識(shí)，00為H2S傳感器的數(shù)據(jù)，01為溫濕度感測(cè)器的數(shù)據(jù)，02為NH3感測(cè)器的數(shù)據(jù)；byte4為傳感數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（統(tǒng)一為04）；byte4～byte7：為傳感器數(shù)據(jù)；Byte9～byte10：保留；byte11：byte1—byte10校驗(yàn)值（相加取低8位）。
2．5網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建系統(tǒng)上電后
協(xié)調(diào)器進(jìn)行搜索并尋找合理的信道，完成系統(tǒng)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通電后，掃描信道，尋找協(xié)調(diào)器，并加入到網(wǎng)絡(luò)中。加入網(wǎng)絡(luò)后，則開(kāi)始采集環(huán)境數(shù)據(jù)，傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，判定其格式正確后，將其傳輸給監(jiān)測(cè)軟件。
2．6監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
以eclipse軟件為開(kāi)以平臺(tái)，結(jié)合android－sdk完成監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)。Android系統(tǒng)是一個(gè)源碼公開(kāi)、開(kāi)放和完整的軟件，是由操作系統(tǒng)、用戶界面中間件和重要應(yīng)用程序組成，得到手機(jī)運(yùn)營(yíng)商的廣泛使用。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用到了Activity、Intent、Service、An－droidUI、多線程等技術(shù)。本系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)方面組成：Android軟件與硬件傳感器通信的底層驅(qū)動(dòng)，包括打開(kāi)串口、關(guān)閉串口、發(fā)送串口信息、接收串口信息以及異步方式讀取傳感器數(shù)據(jù)等；主界面內(nèi)容顯示，包含各種傳感器數(shù)據(jù)顯示、控制開(kāi)關(guān)器的控制等信息。監(jiān)控軟件接收到數(shù)據(jù)時(shí)首先要對(duì)數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行分析，判定數(shù)據(jù)格式正確后，確定是哪個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算結(jié)果，在相應(yīng)界面位置顯示數(shù)值；把結(jié)果與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，如果不在設(shè)置數(shù)值范圍內(nèi)，就進(jìn)行報(bào)警，并把報(bào)警信息通過(guò)串口發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再轉(zhuǎn)發(fā)到控制開(kāi)關(guān)器，驅(qū)動(dòng)通風(fēng)設(shè)備工作。
3系統(tǒng)的應(yīng)用
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成并搭建，在豬舍做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的測(cè)試，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，成功讀取相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)。主界面運(yùn)行顯示圖中是各個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集發(fā)送回來(lái)的數(shù)值顯示和通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)情況。可以通過(guò)“菜單鍵”設(shè)置邏輯狀態(tài)的“關(guān)閉”和“啟動(dòng)”在邏輯狀態(tài)都已關(guān)閉情況下，只能顯示所有傳感器的數(shù)據(jù)和此時(shí)通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)，不能達(dá)到超限預(yù)警的效果。為了能實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)控制，必須要開(kāi)啟所有的邏輯狀態(tài)。通過(guò)“菜單鍵”設(shè)置溫度、濕度、H2S氣體和NH3氣體的范圍，當(dāng)采集數(shù)據(jù)中任一參數(shù)超出范圍，都可以自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，達(dá)到自動(dòng)控制效果。H2S和NH3參數(shù)范圍設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害畜禽產(chǎn)地環(huán)境要求（GB／T18407．3—2001）中的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)置，H2S和NH3應(yīng)控制在10、25mg•m－3以下。根據(jù)相關(guān)研究表明，豬舍最適宜的溫度為8℃～20℃，相對(duì)濕度根據(jù)豬體質(zhì)量類(lèi)型的不同一般為65％～85％。
4結(jié)論
本文以面向文檔的NoSQL作為數(shù)據(jù)持久層，面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)容易許多，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口方面都有很大的優(yōu)勢(shì)］。因?yàn)槊嫦蛭臋n的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)不支持多張表的JOIN操作，因此在對(duì)面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)集合進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到這方面的因素。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要的業(yè)務(wù)功能可以分為3個(gè)模塊，分別是小區(qū)信息查詢模塊、報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊和用戶、終端管理模塊，因此，數(shù)據(jù)集合的設(shè)計(jì)同樣從這三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。各個(gè)數(shù)據(jù)集合之間的關(guān)系如圖1所示。考慮到在對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行設(shè)計(jì)所依據(jù)的原則基本一致，因此以下僅對(duì)小區(qū)信息查詢模塊的數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)進(jìn)行著重分析。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型需要結(jié)合系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。此系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)小區(qū)天線參數(shù)信息進(jìn)行保存、管理，并以友好的界面展示給用戶，并響應(yīng)用戶的各種操作。因此，在大部分的操作中，存儲(chǔ)天線實(shí)時(shí)參數(shù)的ANTENNAARGS表會(huì)產(chǎn)生大量的插入操作，本文根據(jù)各個(gè)表的不同讀寫(xiě)比進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖2所示。本文將天線表、區(qū)域表以內(nèi)嵌的形式放入了小區(qū)表，將天線參數(shù)表設(shè)計(jì)成單獨(dú)的集合，并以引用的方式指向了小區(qū)表主要是考慮到天線參數(shù)集合是被訪問(wèn)最頻繁的表，會(huì)產(chǎn)生大量的讀寫(xiě)操作，因此在小區(qū)集合與天線參數(shù)集合之間采用的是范式化的模式。其中，天線工參表(ANTENANARGS表)用來(lái)存儲(chǔ)從各個(gè)采集終端傳輸至管理系統(tǒng)的小區(qū)天線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，具體如表1所示。小區(qū)信息表(CELL表)用來(lái)存儲(chǔ)各個(gè)小區(qū)的地址、天線相關(guān)參數(shù)詳細(xì)信息，如表2所示。除了上述表之外還有采集終端表(TERMI-NAL)、天線信息表(ANTENNA)和告警表(ALARM-REPORT)等。數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)將所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存入相應(yīng)表中。
2數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)分片設(shè)計(jì)
管理系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的寫(xiě)操作，進(jìn)而帶來(lái)頻繁的磁盤(pán)I/O操作，在大數(shù)據(jù)下，最好采用將數(shù)據(jù)庫(kù)分布在多臺(tái)服務(wù)器上，即分片［7］。本文采用Auto-Sharding(自動(dòng)分片)及Replic-Set(復(fù)本集)相結(jié)合的方式來(lái)減輕單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的負(fù)載，即在每臺(tái)Server上各自運(yùn)行一個(gè)實(shí)例，組成一個(gè)Replic-Set，最后再各運(yùn)行一個(gè)實(shí)例，組成ConfigServer。直接執(zhí)行Addshard操作即可增加分片以緩解服務(wù)器的壓力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。分片的實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)在于片鍵設(shè)計(jì)。本文將保存天線參數(shù)信息的集合聲明了一個(gè)復(fù)合片鍵{Lacci:1，Day:1}。當(dāng)來(lái)自不同的小區(qū)(可以根據(jù)Lacci進(jìn)行判斷)向集群系統(tǒng)插入數(shù)據(jù)時(shí)，可以預(yù)計(jì)到在大部分情況下，同一小區(qū)的數(shù)據(jù)會(huì)落在單個(gè)塊或片上。
3數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)查詢功能為本數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的重要功能之一。數(shù)據(jù)庫(kù)將小區(qū)信息、天線參數(shù)等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息根據(jù)用戶的要求，以界面或報(bào)表的形式全部或部分的顯示給用戶?；诒緮?shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，用戶通過(guò)數(shù)據(jù)查詢菜單進(jìn)入相應(yīng)查詢界面，獲取小區(qū)信息、終端信息及告警信息等。實(shí)現(xiàn)“天線工程參數(shù)查詢”功能的工作流程如圖3所示。為了實(shí)現(xiàn)小區(qū)天線參數(shù)查詢功能，客戶端需要向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送2次請(qǐng)求，用戶根據(jù)需求，向控制器發(fā)送查詢請(qǐng)求，控制器處理查詢命令，對(duì)相應(yīng)的小區(qū)進(jìn)行信息查詢，待小區(qū)返回信息后，將用戶的查詢命令發(fā)送至對(duì)應(yīng)小區(qū)，根據(jù)需求讀取有用信息，并返回給用戶。跟關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相比，由于省去了大量的多表連接操作，實(shí)際上查詢的效率要高于基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的多表連接查詢。查詢工作的SQL語(yǔ)句如下。
4數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)
數(shù)據(jù)安全在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中有很重要的地位。在各種意外情況下，如計(jì)算機(jī)硬件故障等，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份和恢復(fù)能夠保障數(shù)據(jù)的完整性和安全性，使得數(shù)據(jù)損失降到最小［8］。本數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的備份選用的是副本集的方式［7］:在主節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行操作，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)被一步地同步到所有的從節(jié)點(diǎn)上，并從主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)上讀取數(shù)據(jù)，如果主節(jié)點(diǎn)由于某些原因斷線，會(huì)自動(dòng)將一個(gè)從節(jié)點(diǎn)提升為主節(jié)點(diǎn)。在查詢分析器中運(yùn)用SQL語(yǔ)句完成數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面中，用戶通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)功能進(jìn)行相應(yīng)操作，確保數(shù)據(jù)的正確行和完整性。
5結(jié)束語(yǔ)
專(zhuān) 業(yè)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
報(bào)告日期：
論文(設(shè)計(jì))題目：
智能天線技術(shù)的基本原理及其music算法
指導(dǎo)教師：
論文(設(shè)計(jì))起止時(shí)間：
一、論文(設(shè)計(jì))研究背景與意義
智能天線是3g的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，作為當(dāng)今三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一的td-scdma(time division-synchronous code division multiple access)是由中國(guó)自主提出使用的tdd方式的(時(shí)分雙工方式)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。td-—scdma的核心技術(shù)之一就是智能天線技術(shù)。在td-—scdma系統(tǒng)中使用智能天線技術(shù)，基站可以利用上行信號(hào)信息對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行波束成形，從而降低對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)的干擾，同時(shí)提高接收靈敏度，增加覆蓋距離和范圍，改善整個(gè)通信系統(tǒng)的性能。
智能天線是一種多天線系統(tǒng)，它按照某種算法來(lái)對(duì)準(zhǔn)期望信號(hào)，使得期望信號(hào)得到最大增益，而干擾信號(hào)被壓制。 智能天線系統(tǒng)的核心在于數(shù)字信號(hào)處理部分，它根據(jù)一定的準(zhǔn)則，使天線陣產(chǎn)生定向波束指向移動(dòng)用戶，并自動(dòng)調(diào)整權(quán)系數(shù)以實(shí)現(xiàn)所需的空間濾波。智能天線需要解決以下兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：辨識(shí)信號(hào)到達(dá)方向doa(directions of arrinal)和數(shù)字波束賦形的實(shí)現(xiàn)。在對(duì)信號(hào)doa估計(jì)的算法中，作為超分辨空間譜估計(jì)技術(shù)的music(multiple signal classification)算法是最經(jīng)典的算法之一。
本文針對(duì)3g的需求背景，研究智能天線技術(shù)及doa估計(jì)算法。隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)迅速增長(zhǎng)和人們對(duì)通話質(zhì)量要求的不斷提高，要求移動(dòng)通信網(wǎng)在大容量下仍具有較高的話音質(zhì)量。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，智能天線可將無(wú)線電的信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向doa(directions of arrinal)，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。同時(shí)，利用各個(gè)移動(dòng)用戶間信號(hào)空間特征的差異，通過(guò)陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)移動(dòng)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾，使無(wú)線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需要。
其實(shí)就是一種多天線系統(tǒng)，它按照某種算法來(lái)對(duì)準(zhǔn)期望信號(hào)，使得期望信號(hào)得到最大增益，而干擾信號(hào)被壓制。因此需要知道期望信號(hào)到來(lái)的方向，即doa。music算法是經(jīng)典的用來(lái)估計(jì)波達(dá)方向的算法。
二、論文(設(shè)計(jì))的主要內(nèi)容
智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場(chǎng)的雙向天線，通過(guò)一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取基站和移動(dòng)臺(tái)之間各個(gè)鏈路的方向特性。智能天線的原理是將無(wú)線電的信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向doa(direction of arrinal)，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。
波達(dá)方向(doa,direction of arrival)估計(jì)是智能天線研究的一個(gè)重要方面,無(wú)論是上行多用戶信號(hào)的分離,還是下行選擇性發(fā)射,對(duì)用戶信號(hào)doa的測(cè)定,都成為智能天線實(shí)現(xiàn)指向性發(fā)射的必要前提。在對(duì)信號(hào)doa估計(jì)的算法中,作為超分辨空間譜估計(jì)技術(shù)的music(multiple signal classification)算法是最經(jīng)典的算法之一。本文主要介紹智能天線技術(shù)的基本原理，發(fā)展歷程，技術(shù)分類(lèi)，及智能天線對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)和主要用途。寫(xiě)出均勻線陣的統(tǒng)計(jì)模型，研究music算法的基本原理，用matlab仿真實(shí)本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：
(1)介紹智能天線技術(shù)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和技術(shù)分類(lèi);
(2)在均勻線陣的統(tǒng)計(jì)模型下研究智能天線技術(shù)的基本原理;
(3)重點(diǎn)研究music算法的基本原理，并用matlab仿真軟件實(shí)現(xiàn);
(4)分析music算法的估計(jì)精度，得出全文結(jié)論。
三、論文(設(shè)計(jì))的工作方案及進(jìn)度安排
第一階段(XX年9月7日-XX年10月11日)查閱有關(guān)智能天線技術(shù)，music算法和matlab仿真等方面的資料，關(guān)注國(guó)內(nèi)、外當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展前景，積累知識(shí)。
第二階段(10月12日-11月8日)對(duì)智能天線的工作原理進(jìn)行詳盡地分析，給出均勻線陣的統(tǒng)計(jì)模型，研究music算法的基本原理，學(xué)習(xí)用matlab實(shí)現(xiàn)仿真
第三階段(11月9日-11月22日)用matlab編寫(xiě)程序，程序調(diào)試
第四階段(11月23日-12月20日)整理資料，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)歷撰寫(xiě)論文，備戰(zhàn)論文答辯。
四、參考文獻(xiàn)
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2) 何子述，黃振興，向敬成，修正music算法對(duì)相關(guān)信號(hào)源的doa估計(jì)性能，通信學(xué)報(bào)，XX no.10
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6) 陳存柱，淺析自適應(yīng)智能天線技術(shù)的應(yīng)用，北京師范大學(xué)，100875
7) [美]s.m. 凱依 著，黃建國(guó)等 譯，現(xiàn)代譜估計(jì)原理與應(yīng)用，科學(xué)出版社，1994
8)徐明遠(yuǎn)， matlab仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用 XX
五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
六、答辯小組意見(jiàn)
【關(guān)鍵詞】無(wú)線電測(cè)向 測(cè)向設(shè)備 測(cè)向體制 軍用和民用
1 無(wú)線電系統(tǒng)探測(cè)輻射源的基本原理
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在無(wú)線電測(cè)向已經(jīng)越來(lái)越廣泛的被運(yùn)用在民用和軍用設(shè)施之中。無(wú)線電事業(yè)近年來(lái)突飛猛進(jìn)，給人們帶來(lái)了極大的便利。無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)主要由測(cè)向天線、輸入匹配單元、接收機(jī)和方位信息處理顯示四個(gè)部分組成。其中測(cè)向天線是電磁場(chǎng)能量的探測(cè)器、傳感器，它也是能量轉(zhuǎn)化器，主要利用感應(yīng)空氣中傳播的電磁波能量以及幅度、相位、到達(dá)時(shí)間等等信息來(lái)變成交流的電信號(hào)，饋送給接收機(jī)；輸入匹配單元從而實(shí)現(xiàn)天線甚至是接收機(jī)的匹配傳輸與轉(zhuǎn)變。接收機(jī)的作用包括選頻、下變頻、無(wú)失真放大和信號(hào)解調(diào)；而方位信息處理顯示部分的任務(wù)就是檢測(cè)、比較、計(jì)算、處理和顯示方位信息。
測(cè)向機(jī)示向度就是指在測(cè)向過(guò)程里顯示的測(cè)向讀數(shù)。測(cè)向站是由測(cè)向設(shè)備、通信系統(tǒng)和附屬設(shè)備三個(gè)方面構(gòu)成。其中測(cè)向站是擔(dān)任專(zhuān)門(mén)執(zhí)行測(cè)向任務(wù)的專(zhuān)職單位，它可以分成固定站和移動(dòng)站兩種形式。
無(wú)線電測(cè)向主要是利用無(wú)線電波在幾個(gè)位置不同的測(cè)向站組網(wǎng)來(lái)測(cè)向，用測(cè)向站的示向度進(jìn)行交匯。短波的單臺(tái)定位，主要是在測(cè)向的同時(shí)測(cè)定來(lái)波仰角，再利用仰角、電離層來(lái)計(jì)算距離，從而用示向度和距離粗步可以判斷臺(tái)位。
不過(guò)在實(shí)際操作上要確定輻射源的具置，還需要完成從遠(yuǎn)到近的分布交測(cè)，從而再實(shí)現(xiàn)具體確定輻射源的具置。
2 無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)的主要分類(lèi)
目前，根據(jù)天線系統(tǒng)從來(lái)波信號(hào)取得信息和對(duì)信息處理系統(tǒng)的技術(shù)不同主要可以分成兩類(lèi)：一是標(biāo)量測(cè)向，不過(guò)它僅僅可以獲得和使用到來(lái)波信號(hào)相關(guān)的標(biāo)量信息；另一種測(cè)向方法即是矢量測(cè)向，它可以依據(jù)它得到的矢量信息數(shù)據(jù)從而同時(shí)獲得和使用電磁波的幅度與相位信息。
兩種測(cè)向方法相比較而言，標(biāo)量測(cè)向的系統(tǒng)歷史悠久，應(yīng)用也更加廣泛。最簡(jiǎn)單的幅度比較式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)就是旋轉(zhuǎn)環(huán)形測(cè)向機(jī)，這種系統(tǒng)主要對(duì)垂直的極化波方向圖成8字形。在軍用方面，大多數(shù)采用比較式的標(biāo)量測(cè)向系統(tǒng)，其測(cè)向天線和方向圖都是采用了某種對(duì)稱(chēng)的形式，如：阿爾考克測(cè)向機(jī)和沃特森-瓦特測(cè)向機(jī)以及各種使用旋轉(zhuǎn)角度的圓形天線陣測(cè)向機(jī)；其中有干涉儀測(cè)向機(jī)和多普勒測(cè)向機(jī)是屬于相位比較的標(biāo)量測(cè)向系統(tǒng)。而對(duì)于矢量測(cè)向系統(tǒng)，例如：空間譜估計(jì)測(cè)向機(jī)。它就是矢量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，它的前端就用多端口天線陣列和至少同時(shí)利用了兩部以上幅度、相位一樣的接收機(jī)，然后它再根據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和算法，用計(jì)算機(jī)來(lái)解答。矢量系統(tǒng)主要依據(jù)天線和接收機(jī)數(shù)量和后續(xù)的處理能力，它主要可以分辨兩元甚至多元波長(zhǎng)和來(lái)波方向。
3 無(wú)線電測(cè)向體制分類(lèi)
利用不同的測(cè)向原理，現(xiàn)在主流的測(cè)向機(jī)制可以分為以下幾種：
3.1 幅度比較式測(cè)向體制
幅度比較式測(cè)向體制的工作原理是：依據(jù)電波在行進(jìn)中，利用測(cè)向陣或者測(cè)向天線的特性，對(duì)不同方向來(lái)波接收信號(hào)幅度的不同來(lái)測(cè)定來(lái)波方向。
幅度比較式的測(cè)向體制原理應(yīng)用十分廣泛，主要可以體現(xiàn)在：環(huán)形天線測(cè)向機(jī)、間隔雙環(huán)天線測(cè)向機(jī)、旋轉(zhuǎn)對(duì)數(shù)天線測(cè)向機(jī)等等，這些是屬于直接旋轉(zhuǎn)測(cè)向天線和方向圖的；交叉換天線測(cè)向機(jī)、U型天線測(cè)向機(jī)、H型天線測(cè)向機(jī)等，都屬于間接旋轉(zhuǎn)測(cè)向天線方向圖。間接旋轉(zhuǎn)測(cè)向方向圖，是通過(guò)手動(dòng)或電氣旋轉(zhuǎn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手持或者佩戴式測(cè)向機(jī)也是屬于幅度比較式測(cè)向體制。
3.2 沃特森-瓦特測(cè)向體制
沃特森-瓦特測(cè)向機(jī)實(shí)際上也是幅度比較式測(cè)向體制，不過(guò)它是利用計(jì)算求解或者顯示正反切值而不是采用直接或者間接旋轉(zhuǎn)天線方向圖。正交的測(cè)向天線信號(hào)，主要是分別經(jīng)過(guò)兩部幅度、相位特性相同的接受機(jī)來(lái)進(jìn)行變頻和放大的，最后求解或者是顯示反正切值，從而解出或者顯示來(lái)波方向。
單信道的沃特森-瓦特測(cè)向機(jī)就是將正交的測(cè)向天線信號(hào)，分別由兩個(gè)低頻率信號(hào)來(lái)調(diào)解，再由單信道 接收機(jī)來(lái)變頻、放大，從而解調(diào)出方向信息信號(hào)，最后求解或顯示正反切值，最后來(lái)確定出來(lái)波方向。
3.3 干涉儀的測(cè)向體制
干涉儀測(cè)向體制的測(cè)向原理是：利用電波在行進(jìn)中，從不同方向來(lái)的電波到達(dá)測(cè)向天線陣時(shí)在空間上各測(cè)向天線單元接受的相位不同，從而相互間的相位差也不同，最后由測(cè)定來(lái)確定來(lái)波相位和相差，即可確定來(lái)波方向。
我們至少需要在空間架設(shè)三副分開(kāi)的測(cè)向天線的準(zhǔn)確的單值確定出電磁波的來(lái)波方向。干涉儀測(cè)向主要是在正負(fù)180度范圍里單值的測(cè)量相位，當(dāng)天線間距比較小時(shí)候，相位差的分辨能力就會(huì)收到限制，天線間距大于0.5個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)候就會(huì)引起相位模糊。利用沿著每個(gè)主基線來(lái)插入一個(gè)或者多個(gè)附加真元來(lái)提供附加的相位測(cè)量數(shù)據(jù)，用這些附加項(xiàng)為數(shù)據(jù)就可以解決主基線相位測(cè)量的模糊問(wèn)題從而來(lái)解決上述的矛盾。這種變基線的方法已經(jīng)被當(dāng)代干涉儀測(cè)向機(jī)所廣泛使用。而相關(guān)干涉儀測(cè)向，它是在測(cè)向天線陣列工作頻率范圍內(nèi)和360度的方向里，利用一定的規(guī)律設(shè)點(diǎn)，并且同時(shí)在頻率間隔和防衛(wèi)間隔上建立樣本群。這樣，在測(cè)向的時(shí)候，就可以把測(cè)得的數(shù)據(jù)和樣本群來(lái)相關(guān)運(yùn)算和插值處理，最后得到來(lái)波信號(hào)方向。
3.4 多普勒測(cè)向體制
多普勒測(cè)向體制主要是利用電波在傳播的時(shí)候，遇到的與它相對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)向天線時(shí)，被接受的電波信號(hào)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，來(lái)測(cè)定多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻移最后來(lái)確定來(lái)波的方向。
我們必須采用測(cè)向天線和被測(cè)電波間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)得到多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻移。一般來(lái)說(shuō)我們?cè)跍y(cè)向天線接收?qǐng)隼?，用足夠高的速度運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)測(cè)向天線作圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，我們利用來(lái)波信號(hào)的相位受到正弦調(diào)制。通過(guò)多普勒頻移f與0點(diǎn)參考頻率相比較，即可得來(lái)波方向角。
3.5 烏蘭韋伯爾測(cè)向體制
烏蘭韋伯爾測(cè)向體制的測(cè)向原理是采用大基礎(chǔ)測(cè)向天線陣，在圓周上面架設(shè)多副測(cè)向天線，來(lái)波信號(hào)可以經(jīng)過(guò)可旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)、移相電路、合差電路形成合差方向圖，最后再利用測(cè)向找到方向。以民用的40副測(cè)向天線陣元為例，角度計(jì)瞬間可與12副天線元耦合，進(jìn)而分別利用移相補(bǔ)償電路把信號(hào)相位對(duì)齊，這樣就可以形成旋轉(zhuǎn)的等效直線天線陣，12副天線分為兩組，每組6副，進(jìn)而兩組間可以經(jīng)過(guò)合差電路的相加減形成合差方向圖。測(cè)向以合差方向圖來(lái)找來(lái)波方向，在來(lái)波方向里，用兩組天線信號(hào)均處在來(lái)波等相位位面上，兩組天線信號(hào)大小相等，差方向圖輸出相減為零，合方向圖時(shí)，為一組天線信號(hào)輸出的二倍。
3.6 空間譜估計(jì)測(cè)向體制
空間譜估計(jì)測(cè)向體制的測(cè)向原理：在已知坐標(biāo)的多元天線陣?yán)?，測(cè)量單元或多元電波場(chǎng)的來(lái)波參數(shù)，經(jīng)過(guò)多信道接收機(jī)變頻、放大來(lái)得到矢量信號(hào)，把采樣量化為數(shù)字信號(hào)陣列，送給空間譜估計(jì)器，再運(yùn)用確定的算法求出各個(gè)電波的來(lái)波方向、仰角、極化等參數(shù)。
空間譜估計(jì)測(cè)向體制的特點(diǎn)是空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)幾個(gè)相干波同時(shí)測(cè)向，這是其它測(cè)向體制所不具有的。它可以實(shí)現(xiàn)在同信道中對(duì)同時(shí)存在的多個(gè)信號(hào)進(jìn)行超分辨測(cè)向。空間譜估計(jì)測(cè)向僅僅利用很少的信號(hào)采樣，就可以精確測(cè)向，它的測(cè)向準(zhǔn)確度比傳統(tǒng)的測(cè)向體制高了很多。并且測(cè)向場(chǎng)地要求不高，可以實(shí)現(xiàn)天線陣元特性選擇以及陣元位置的靈活性。
4 無(wú)線電測(cè)向在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著無(wú)線電事業(yè)的飛速發(fā)展，無(wú)線電測(cè)向技術(shù)在民用和軍用得到了極大的應(yīng)用，但依靠傳統(tǒng)儀器設(shè)備組成的無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)前各種新型、密集的無(wú)線電信號(hào)的監(jiān)測(cè)和測(cè)向的要求，尤其是在電子作戰(zhàn)中，無(wú)線電測(cè)向技術(shù)更是大顯身手，要將干擾功率最大化加載在敵方的通信設(shè)備上，首先要求我們的是，測(cè)出敵方的通信所在地。從軍用微波通信的特點(diǎn)看，其天線波束窄，電波方向性強(qiáng)，與軍用戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)廣播發(fā)射的電波截然不同。所以高度數(shù)字化、集成化和數(shù)字處理技術(shù)應(yīng)用，自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化，多信道的信號(hào)監(jiān)測(cè)和測(cè)向就成為發(fā)展的潮流。因此，國(guó)內(nèi)外的許多公司都研發(fā)或集成了較為先進(jìn)的固定、車(chē)載、移動(dòng)及手持式測(cè)向設(shè)備。有的公司可根據(jù)用戶對(duì)設(shè)備性能及經(jīng)濟(jì)能力的要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，可組成單信道、雙信道及多信道的相關(guān)干涉儀或其他體制的監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)，并具備寬帶掃描、本振共享、同步采樣、信號(hào)識(shí)別、信號(hào)分析功能，系統(tǒng)測(cè)向功能極其強(qiáng)大，且測(cè)向速度快、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性強(qiáng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，界面友好、直觀，操作使用極為方便，大大提高了無(wú)線電技術(shù)人員測(cè)定無(wú)線電輻射源或無(wú)線電干擾的能力。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】CDMA系統(tǒng);多用戶檢測(cè);圓陣天線
1.引言
碼分多址（code division multiple acce-ss，CDMA）系統(tǒng)作為一個(gè)自干擾系統(tǒng)，它存在的多址干擾（Multiple Access Inter-ference，MAI）是限制CDMA系統(tǒng)容量和性能的主要因素。在抗MAI方面，近年的研究主要提出了多用戶檢測(cè)、擴(kuò)頻碼設(shè)計(jì)和智能天線技術(shù)[1]。其中多用戶檢測(cè)和智能天線技術(shù)在對(duì)抗MAI方面效果較突出[2]。然而現(xiàn)有的多用戶檢測(cè)只在消除小區(qū)內(nèi)干擾方面取得了較好的效果，而小區(qū)間的干擾問(wèn)題沒(méi)有解決，智能天線技術(shù)很好的解決了這一問(wèn)題。因此，本文主要探討基于智能天線與多用戶檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)合抗干擾技術(shù)。
2.聯(lián)合抗干擾模型
智能天線分為圓陣和線陣兩大類(lèi)。圓陣與線陣相比，能提供俯仰角的估計(jì)，不僅能在水平面內(nèi)全向掃描，也能產(chǎn)生最大值指向陣面法線方向的單波束方向圖進(jìn)行全向波束賦形，直接對(duì)準(zhǔn)用戶的接收端，還能通過(guò)自動(dòng)調(diào)整各個(gè)陣元的加權(quán)因子，來(lái)控制其方向圖。故論文以圓陣天線作為接收端的接收天線，以消除小區(qū)間干擾。
圓陣天線的陣因子為：
（1）
其中，An為激勵(lì)電流的幅值，在此為一定值，所以討論陣因子時(shí)它不作考慮。
是第n個(gè)單元的角位置，an為激勵(lì)電流的相位，為了方便下面的討論，這里我們假設(shè)an=0。
則由式（1）得：
（2）
（3）
式中：
，
天線的陣因子為：，，wi為各天線單元加權(quán)值。
陣列天線實(shí)質(zhì)上是一個(gè)空域?yàn)V波器，但對(duì)小區(qū)內(nèi)存在的干擾并無(wú)明顯改善。因此，論文同時(shí)引入能有效消除小區(qū)內(nèi)干擾的多用戶檢測(cè)技術(shù)。
為了與圓陣天線合理匹配，減小系統(tǒng)復(fù)雜度并減小背景噪聲，我們選擇了多用戶檢測(cè)中的線性變換方式的最小均方誤差檢測(cè)（MMSE）。
其基本思想是使第k個(gè)用戶發(fā)送的信號(hào)與估計(jì)值的均誤方差值最小。為了使接收端信號(hào)的判決比特與發(fā)送端傳輸比特bk之間的均方誤差最小，現(xiàn)定義第k個(gè)用戶的線性變換函數(shù)wk，滿足：
（4）
令，K*K階的矩陣表示K個(gè)用戶之間的線性變換矩陣，則MMSE準(zhǔn)則下的線性檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為：
（5）
要求矩陣W以滿足上式，則令：
可以解得最小均誤方差準(zhǔn)則下的線性變換矩陣：
（6）
因此，MMSE線性檢測(cè)器后的判決輸出為：
（7）
3.仿真
利用Matlab進(jìn)行仿真。聯(lián)合抗干擾模型分為圓環(huán)陣列天線與MMSE檢測(cè)兩個(gè)部分。首先，在不考慮系統(tǒng)中所有用戶的地理位置分布情況下，選擇采用圓陣天線作為接收天線和不采用兩種設(shè)置，設(shè)載波波長(zhǎng)為，陣元間距d為載波波長(zhǎng)的二分之一，即。圓環(huán)陣列天線的陣元數(shù)設(shè)為8，方位角為（-90o，90o），仰角為（0o，90o）。兩種設(shè)置在天線接收信號(hào)后都采用MMSE最小均方誤差法對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行判決。結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知，只有MMSE檢測(cè)的CDMA系統(tǒng)，信噪比從0dB達(dá)到8dB的這一過(guò)程中，誤碼率性能有所改善，但不明顯。而引合抗干擾的CDMA系統(tǒng)，誤碼率性能已經(jīng)大大下降，達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
圖1 聯(lián)合抗干擾引入前后CDMA系統(tǒng)誤碼率
和信噪比關(guān)系圖
4.結(jié)論
論文論述了基于圓陣天線與MMSE檢測(cè)的聯(lián)合抗干擾技術(shù)。提出了使用八陣元圓環(huán)陣列天線作為接收天線，以MMSE檢測(cè)作為檢測(cè)算法的聯(lián)合抗干擾模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，引合抗干擾后，系統(tǒng)的誤碼率性能明顯改善，系統(tǒng)容量從而得到了提升。
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關(guān)鍵詞：GPS，干擾，干擾抑制
1概述
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)能為陸、海、空、天的各類(lèi)軍民載體全天候、24小時(shí)連續(xù)提供高精度的三維位置、速度和精密時(shí)間信息，在軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于精確打擊武器制導(dǎo)、目標(biāo)偵察、C4ISR系統(tǒng)等。隨之在軍事作戰(zhàn)應(yīng)用中的推廣，它易于受到干擾的問(wèn)題日益顯現(xiàn)出來(lái)，在強(qiáng)干擾環(huán)境，其擴(kuò)頻增益不足以對(duì)干擾進(jìn)行抑制，需要采用各種抗干擾措施。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)干擾抑制能力的強(qiáng)弱已經(jīng)成為其能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。
2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)干擾抑制技術(shù)
針對(duì)GPS的干擾有的是有意的，有的是無(wú)意的，主要包括其他無(wú)線電波（有源）、有影響的地理環(huán)境（多徑）、選擇可用性（SA）。
2.1有源干擾抑制技術(shù)
造成GPS容易受到有源干擾的原因是GPS接收端信號(hào)太弱，對(duì)有源干擾的抑制主要技術(shù)有：
① GPS衛(wèi)星優(yōu)化
主要包括提高衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)度，改善碼結(jié)構(gòu)和在衛(wèi)星上使用一些新的抗干擾技術(shù)，如采用后向天線、增加新的軍用碼（M碼）、使用點(diǎn)波束發(fā)射方式等。
② 偽衛(wèi)星技術(shù)
利用裝載在無(wú)人機(jī)或地面上的虛擬機(jī)構(gòu)成虛擬的GPS星座轉(zhuǎn)發(fā)高功率加密GPS信號(hào)。如針對(duì)地面需求采用發(fā)射塔作為偽衛(wèi)星。
③ 頻域?yàn)V波技術(shù)
濾波技術(shù)使得GPS接收機(jī)不易受相對(duì)于GPS的兩個(gè)L波段頻帶外的強(qiáng)功率干擾。頻域?yàn)V波用于頻譜濾波，包括帶通濾波和帶阻濾波?？赏ㄟ^(guò)在GPS接收機(jī)和GPS天線間增加一個(gè)外圍濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，濾波過(guò)程還可采用自適應(yīng)數(shù)字濾波、VLSI技術(shù)等。
④ 時(shí)域?yàn)V波技術(shù)
時(shí)域?yàn)V波是在時(shí)域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)頻譜/逆譜區(qū)分，可通過(guò)在GPS接收機(jī)前端處理中增加一個(gè)嵌入塊實(shí)現(xiàn)或作為一個(gè)單獨(dú)的部分置入接收機(jī)之前。時(shí)域、頻域?yàn)V波技術(shù)能夠提供15—50dB抗干擾能力，但對(duì)寬帶干擾通常不佳。
⑤ 調(diào)零天線技術(shù)
調(diào)零技術(shù)通常使用微帶圓形天線陣或隙縫部件對(duì)干擾源方向上的自適應(yīng)調(diào)零，以達(dá)到有效的定向壓制。自適應(yīng)調(diào)零天線是一個(gè)多元天線陣，陣中各天線與微波網(wǎng)絡(luò)、處理器相連，處理器通過(guò)對(duì)微波網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)處理來(lái)調(diào)整微波網(wǎng)絡(luò)，使各陣元的增益合成相位發(fā)生變化，從而在天線陣元方向圖中產(chǎn)生對(duì)著干擾源方向的零點(diǎn)，以降低干擾效果。
⑥ 極化調(diào)零抗干擾技術(shù)
極化調(diào)零抗干擾技術(shù)是一種單孔徑技術(shù)，利用電場(chǎng)矢量對(duì)消來(lái)消除干擾信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)是使用一個(gè)探測(cè)和跟蹤/控制通道來(lái)識(shí)別和跟蹤干擾信號(hào)的相位和幅度，再用一個(gè)混合連接對(duì)消電路實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合接收信號(hào)中干擾信號(hào)的抵消。極化調(diào)零技術(shù)根據(jù)類(lèi)似的干擾源產(chǎn)生一個(gè)極化非匹配和調(diào)整，能明顯提高右旋極化GPS信號(hào)與干擾之間的抗干擾比。免費(fèi)論文。
⑦ GPS干擾源檢測(cè)和定位技術(shù)[3]
采用A—D頻段精確目標(biāo)捕獲系統(tǒng)對(duì)阻斷或干擾GPS的信號(hào)進(jìn)行截獲、定位，并搜集有關(guān)干擾源的詳細(xì)信息，以采用相應(yīng)的保護(hù)措施。
⑧ GPS/慣導(dǎo)（INS）/多卜勒導(dǎo)航（DNS）組合導(dǎo)航技術(shù)
關(guān)鍵詞:MIMO 超寬帶 射線跟蹤 信道
中圖分類(lèi)號(hào):TN2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973 (2010) 01-099-01
1序論
超寬帶技術(shù)(UWB)是由一系列周期非常短、頻率非常高的脈沖波實(shí)現(xiàn)的一種通信方式,通常也被稱(chēng)為脈沖通信技術(shù)。當(dāng)信號(hào)頻率與中心頻率的比值大于等于25%,或者帶寬大于等于500Mbps,則為超寬帶。
將MIMO技術(shù)用于UWB系統(tǒng)具有很高的鏈路可靠性和速率適配能力, MIMO-UWB系統(tǒng)能夠在時(shí)域上很好地解決有害的碼間干擾和信道間干擾問(wèn)題,原因在于接收信號(hào)具有良好的自相關(guān)及互相關(guān)特性。同時(shí)又有很多關(guān)鍵技術(shù)可以運(yùn)用,見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。
2UWB信號(hào)選取
在本文中,我們選取高斯二階信號(hào)作為發(fā)送信號(hào),根據(jù)文獻(xiàn)[2]可知,從相干帶寬的數(shù)據(jù)來(lái)分析,高斯信號(hào)族相干帶寬較大。當(dāng)傳輸信號(hào)帶寬大于信道帶寬時(shí),信號(hào)經(jīng)過(guò)信道將會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落,這種衰落將會(huì)造成傳輸信號(hào)的碼間干擾。而高斯信號(hào)所產(chǎn)生的碼間干擾較小。高斯二階信號(hào)又優(yōu)于其它階的高斯信號(hào)。由此,可以得出高斯二階信號(hào)建立的室內(nèi)信道模型較其它信號(hào)建立的模型更準(zhǔn)確。波形表達(dá)式為:
(2.1)
其中:――脈沖幅度,取值為1;――為脈沖成型因子,取值為;――為脈沖持續(xù)時(shí)間,1/中心頻率;進(jìn)行歸一化處理后可得到時(shí)域的高斯二階波形見(jiàn)圖1:
圖1時(shí)域的高斯二階脈沖波形
3用高斯信號(hào)仿真分析室內(nèi)MIMO信道
3.1計(jì)算過(guò)程
根據(jù)射線追蹤法的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程,我們可以求得信道的H矩陣中任意hij,可將其轉(zhuǎn)化為時(shí)域形式公式(3.1),接收波形的時(shí)域表達(dá)形式為式(3.2)
(3.1)
(3.2)
其中:為每一射線到達(dá)接收點(diǎn)的功率值,為相位變化,為發(fā)送信號(hào)的載波頻率,為每一射的時(shí)延,為有效射線數(shù)。為高斯二階信號(hào),由求得。
我們將式(2.1)及式(3.1)帶入式(3.2)可化簡(jiǎn)得到一對(duì)發(fā)送接收天線的接收波形表達(dá)式為式(3.3),總的接收波形為公式(3.4),N,M分別為發(fā)送接收天線數(shù)。
(3.3)
(3.4)
3.2仿真圖形
仿真環(huán)境: 2天線,發(fā)送天線(半波偶極子)坐標(biāo)[1,1,1],[1.2,1,1];接收天線[6,7.5,0.8],[6.2,7.6,0.8],發(fā)射頻率2.35GHz~2.85GHz。以1MHz為間隔,取500個(gè)點(diǎn),房間尺寸8, LOS環(huán)境。
我們把大的帶寬分為N個(gè)小的帶寬,在每個(gè)帶寬內(nèi)取中心頻點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,則分割之后的子信道,可視為平坦的,慢衰落信道,則可以由前文提到的頻域的射線追蹤算法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算完每個(gè)子信道之后再進(jìn)行疊加處理。得到的仿真圖為:
圖2天線的接收波形
3.3結(jié)果分析
圖2為兩個(gè)接收天線接收到的波形圖,從圖中可以看出接收端的第一條到達(dá)路徑幅度最大,原因是第一條到達(dá)路徑是直達(dá)路徑,沒(méi)有傳播損耗和反射損耗。由于是MIMO信道,則兩個(gè)發(fā)送天線到達(dá)同一根接收天線的時(shí)延不一樣,則兩個(gè)直達(dá)路徑的時(shí)延不一樣,峰值則是由接收功率決定的。把圖中的部分波形進(jìn)行放大可以發(fā)現(xiàn)在有的位置出現(xiàn)了波形的混迭,原因?yàn)榉瓷浯螖?shù)多,到達(dá)接收天線的幾條路徑時(shí)延很接近,時(shí)域波形進(jìn)行了疊加,而由于多徑效應(yīng)造成了時(shí)延展寬,引入碼間干擾。
4結(jié)論
本文以確定性的射線追蹤算法為基礎(chǔ),通過(guò)理論分析選取高斯二階脈沖信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)波形,在室內(nèi)MIMO情況下,進(jìn)行頻帶分割,推導(dǎo)接收波形的公式,通過(guò)公式仿真MIMO-UWB信道的接收波形,并分析波形出現(xiàn)混迭是由于多徑效應(yīng)造成了時(shí)延展寬,引入碼間干擾。
參考文獻(xiàn):
[1]杜洪峰,周正.基于自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的MIMO-UWB無(wú)線通信系統(tǒng)的研究[J].電子與信息學(xué)報(bào),vol.28, No.6, 2006.
