电子期刊论文发表无线电定向系统之设计

　　摘要：本文首先简单介绍无线电定向之基本概念、分类，根据系统之需求，着重阐述系统之设计过程，介绍整体之定向流程并根据理论推导结果初步确定系统所需之硬件设备。从而确定系统设计之各项技术指标，选择相应之定向机制，设计出整个无线电定向子模块之基本工作原理与方式，并合理之选择所需之芯片及其他设备。

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　　一、无线电定向之基本概念

　　如图1所示，当电波沿平面传播时，就可以用设置在该平面上A点之定向机来测定辐射源B所在方向。在图1(a)中，设过A点之正北方向为零度参考线，从正北方向到定向机A与辐射源B之连线之夹角a，就是辐射源所在之方位角，或辐射源所在方位。在平面内，方位角取值范围为0~3600°。

　　图1辐射源方位角之测定

　　对于沿地球表面传播之电波，如果用架设在地球表面A点之定向机测向，这时之0°参考线，就是过A点之子午线之正北方向，辐射源方位角就是从0°参考线至A与B之大圆连线之夹角，如图l(b)所示。B点相对于A点之方位角具有唯一性。

　　二、无线电定向系统设计

　　2.1 需求分析

　　无线电定向子模块在整个“基于GSM之A-GPS混合定位系统”中是起补充作用。其工作必须满足一定之指标要求，具体如下：

　　(l)从消除A-GPS技术覆盖盲区之角度以及GSM网络之小区覆盖半径考虑，系统无线信号有效覆盖半径为1.5km。

　　(2)根据国家无线委员会建议，系统工作频率150MHz-300MHz，此部分频点比较丰富，容易实现实际中之应用。

　　(3)实际中，系统工作在车载模式，因此天线不宜架设之过高，这里暂定基站天线高度下限lm，上限1.5m，移动台天线高度为2m。

　　(4)终端发射部分工作在广播模式，对电量之要求很高，基本准则是：电量消耗为l000MAh-10days且工作在呼吸模式。

　　(5)为了降低系统复杂度，要求发送数据信息比较简单且数据长度比较小。

　　(6)根据路径损耗模型估算结果，终端移动服务器之接收灵敏度应该在-120dbm左右。

　　(7)系统终端定位是时尚消费电子用品，故其自身应该具有时尚小巧、简单易用之特点。

　　2.2 ADF7012芯片组成

　　发射芯片ADF7012主要完成射频载波信号之产生与对用户数字信号之调制功能，它包括晶振、电荷泵锁相环、调制模块、射频滤波器与寄存器等模块，其中需要我们根据自己之系统重新设计之主要工作模块是电荷泵锁相环(CPPLL)与射频滤波电路，为了是发射芯片按照系统设计正常工作，就必须根据系统之工作频率与性能需求来确定这两部分电路之相关元器件参数。

　　2.3 工作流程

　　其中发射模块安装在要定位之终端上，而接收模块安装在车载之搜索系统上。由于在整个系统中，定向模块主要起到辅助之作用，该模块不需要像GPRS以及GPS模块那样实时之收集位置信息，所以，为了能够达到节省电量并实现系统功能之目之，定向模块通常情况下处于关闭状态。当车辆出现遗失之情况时，通过GPRS模块之相关功能对定向模块进行触发，在这里，我们可以在芯片内部设置一个GPRS遗失确认定时器，当GPRS模块向用户发送汽车遗失确认信息之时候，同时启动短信定时器，这样，我们可以通过两种方式来确认是否开启定向模块。定向模块将按照周期方式进行工作，周期性之按照占空比要求、以一定之速率开始发送无线射频信号，具体之发送周期待定。

　　2.4 定向流程

　　考虑到方案中之实际情况，当采用无线定向模块进行工作之时候，定位终端上之无线信号发射芯片将发送一定频率之射频信号，我们通过定制之信号接收装置可以对该信号进行接收，并且根据接收之信号对定位终端在GSM小区内之方位进行粗略之估计。基本思想：在定位终端中采用类似于ADF7012之芯片作为定向模块，将该定位终端之标识号ID输入到芯片中，该芯片按照一定之周期、固定之功率广播自己之标识号ID。当寻找人员之移动设备进入芯片所发射之射频信号之覆盖范围之时候，不停之监听所有之无线信道，当收到定向模块发出之信号之后即可通过解调来确定其ID以及发射源之方向，进而完成搜索工作。

　　2.5 发射模块驱动

　　整个混合定位系统之硬件平台之处理器芯片采用之是ARM9结构之S3C2410处理器芯片，其软件系统是嵌入式LINUX系统。在芯片控制模块之驱动程序中，我们利用了S3C2410芯片之四个GPIO口来模拟控制ADF7012芯片之CE、DATA、CLOCK、LE四路信号，以达到控制芯片上电、断电，并将控制寄存器信息写入芯片中之目之。在芯片控制模块程序中，首先我们控制对连接ADF7012芯片CE管脚之GPIO口写入高电平，使芯片使能上电，然后按照之前给出之时序图对连接DATA、Clock、LE三个管脚之GPIO口分别写入高低电平(其中高电平代表数字信号1，低电平代表数字信号)，从而将控制芯片工作状态之四个寄存器之值写入ADF7012芯片中，达到控制芯片工作状态之目之。而要使ADF7O12芯片处于休眠状态时，只要对连接CE管脚之GPIO口输入低电平，就可以控制ADF7012芯片断电，以达到节省电量消耗之目之。同时，虽然前面给出之时序图中，对时钟信号等之周期给出了具体之数值，但通过实际之测试，我们发现，只要DALA、CLOCK与LE三路信号并不要在时间周期上完全相同，同样可是达到控制芯片工作之目之。这要就降低了我们芯片控制模块驱动程序在时间性上之要求，便于实现。

　　2.5 发射模块系统测试

　　我们将ADF7012芯片焊接到混合定位系统之终端上，同时将前面介绍之无线电定向发射模块驱动程序写入到系统中。启动整个混合定位终端之系统程序，按照需求启动无线电定向模块程序，测试发现整个模块之程序可以正常之启动。首先我们通过启动无线电模块驱动程序看能否控制ADF7012芯片工作在呼吸模式，即能否控制射频芯片在工作一段时间后进入休眠状态，隔一段时间又重新启动芯片工作。通过使用示波器测试射频输出信号，我们发现程序能够控制芯片按照系统设计模式工作。我们设定之发射信号功率是13dbm，从发射端口到频谱分析仪输入之连接线衰减是5db，这样通过频谱分析仪观察到之信号功率就应该是在8dbm，信号功率在7.80dbm左右，基本符合理论计算结果。将ADF7O12芯片集成到混合定位系统中，通过我们编写之驱动程序之控制，芯片同样可以像在开发板上由其自带之控制软件控制一样之正常工作，这表明我们之驱动程序编写是成功之。

　　参考文献

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　　[2]罗伟雄韩力原东昌等著。《通信原理与电路》。 2003： 115-186.

　　[3]卢万铮著。《天线理论与技术》。2004： 50-58.

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　　[5]纪越峰等著。《现代通信技术》。第2版。北京邮电大学出版社。2005： 287-370 397-402.

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