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1、课 程 设 计 成 果 说 明 书题 目： VHF 无 线 信 号 侧 向 单 元 设 计 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 学 院 ： 机 电 工 程 学 院 班 级 ： 08 电 信 指 导 教 师 ： 浙江海洋学院教务处2011 年 12 月 27 日浙江海洋学院课程设计成绩评定表120112012 学年 第 1 学期学院 机电工程学院 班级 08 电信 专业 电子信息工程 学生姓名(学 号) 课程设计 名 称船舶组合导航系统课程设计题 目 VHF 无线信号测向单元设计指导教师评语指导教师签名：年 月 日答辩评语及成绩答辩小组教师签名：年 月 日电子与信息工程专业课程设计II浙江海洋学院课
2、程设计任务书2011 2012 学年 第 1 学期学院 机电工程 班级 08 电信 专业 电子信息工程 学生姓名(学号)沈丹/柯祖勇张裕霖/陈岱任涢涢/ 课程名称 船舶组合导航系统课程设计设计题目 VHF 无线信号测向单元设计完成期限 自 2011 年 12 月 22 日至 2011 年 12 月 31 日 共 2 周设计依据本次设计所需知识1. 无线电基础知识2. 现代导航信息系统中第七章船舶交通服务系统3. C语言编程技术设计要求及主要内容1 熟悉无线电在空间传播的特点2 熟练使用 C语言编程3 假设二维空间中有一点 A，在任意时刻向外连续发送频率为 fA的 VHF正弦信号；在二维空间另有
3、一点 B接收 A点发送的信号。设计要求：（1）在 A点设计一个二维平面内的 VHF天线排列方式；（2）设计 B点的测向定位算法。4 完成课程设计说明书的撰写。5 同步完成课程设计日志记录。参考资料1. 吴建华.现代导航信息系统.武汉理工大学出版社.2007 年.2. 周毅.AIS 信息解码和显示.航海技术.2006（2）.3. NMEA-0183协议解析. 上海华测导航技术有限公司.4. 王公仆等.计算机与单片机的串口通讯程序设计.轻工机械J.vol25(3).20075. 丁振国.AIS 信息解析的计算机实现研究. 中国水运J.VOL.8(10).20086. FTP资源：172.16.51
4、.71 在/船舶组合导航目录下。7. 丁英强，孙雨耕，李婷雪.基于多维校正的无线传感器网络多维标度定位算法.仪器仪表学报，20098. 马震，刘云，沈波.分布式无线传感器网络定位算法 MDS一 MAP(D).通信学报，20089. 肖玲，李仁发，罗娟.基于非度量多维标度的无线传感器网络节点定位算法.计算机研究与发展，200710. 戴晴，黄纪军，莫锦军.现代微波与天线测量技术M.北京:电子工业出版社，2008指导教师签字 赵秋亮 日期 2011 年 12 月电子与信息工程专业课程设计IIIVHF无线信号测向单元设计 沈 丹，A08 电信 2班， 柯祖勇，A08 电信 2班， 张裕霖，C08 电
5、信 1班， 陈 岱，A08 电信 2班，任涢涢，A08 电信 1班，摘 要无线电测向技术已经在民用和军用得到了极大的应用，随着技术的不断成熟，如今的无线信号测向已具备功能极其强大，且测向速度快、灵敏度高、动态范围大、可靠性强，计算机自动控制，界面友好、直观，操作使用极为方便，大大提高了无线电技术人员测定无线电辐射源或无线电干扰的能力。为了能够研究在二维空间内，VHF 天线通过发射信号对远处接收点进行定位导航我们特地设计了这个实验来进行定位测向。本文通过运用位置线法：通过测量几何参量与几何位置之间的数学关系进行定位，导航几何参量通常都是空间坐标的标量函数 u(x,y),代表空间的标量场。在二维空
6、间中，他们分别对应各种类型的曲面，无线电导航中测得的电参数所对应的几何参量往往为一个固定的数据，对应于标量场中的某一个等位面 u= u(x,y),称为位置面，如角位置面，距离位置面和距离差位置面等。位置线：两个位置面的交线，位置线与另一个位置线或者位置面相交就可以得到用户的坐标；若测量的是物理距离，则位置面为一球面，因为此时我们假设是二维空间内，所以位置面可以假设为一个圆面，通过圆相交确定接收点的位置。这次课程设计我们得出了以下结论：此次实验使我们对无线电的传播方式以及其存在的一些优势有了具体的了解。同时对运用数学中的几何位置来模拟空间之间的定位有了更加深刻以及直观的了解。在此基础上，使我们有
7、了 C语言与真正的数学建模结合在一起的初步概念；于此同时，我们通过本次实验学会了在二维空间内，我们可以通过改变天线的排列方式这种方法来实现对远处一点实行测向定位。 关键字：无线电信号；测向定位；位置线法；C 语言电子与信息工程专业课程设计IV目 录前言 .5一 绪论 .61.1 无线信号测向的发展 .61.2 课题研究的意义和应用价值 .6二 无线信号测向原理及设计方案 .72.1 无线信号测向原理 .72.2 无线信号侧向设计方案 .72.3 无线信号侧向天线排列方式 .8三 无线信号测向的定位数学理论算法 .9四 无线信号测向的编程与解析 .104.1 代码解析 .104.1.1 模块 1
8、 两圆交点的求法 .104.1.2 模块 2 三圆交点的求法 .154.2 运行结果解析 .17五 设计过程中所遇问题的解析 .22六 结论心得 .23参考文献 .24电子与信息工程专业课程设计5前言早期无线电通信中，天线发射的电磁波传向四面八方。而朝通信方向以外辐射的电磁波都“浪费”掉了。为了节省电台功率，保证预定方向通信可靠，人们致力于研究电磁波的定向发射和定向接收。无线电定位装置具有以下特点：第一，结构简单，造价较低，工作可靠。第二，对发射电台没有特殊的要求。第三，到目前为止仍然是唯一能测定无线电发射台方向的一种设备。无线电最大的优势无疑是摆脱了接口与线缆的束缚。特别是通讯方面，相对于有
9、线通讯，无线电传输通讯的时候不需要架设价格昂贵的长距离线缆，主要架设一定数量的无线中继站，从而节省了大量的人力物力。同时无线电传输也能自动解决由于环境因素等导致有线线缆无法架设等问题。无线信号主要用于如今的一些无线网络等，特别在船舶导航运用方面进行某一点的测向定位。无线电信号以其具有多频段，多功能通讯能力和很强的灵活性等优点正在应用在越来越多的场合。本文运用无线电测向，运用位置线法：通过测量几何参量与几何位置之间的数学关系进行定位。通过假设在二维空间内，对 VHF天线进行三个位置的架设，并以各自架设天线的发射点为圆心做圆，求它们公共交点的方法确定接收点的具体位置。电子与信息工程专业课程设计6一
10、 绪论1.1 无线信号测向的发展天线一词最早源于大自然中的动物，代指昆虫、禽鸟等的触觉器官。 从 1873年麦克斯韦提出了电磁波的存在后，天线就有了连接无线通信系统和外部空间的新涵义。天线是构成无线通信系统的重要前端部件，其基本功能是辐射和接收电磁波。图 1是最简单的无线电通信系统原理图，发射天线将发射机输出的电流能量转换成电磁波后发射出去，接收天线再将电波信号转换成电流能量回传给接收机。图 1 无线电通信系统原理图1.2 课题研究的意义和应用价值随着无线电事业的飞速发展，无线信号测向技术在民用和军用得到了很大的应用，但依靠传统仪器设备组成的无线电监测测向系统已不能满足当前各种新型、密集的无线电信号的监测和测向的要求，尤其是在电子作战中，无线电测向技术更是大显身手，要将干扰功率最大化加载在敌方的通信设备上，首先的要求是测出敌方的通信所在地。从军用微波通信的特点天线波速窄，电波方向性强看，与军用战术电台广播发射的电波与军用战术截然不同。所以高度数字化、集成化、自动化、智能化、网络化和小型化、多信道的信号监测和测向就成为发展的潮流。因此，许多公司都研发或集成了较为先进的测向设备，比如固定、车载、移动及手持式。有的公司可根据用户对设备性能及经济能力的要求进行相应设计，可组成单信道、双信道及多信道的相关干涉仪
