无线电测向体制概述.doc

第十章 无线电测向体制概述 无线电测向的一般知识。 随着无线电频谱资源的广泛应用和无线电通信的日益普及，为了有序和可靠地利用有限的频谱资源，以及确保无线电通信的畅通，无线电监测和无线电测向已经必不可少，其地位和作用还会与时俱进。 什么是无线电测向呢?无线电测向是依据电磁波传播特性，使用仪器设备测定无线电波来波方向的过程。测定无线电来波方向的专用仪器设备，称为无线电测向机。在测定过程中，根据天线系统从到达来波信号中获得信息以及对信息处理的方法，可以将测向系统分为两大类：标量测向系统和矢量测向系统。标量测向系统仅能获得和使用到达来波信号有关的标量信息数据；矢量测向系统可以获得和使用到达来波信号的矢量信息数据。标量测向系统仅能单独获得和使用电磁波的幅度或者相位信息，而矢量测向系统可以同时获得和使用电磁波的幅度和相位信息. 标量测向系统历史悠久，应用最为广泛。最简单的幅度比较式标量测向系统，是如图(1)所示的旋转环型测向机，该系统对垂直极化波的方向图成8字形。大多数幅度比较式的标量测向系统，其测向天线和方向图，都是采用了某种对称的形式，例如：阿德考克(Adcock)测向机和沃特森-瓦特(Watson-Watt)测向机，以及各种使用旋转角度计的圆形天线阵测向机；属于相位比较的标量测向系统，有如：干涉仪(Inteferometry)测向机和多普勒(Dopple)测向机等。在短波标量测向系统可以设计成只测量方位角，也可设计成测量方位角，同时测量来波的仰角。 矢量测向系统，具有从来波信号中获得和使用矢量信息数据的能力。例如：空间谱估计测向机。矢量系统的数据采集，前端需要使用多端口天线阵列和至少同时利用两部以上幅度、相位相同的接收机，后端根据相应的数学模型和算法，由计算机进行解算。矢量系统依据天线单元和接收机数量以及后续的处理能力，可以分辨两元以至多元波场和来波方向。矢量测向系统的提出还是近十几年的事，它的实现有赖于数字技术、微电子技术和数字处理技术的进步。目前尚未普及。 图1 比幅式环形测向 在上述的说明中，我们使用的是测定“来波方向”，而没有使用测定“辐射源方向”，这两者之间是有区别的。我们在这里侧重的是：测向机所在地实在的电磁环境，但是，无线电测向，通常的最终目的，还是要确定“辐射源的方向”和“辐射源的具体位置”。 无线电测向从上个世纪初诞生至今，已经形成了系统的理论，这就是无线电测向学。无线电测向学，是研究电磁波特性及传播规律、无线电测向原理及实现方法、测向误差规律及减小和克服误差的方法。总之，无线电测向学，是研究无线电测向理论、技术与应用的科学。无线电测向学是与无线电工程学、无线电电子学、地球物理学、无线电通信技术、计算机技术、数字技术紧密相关的一门科学。 图2 无线电测向系统的组成 无线电测向系统的组成，如图(2)所示。通常包括测向天线、输入匹配单元、接收机和方位信息处理显示四个部分。测向天线是电磁场能量的探测器、传感器，又是能量转换器，它把空中传播的电磁波能量感应接收下来，连同幅度、相位、到达时间等信息转换为交流电信号，馈送给接收机；输入匹配单元实现天线至接收机的匹配传输和必要的变换；接收机的作用是选频、下变频、无失真放大和信号解调；检测、比较、计算、处理、显示(指示)方位信息，是第四部分的任务。 无线电测向以测向机所在地，以及过地理北极的子午线为参考零度方向。两点之间方位度数按下述方法确定：假设地球表面A、B两点，A点为测向机所在地，基准方向与方位角如图(3)所示。量判B点相对于A点的方位角，是从过A点的子午线(零度)顺时针旋转到A至B的大圆路连线的度数。B点相对于A点的方位角度数具有唯一性 图3 基准方向与方位角 测向机在测向过程中显示(指示)的测向读数称为示向度。由于电波传播以及测向仪器的误差等原因，测向时，示向度通常不是一个十分精确的单值。示向度与方位角之差，称为测向误差。如果在测向中，示向度与方位角重合，则测向误差为零。实际上，在测向过程中导致产生误差的原因是多方面的，但是基本上可以归纳为主观误差和客观误差两大方面。影响和产生客观误差的因素很多，以后我们还将另文专述。 在测向中，为了获得比较准确的示向度，通常有四个必须具备的条件：优良的测向台址环境、匹配的测向体制、高精度的测向机、经验丰富的操作人员。优良的测向台址环境为电波的正常传播提供条件；正确选择测向体制，以满足使用中的不同要求；精良的测向机是设备基础；在测向的过程中，常常需要处理预想不到的情况，人的知识经验十分宝贵，经验丰富的操作人员，有着非常重要的作用