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第3篇无线电测向与空间谱估计测向体制

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第3篇无线电测向与空间谱估计测向体制

第五十八研究所朱锦生赵衡

内容简介：本文简述无线电测向原理，几种典型的无线电模拟电子技术的无线电测向设备，以及空间谱估计测向的含义和它目前达到的水平。

1无线电测向的基本原理

1.1无线电测向的目的是测定辐射源（或发射机）的位置

无线电测向是靠测定电波传播的方向来实现的。

电波传播方向的轨迹是沿地球的大圆弧前进的，即地面上两点（如辐射源和观测点的两点）间的最短直线距离。因此测定电波的来向，也即测定了辐射源的方向。

1.2无线电测向的定位三角交会定位

由地面两个以上的观测点对同一辐射源测定电波的来向，这些来波行进轨迹的交会点，即为辐射源或发射机的位置，如图1。

（1）单站定位（一般对短波测向而言）

图2短波单站定位示意图图1多站测向交会定位示意图由观测点测定来波的方位角、仰角，通过精确电离层模型计算出电离层反射点的等效高度。由仰角和电离层等效高度计算出观测点距辐射源的距离，由此距离与方位角一起就可确定辐射源的位置，见图

图2短波单站定位示意图

图1多站测向交会定位示意图

1.3实际电波传播不可能是完全理想的

影响电波传播行进轨迹的因素，最大有两个：

(1)电波传播

短波远距传播均通过电离层反射来实现，但电离层并不是一面实际的镜子，它有一定的厚度，实际是漫反射，是由逐渐的折射达到反射，见图3。因此电离层的电子密度对电波传播影响很大。电离层电子密度的不均匀，相当反射镜面的倾斜，使得电波传播行进的轨迹偏离地球大圆弧（即直线）的轨迹。除此还有电离层各个不同层的分别反射，即使同一层，也有不同的反射次数，即跳数，结果形成多径传播，见图4。由于各个途径的电波传播是随时间变化的，结果合成的来波不仅方向上有误差，同时来波的方向还明显呈游动。

图3无线电波传播示意图图4

图3无线电波传播示意图

图4短波天波多径传播模式示意图

(1)地形地物的影响

地形地物如各种建筑物、铁塔、山脉、树林等障碍物，它们也接收电波的照射，同时还产生再次辐射。这样到达观测点的电波，不仅有直接来自辐射源的电波，而且还有障碍物的再次辐射电波，它们合成的来波方向，偏离辐射源，并根据影响程度，向障碍物偏转一定的角度，这就产生误差。

1.4减小由于电离层和地形、地物产生误差的一个重要措施

那就是扩大天线阵列的孔径，和增多单元天线数量，见图5。将畸变、曲折的波前（WaveFront）进行平均，即由窄孔径、小基础测向台（站）改造为宽孔径、大基础测向台站，由此降低方位误差的影响。

图5

图5天线孔径与测向误差示意图

2模拟无线电电子技术时代的几种典型的无线电测向机

无线电测向机的基础技术是无线电电子技术。所以无线电电子技术的发展水平也决定了无线电测向机的发展水平。

最简单的无线电测向机是一个环形（框形）天线、一台无线电接收机和一副耳机。转动环形天线寻找零音点（或小音点），处在零音点的环形天线面的法线方向就是电波的来向，见图6。但它只能用于测量地波，即垂直极化分量。天波的水平极化分量的方向图刚好与垂直极化分量的方向图互相垂直，将产生严重的方位角误差。

图6小音点测向示意图Adcock测向机就是采取措施，抑制掉了无线电测向机对水平极化分量的接收，最典型的就是U型天线无线电测向机，见图7。它将天线的水平部分（或水平传输部分），用屏蔽电缆，且深埋在土壤下面，使其不接收电波的水平分量。

图6小音点测向示意图

图7Adcock

图7Adcock测向原理示意图

Watson-Watt无线电测向机，它用双信道接收机和荧光屏实现视觉测向，见图8。当时四、五十年代（二战后）就算是自动测向了。其最大的技术困难，就是两个信道的增益和相移必须保持完全一致，靠当时的无线电模拟电子技术难度极大，两个信道的元器件包括电子管必须经过精细挑选配对。

图8视觉测向示意图

无线电干涉仪测向，其最大的特点就是比较电波来波之间的相位，见图9。

图9

图9干涉仪测向原理示意图

宽孔径、大基础Wullenweber无线电测向。这在无线电模拟电子技术时代是很先进的无线电测向设备了。它在测向精度和受地形、地物影响均较窄孔径、小基础无线电测向有较大的优越性，见图10和图11。

图10

图10大基础测向原理示意图

图11

图11大基础测向大音点、小音点取向示意图

3空间谱估计测向（超分辨率测向或多信号测向）

3.1模拟无线电电子技术时代对无线电测向发展的影响

由于没有数字电子计算机以及模拟多信道接收机实现上难度很大，无线电测向设备各单元天线接收到的电波只能在进入单信道接收机前的射频输入部分（典型的就是测方位角的角度计部件）作简单的模拟电子技术处理，对数个相关无线电来波和非相关来波