艾爾肯·艾則孜

(烏魯木齊職業(yè)大學(xué)，烏魯木齊830002)

1 引言

無線電測(cè)向的目的是利用無線電波的傳播特性來測(cè)定任意電磁輻射的示向線的過程，在無線電管理中是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段，是為無線電管理執(zhí)法行政管理提供依據(jù)的主要措施。目前，無線電業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，對(duì)無線電管理的要求也越來越高，測(cè)向機(jī)在無線電管理中的作用和地位也越來越大。無線電測(cè)向機(jī)是一種探測(cè)設(shè)備，可以在理論情況下測(cè)定電磁波的到達(dá)方向或相對(duì)于某一參考方向的方位角。根據(jù)技術(shù)體制的不同，無線電測(cè)向技術(shù)分為兩個(gè)基本領(lǐng)域:幅度測(cè)向系統(tǒng)和相位測(cè)向系統(tǒng)。本文將對(duì)幅度測(cè)向系統(tǒng)中的比幅發(fā)法測(cè)向技術(shù)做相關(guān)研究。

2 無線電測(cè)向技術(shù)相關(guān)研究

2.1 基本測(cè)向原理

根據(jù)電磁波的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以將測(cè)向的基本方法分為3類:

第一類:極化測(cè)向法。它是在一個(gè)觀察點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量電場(chǎng)和場(chǎng)強(qiáng)方向，也即其極化方向。。在知道了場(chǎng)強(qiáng)方向后，就可以根據(jù)電磁波的相關(guān)性質(zhì)來確定電波的傳播方向，也叫場(chǎng)強(qiáng)法。

第二類:等幅等相位面法。它是找出波前的空間位置，也即場(chǎng)強(qiáng)的等幅等相位面的位置，再求其法線方向，由此來推斷波前的傳播方向。確定等幅等相位面的位置的方法有許多，可以根據(jù)電磁波性質(zhì)，觀察開設(shè)于不同觀察點(diǎn)的三幅或者多幅天線單元接受信號(hào)的幅度、相位、時(shí)間和周期關(guān)系，通過各天線單元接收信號(hào)之間上述量的關(guān)系，求得波前及法線方向，也即來波方向，也叫波前法。

第三類:綜合法。它是利用電磁波在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)的特性來確定信號(hào)的方向的方法。

2.2 無線電測(cè)向機(jī)技術(shù)指標(biāo)

通常把能夠用來進(jìn)行無線電測(cè)向的設(shè)備，稱為無線電測(cè)向機(jī)。其組成結(jié)構(gòu)見圖1。

無線電測(cè)向系統(tǒng)是一個(gè)能量變換器，可以將電磁波的電磁能變?yōu)殡娔?。一般來說，它是一種幅度敏感器。天線對(duì)測(cè)向機(jī)的性能油重要意義，它和電波性質(zhì)共同決定測(cè)向的實(shí)現(xiàn)方法。整個(gè)無線電測(cè)向機(jī)的技術(shù)指標(biāo)有:

圖1 測(cè)向機(jī)組成

1)精確度，一般測(cè)向機(jī)的精確度子1°～3°。通常的標(biāo)稱精度存在兩個(gè)系統(tǒng)誤差分量:方位誤差和頻率誤差。方位誤差取決于信號(hào)的入射方向，頻率誤差是一種測(cè)向誤差，是所選頻率的函數(shù)。整體而言，系統(tǒng)精確度是在信號(hào)有足夠的信噪比時(shí)定義的，一般精確度不考慮由傳播介質(zhì)和多徑效應(yīng)引起的誤差。

2)靈敏度，是測(cè)向機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，尤其是對(duì)無線電監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)。一般情況下，測(cè)向機(jī)靈敏度與觀測(cè)時(shí)間密切有關(guān)，通常與特定的方位角波動(dòng)一起定義。測(cè)向機(jī)靈敏度數(shù)值與D/λ(D為測(cè)向天線直徑，λ為接受信號(hào)波長(zhǎng))、信噪比、有效積分時(shí)間和選擇帶寬成反比。

3)抗波前失真性能(相干干擾)。無論采用何種測(cè)向技術(shù)，測(cè)向機(jī)都是從電磁場(chǎng)中獲得方位信息，通常是假定電磁場(chǎng)均勻無失真，在此種假想下，波前為平面，等相位線和等幅度線均為平行的直線，如圖2所示。

4)去極化影響，是指測(cè)向天線和入射波間的極化平面的偏移。測(cè)向機(jī)的極化影響主要取決于所使用的天線系統(tǒng)及相應(yīng)的測(cè)向方法。

5)同信道干擾影響，是指在所選帶寬內(nèi)，除有用信號(hào)外，如果同時(shí)還收到其它信號(hào)所產(chǎn)生的干擾。要求測(cè)向機(jī)能夠辨別并認(rèn)識(shí)同信道干擾造成的錯(cuò)誤方位角，有時(shí)候還要求，在有同信道干擾或認(rèn)為干擾的情況下，測(cè)向機(jī)也能夠識(shí)別取得每一個(gè)信號(hào)方位角。

圖2 窄/寬孔徑測(cè)向天線

3 電掃描比幅測(cè)向

比幅測(cè)向，又可以分為最大信號(hào)法、最小信號(hào)法、比較法和綜合法。其機(jī)理都是通過接收天線位置與波前的關(guān)系獲得示向度。

3.1 最大信號(hào)法

它是利用具有強(qiáng)方向性的天線進(jìn)行測(cè)向，此方法無論在水平或者垂直方向上，都在某個(gè)角度有增益最大點(diǎn)，且隨來波方向偏離這個(gè)角度的變化，增益逐漸下降，在其余角度上增益較小。簡(jiǎn)言之，就是隨著來波方向的不同，也就是角度的不同，接收到的信號(hào)幅度也不同。測(cè)向時(shí)，變化天線位置，改變天線方向圖最大指向，比較天線在不同位置測(cè)向機(jī)輸出信號(hào)的大小，當(dāng)輸出幅度最大時(shí)，天線方向圖主辯徑向中心軸與來波方向一致，從而測(cè)得來波方向，其與參考方向的夾角即是測(cè)得的方位角。

3.2 最小信號(hào)法

它是利用天線極坐標(biāo)方向圖具有一個(gè)或幾個(gè)最小值的特性進(jìn)行測(cè)向的，天線輸出最小值時(shí)，天線方向圖零點(diǎn)指向即為來波方向。測(cè)向時(shí)，變化天線位置，比較天線在不同位置測(cè)向機(jī)輸出信號(hào)的大小，直至找到測(cè)向機(jī)輸出信號(hào)最小的天線位置，這時(shí)波的波前法線與天線接收最小信號(hào)時(shí)指向一致，參考方向與天線的最小值指向的夾角，就是來波方位角。最小信號(hào)法的典型實(shí)用設(shè)備是人工或自動(dòng)聽覺小音點(diǎn)測(cè)向機(jī)，它們只能對(duì)地面來波方向進(jìn)行測(cè)向。常用的天線形式為單環(huán)天線、間隔環(huán)天線和可旋轉(zhuǎn)的愛德考克天線。

3.3 比幅測(cè)向法

它是利用兩幅或多幅結(jié)構(gòu)和電氣性能相同的天線實(shí)施測(cè)向的。這種天線的典型代表就是愛德考克天線，其接收信號(hào)示意圖如圖3所示。其方向函數(shù)推導(dǎo)為:

電波到達(dá)A和B的兩個(gè)波前相差為:

圖3 愛德考克天線接收信號(hào)示意

求其“和”與“差”得:

在式(5)與(6)中，經(jīng)過分析可以看到，當(dāng)噪聲對(duì)兩個(gè)信號(hào)幅度影響不相同時(shí)，求得的方向夾角將不可信。在最小信號(hào)法中，不可靠的角度范圍有下式?jīng)Q定:

上式說明在最大法中，一般情況下E/R＞1不可靠的角度范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在最小信號(hào)測(cè)向法中的不可靠角度范圍。顯然，最小信號(hào)法有較高的測(cè)向精度。比幅測(cè)向法的兩個(gè)或多個(gè)天線單元按照一定要求進(jìn)行安裝，通常是對(duì)稱的，安裝好的天線的極坐標(biāo)方向圖具有交疊部分。

3.4 綜合法

綜合法是利用最大和最小測(cè)向法，以及天線陣測(cè)向法的測(cè)向機(jī)制綜合進(jìn)行，其代表為烏蘭韋伯測(cè)向機(jī)，在此不做重點(diǎn)闡述。

4 結(jié)束語

本文討論了無線電測(cè)向相關(guān)技術(shù)。比幅測(cè)向，又可以分為最大信號(hào)法、最小信號(hào)法、比較法和綜合法。其機(jī)理都是通過接收天線位置與波前的關(guān)系獲得示向度，重點(diǎn)對(duì)比幅測(cè)向中方位的計(jì)算方法進(jìn)行推導(dǎo)。

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