無線電測向的一(yī)般知(zhī)識

本文首先介紹了無線電測向的一(yī)般知(zhī)識，說明了無線電測向機的分(fēn)類方法和應用；着重從測向原理的角度說明了不同測向體(tǐ)制的特點和主要技術指标；最後從實際出發，提出選用建議。供讀者參考。

随着無線電頻(pín)譜資(zī)源的廣泛應用和無線電通信的日益普及，爲了有序和可靠地利用有限的頻(pín)譜資(zī)源，以及确保無線電通信的暢通，無線電監測和無線電測向已經必不可少，其地位和作用還會與時俱進。

什麽是無線電測向呢?無線電測向是依據電磁波傳播特性，使用儀器設備測定無線電波來波方向的過程。測定無線電來波方向的專用儀器設備，稱爲無線電測向機。在測定過程中(zhōng)，根據天線系統從到達來波信号中(zhōng)獲得信息以及對信息處理的方法，可以将測向系統分(fēn)爲兩大(dà)類：标量測向系統和矢量測向系統。标量測向系統僅能獲得和使用到達來波信号有關的标量信息數據；矢量測向系統可以獲得和使用到達來波信号的矢量信息數據。标量測向系統僅能單獨獲得和使用電磁波的幅度或者相位信息，而矢量測向系統可以同時獲得和使用電磁波的幅度和相位信息.

标量測向系統曆史悠久，應用最爲廣泛。最簡單的幅度比較式标量測向系統，是如圖(1)所示的旋轉環型測向機，該系統對垂直極化波的方向圖成8字形。大(dà)多數幅度比較式的标量測向系統，其測向天線和方向圖，都是采用了某種對稱的形式，例如：阿德考克(Adcock)測向機和沃特森(sēn)-瓦特(Watson-Watt)測向機，以及各種使用旋轉角度計的圓形天線陣測向機；屬于相位比較的标量測向系統，如：幹涉儀(Inteferometry)測向機和多普勒(Dopple)測向機等。在短波标量測向系統可以設計成隻測量方位角，也可設計成測量方位角，同時測量來波的仰角。

矢量測向系統，具有從來波信号中(zhōng)獲得和使用矢量信息數據的能力。例如：空間譜估計測向機。矢量系統的數據采集，前端需要使用多端口天線陣列和至少同時利用兩部以上幅度、相位相同的接收機，後端根據相應的數學模型和算法，由計算機進行解算。矢量系統依據天線單元和接收機數量以及後續的處理能力，可以分(fēn)辨兩元以至多元波場和來波方向。矢量測向系統的提出還是近十幾年的事，它的實現有賴于數字技術、微電子技術和數字處理技術的進步。目前尚未普及。

在上述的說明中(zhōng)，我(wǒ)們使用的是測定“來波方向”，而沒有使用測定“輻射源方向”，這兩者之間是有區别的。我(wǒ)們在這裏側重的是：測向機所在地實在的電磁環境，但是，無線電測向，通常的最終目的，還是要确定“輻射源的方向”和“輻射源的具體(tǐ)位置”。

無線電測向從上個世紀初誕生(shēng)至今，已經形成了系統的理論，這就是無線電測向學。無線電測向學，是研究電磁波特性及傳播規律、無線電測向原理及實現方法、測向誤差規律及減小(xiǎo)和克服誤差的方法。總之，無線電測向學，是研究無線電測向理論、技術與應用的科學。無線電測向學是與無線電工(gōng)程學、無線電電子學、地球物(wù)理學、無線電通信技術、計算機技術、數字技術緊密相關的一(yī)門科學。

無線電測向系統的組成，如圖(2)所示。通常包括測向天線、輸入匹配單元、接收機和方位信息處理顯示四個部分(fēn)。測向天線是電磁場能量的探測器、傳感器，又(yòu)是能量轉換器，它把空中(zhōng)傳播的電磁波能量感應接收下(xià)來，連同幅度、相位、到達時間等信息轉換爲交流電信号，饋送給接收機；輸入匹配單元實現天線至接收機的匹配傳輸和必要的變換；接收機的作用是選頻(pín)、下(xià)變頻(pín)、無失真放(fàng)大(dà)和信号解調；檢測、比較、計算、處理、顯示(指示)方位信息，是第四部分(fēn)的任務。

無線電測向以測向機所在地，以及過地理北(běi)極的子午線爲參考零度方向。兩點之間方位度數按下(xià)述方法确定：假設地球表面A、B兩點，A點爲測向機所在地，基準方向與方位角如圖(3)所示。量判B點相對于A點的方位角，是從過A點的子午線(零度)順時針旋轉到A至B的大(dà)圓路連線的度數。B點相對于A點的方位角度數具有唯一(yī)性

圖3 基準方向與方位角

測向機在測向過程中(zhōng)顯示(指示)的測向讀數稱爲示向度。由于電波傳播以及測向儀器的誤差等原因，測向時，示向度通常不是一(yī)個十分(fēn)精确的單值。示向度與方位角之差，稱爲測向誤差。如果在測向中(zhōng)，示向度與方位角重合，則測向誤差爲零。實際上，在測向過程中(zhōng)導緻産生(shēng)誤差的原因是多方面的，但是基本上可以歸納爲主觀誤差和客觀誤差兩大(dà)方面。影響和産生(shēng)客觀誤差的因素很多，以後我(wǒ)們還将另文專述。

在測向中(zhōng)，爲了獲得比較準确的示向度，通常有四個必須具備的條件：優良的測向台址環境、匹配的測向體(tǐ)制、高精度的測向機、經驗豐富的操作人員(yuán)。優良的測向台址環境爲電波的正常傳播提供條件；正确選擇測向體(tǐ)制，以滿足使用中(zhōng)的不同要求；精良的測向機是設備基礎；在測向的過程中(zhōng)，常常需要處理預想不到的情況，人的知(zhī)識經驗十分(fēn)寶貴，經驗豐富的操作人員(yuán)，有着非常重要的作用。這是四個必須同時具備的條件。

測向設備、通信系統和附屬設備，可以組成測向站(台)。測向站是專門執行測向任務的機構，它有固定站和移動站之分(fēn)。

無線電測向測定電波來波方向，通常是爲了确定輻射源的位置，這時往往需要以幾個位置不同的測向站(台)組網測向，用各測向站的示向度(線)進行交彙。如圖(4)所示。條件允許時，也可以用移動測向站，在不同位置依次分(fēn)時交測。

圖4 各測向站的示向交彙

短波的單台定位，是在測向的同時測定來波的仰角，以仰角、電離(lí)層高度計算距離(lí)，用示向度和距離(lí)粗判台位。單台定位如圖(5)所示。

圖5短波單台(站)定位

實際操作上要确定未知(zhī)輻射源的具體(tǐ)位置，往往需要完成由遠而近分(fēn)步交測，以逐步實現接近和确定輻射源的具體(tǐ)位置。

無線電測向的應用

無線電測向系統的應用在三個方面：一(yī)、測定未知(zhī)輻射源方向和位置的測向系統。測向站(台)可以是固定的，也可能是移動的。例如：在無線電頻(pín)譜管理中(zhōng)，對未知(zhī)幹擾源的測向與定位。二、測定已知(zhī)輻射源方向，用以确定自身位置的測向系統。這時測向機通常安裝在運動載體(tǐ)上。例如：在船舶航海與飛機飛行中(zhōng)的導航設備。三、引導帶有輻射源的運動載體(tǐ)到達預定目标的測向系統。測向站(台)可以是固定的，也可以是移動的。

無線電測向的應用領域包括民用和軍用兩大(dà)方面。無線電頻(pín)譜管理、自然生(shēng)态科研、航空管理、尋地與導航、内防安全和體(tǐ)育運動等，屬于前者；通信與非通信信号偵察、戰略戰術電子對抗與反對抗等，在電子戰中(zhōng)的應用，屬于後者。

無線電測向機的分(fēn)類方法

經過了近百年的研究、實踐與發展，無線電測向機已經擁有了一(yī)個龐大(dà)的家族。基于着眼點的不同，測向機有着下(xià)列各種不同的分(fēn)類方法(分(fēn)類中(zhōng)的交叉不可避免)：1.依照工(gōng)作頻(pín)段分(fēn)類有：超長波、長波、中(zhōng)波、短波、超短波和微波測向機；2.依照工(gōng)作方式分(fēn)類有：固定測向機、移動測向機。移動測向機又(yòu)因爲運載工(gōng)具的不同，可以進一(yī)步分(fēn)爲車(chē)載、船載、機載(飛機)測向機以及手持和佩帶式測向機；3.依照測向機的作用距離(lí)分(fēn)類(主要指短波)有：近距離(lí)測向機、中(zhōng)距離(lí)測向機、遠(程)距離(lí)測向機；4.依照測向天線間隔(基礎、孔徑)尺寸的大(dà)小(xiǎo)分(fēn)類有：大(dà)基礎測向機、中(zhōng)基礎測向機、小(xiǎo)基礎測向機；5.依照測向天線是否具有放(fàng)大(dà)器分(fēn)類有：有源天線測向機、無源天線測向機；6.依照測向機所使用的測向天線種類分(fēn)類有：環(框)形天線測向機、交叉環(框)形天線測向機、間隔雙環(框)形天線測向機、單極子(加載)天線測向機、對稱陣子(垂直、水平)天線測向機、對數天線測向機、行波環天線測向機、磁性天線測向機、微波透鏡天線測向機等；7.依照測向機示向度讀出方式分(fēn)類有：聽(tīng)覺測向機、視覺測向機、數字測向機；8.依照測向機使用接收機的信道分(fēn)類有：單、雙信道測向機、多信道測向機。像上面的分(fēn)類方法，可能還有一(yī)些，這裏不再贅述。測向原理及測向體(tǐ)制概述。

在測向機家庭中(zhōng)，依據不同的測向原理，可以把現有的測向機歸納爲不同的測向體(tǐ)制、體(tǐ)系和樣式。以下(xià)将分(fēn)别介紹它們的工(gōng)作原理和特點。

一(yī)、幅度比較式測向體(tǐ)制

幅度比較式測向體(tǐ)制的工(gōng)作原理是：依據電波在行進中(zhōng)，利用測向天線陣或測向天線的方向特性，對不同方向來波接收信号幅度的不同，測定來波方向。

例如：間隔設置的四單元U形天線陣、小(xiǎo)基礎測向(阿德考克)機，如圖(6)所示。其表達公式如公式(1)所示。Uns=kU13SinθCosεUew=kU24CosθCosεUnsθ=arctg—— (1)Uew

上面的公式中(zhōng)：Uns、Uew分(fēn)别爲北(běi)-南(nán)、東-西天線感應電壓，θ爲來波方位角，ε爲來波仰角，k爲相位常數，2bπk= ———λ其中(zhōng)：b爲天線間距，λ爲工(gōng)作波長。

對于360度(θ)不同方向的來波，北(běi)-南(nán)天線感應接收信号的幅度遵循正弦Sinθ規律，東西天線感應接收信号的幅度遵循餘弦Cosθ規律，有了兩組信号幅度，測向時設法對二者求解或顯示它們的反正切值，即可得到來波方向。這隻是幅度比較式測向體(tǐ)制中(zhōng)的一(yī)個典型的測向機例子。

圖6 四單元阿德考克天線陣

幅度比較式測向體(tǐ)制的原理應用十分(fēn)廣泛，其測向機的方向圖也不盡相同。例如：環形天線測向機、間隔雙環天線測向機、旋轉對數天線測向機等，屬于直接旋轉測向天線和方向圖；交叉環天線測向機、U形天線測向機、H型天線測向機等，屬于間接旋轉測向天線方向圖。間接旋轉測向天線方向圖，是通過手動或電氣旋轉角度計實現的。手持或佩帶式測向機通常也是屬于幅度比較式測向體(tǐ)制。這是不再贅述。

幅度比較式測向體(tǐ)制的特點：測向原理直觀明了，一(yī)般來說系統相對簡單，體(tǐ)積小(xiǎo)，重量輕，價格便宜。小(xiǎo)基礎測向體(tǐ)制(阿德考克)存在間距誤差和極化誤差，抗波前失真的能力受到限制。頻(pín)率覆蓋範圍、測向靈敏度、準确度、測向時效、抗多徑能力和抗幹擾能力等重要指标，要根據具體(tǐ)情況做具體(tǐ)分(fēn)析。

二、沃特森(sēn)-瓦特測向體(tǐ)制

沃特森(sēn)-瓦特測向體(tǐ)制的工(gōng)作原理：沃特森(sēn)-瓦特測向機實際上也是屬于幅度比較式的測向體(tǐ)制，但是它在測向時不是采用直接或間接旋轉天線方向圖，而是采用計算求解或顯示反正切值。鑒于它在測向機家族中(zhōng)的特殊地位和目前仍然在廣泛應用，所以在此單獨說明。基本公式同公式(1)。正交的(Sinθ、Cosθ)測向天線信号，分(fēn)别經過兩部幅度、相位特性相同的接收機進行變頻(pín)、放(fàng)大(dà)，最後求解或顯示反正切值，解出或顯示來波方向。屬于沃特森(sēn)瓦特測向機的有：多信道沃特森(sēn)-瓦特測向機、單信道沃特森(sēn)-瓦特測向機。這裏所說的多信道，通常是指三信道，另外(wài)一(yī)個信道的作用是與全向天線相接，以解決“180度不确定性”和“值班收信”問題。多信道沃特森(sēn)-瓦特測向原理方框圖如圖(7)所示。

圖7 多信道沃特森(sēn)-瓦特框圖

單信道沃特森(sēn)-瓦特測向機是将正交的測向天線信号，分(fēn)别經過兩個低頻(pín)信号進行調制，而後通過單信道接收機變頻(pín)、放(fàng)大(dà)，解調出方向信息信号，然後求解或顯示反正切值，給出來波方向。單信道沃特森(sēn)-瓦特測向機原理方框圖如圖(8)所示。

圖8 單信道沃特森(sēn)-瓦特框圖

沃特森(sēn)-瓦特測向體(tǐ)制的特點：多信道沃特森(sēn)-瓦特測向機測向時效高，速度快，在良好場地上測向準确，而且CRT顯示方式，還可以分(fēn)辨同信道幹擾。該體(tǐ)制測向天線屬于小(xiǎo)基礎，測向靈敏度和抗波前失真受到限制。多信道體(tǐ)制系統複雜(zá)；雙信道接收機實現幅度、相位一(yī)緻，有一(yī)定技術難度；單信道體(tǐ)制同屬于小(xiǎo)基礎，系統簡單，體(tǐ)積小(xiǎo)，重量輕，但是測向速度受到一(yī)定限制。

三、幹涉儀測向體(tǐ)制

幹涉儀測向體(tǐ)制的測向原理是：依據電波在行進中(zhōng)，從不同方向來的電波到達測向天線陣時，在空間上各測向天線單元接收的相位不同，因而相互間的相位差也不同，通過測定來波相位和相位差，即可确定來波方向。基本公式如公式(2)所示Φ13=Φ1-Φ3=k*SinθCosεΦ24=Φ2-Φ4=k*SinθCosεΦ13θ=arctg———— (2)Φ24上式中(zhōng)：Φ13、Φ24分(fēn)别爲北(běi)-南(nán)、東-西天線之間來波的相位差，k爲相移常數，θ爲欲求來波方向角。

在幹涉儀測向方式中(zhōng)，是直接測量測向天線感應電壓的相位，而後求解相位差，由公式(2)可見與幅度比較式測向的公式十分(fēn)相似。

爲了能夠單值地确定電磁波來波的方向，幹涉儀測向在工(gōng)作時，至少需要在空間架設三付分(fēn)立的測向天線。幹涉儀測向是在±180度範圍内單值地測量相位，當天線間距比較小(xiǎo)時，相位差的分(fēn)辨能力受到限制，天線間距大(dà)于0.5個波長時，會引起相位模糊。通常解決上述矛盾的方法是，沿着每個主基線插入一(yī)個或多個附加陣元，這些附加陣元提供附加相位測量數據，由這些附加相位數據，解決主基線相位測量中(zhōng)的模糊問題。這種變基線的技術已經爲當代幹涉儀測向機所廣泛采用。幹涉儀測向機的測向原理方框圖如圖(9)所示。

圖(9)幹涉儀測向原理框圖

相關幹涉儀測向，是幹涉儀測向的一(yī)種，它的測向原理是：在測向天線陣列工(gōng)作頻(pín)率範圍内和360度方向上，各按一(yī)定規律設點，同時在頻(pín)率間隔和方位間隔上，建立樣本群，在測向時，将所測得的數據與樣本群進行相關運算和插值處理，以獲得來波信号方向。轉載請注明來自科創儀表局

幹涉儀測向體(tǐ)制的特點：采用變基線技術，可以使用中(zhōng)、大(dà)基礎天線陣，采用多信道接收機、計算機和FFT技術，使得該體(tǐ)制測向靈敏度高，測向準确度高，測向速度快，可測仰角，有一(yī)定的抗波前失真能力。該體(tǐ)制極化誤差不敏感。幹涉儀測向是當代比較好的測向體(tǐ)制，由于研制技術較複雜(zá)、難度較大(dà)，因此造價較高。幹涉儀測向對接收信号的幅度不敏感，測向天線在空間的分(fēn)布和天線的架設間距，比幅度比較式測向靈活，但又(yòu)必須遵循某種規則。例如：可以是三角形，也可以是五邊形，還可以是L形等。

四、多普勒測向體(tǐ)制

多普勒測向體(tǐ)制的測向原理：依據電波在傳播中(zhōng)，遇到與它相對運動的測向天線時，被接收的電波信号産生(shēng)多普勒效應，測定多普勒效應産生(shēng)的頻(pín)移，可以确定來波的方向。

爲了得到多普勒效應産生(shēng)的頻(pín)移，必須使測向天線與被測電波之間做相對運動，通常是以測向天線在接收場中(zhōng)，以足夠高的速度運動來實現的，當測向天線完全朝着來波方向運動時，多普勒效應頻(pín)移量(升高)最大(dà)。多普勒測向的基本公式如公式(3)所示。

當測向天線做圓周運動時，會使來波信号的相位受到正弦調制。設：以天線場中(zhōng)心0點爲相位參考點，信号的相位爲Φ，天線接收信瞬時相位爲Φ(t)，于是有：Φt=ωt+Φ+kcCos(Ωt-θ)

式中(zhōng)：ω爲信号角頻(pín)率，Ω爲天線旋轉角頻(pín)率，θ爲來波方向角度，相位常數kc=2πr/λ，其中(zhōng)r爲天線間距，λ爲信号波長。

這時測向天線所收到信号Ut的表達式爲：Ut=Acos［ωt+Φ+kcCos(Ωt-θ)］

多普勒效應使測向天線接收到的信号産生(shēng)調相，多普勒相移爲ΦD，于是有：ΦD=kcCos(Ωt-θ)

相應的多普勒頻(pín)移爲：f=dΦD/dt=-kcSin(Ωt-θ) (3)

多普勒頻(pín)移f，可以從旋轉的測向天線接收到的信号，經過接收機變頻(pín)、放(fàng)大(dà)、鑒頻(pín)以後得到。多普勒頻(pín)移f與0點參考頻(pín)率相比較，即可得到來波方向角θ。

多普勒測向，通常不是直接旋轉測向天線，因爲這在工(gōng)程上難于實現，它是将多郭天線架設在同心圓的圓周上，電子開(kāi)關順序快速接通各個天線，等效于旋轉測向天線。人們稱這種測向機爲準多普勒測向機。準多普勒測向原理方框圖如圖(10)所示。

圖10 準多普勒測向原理框圖

通常人們希望得到大(dà)的多普勒頻(pín)移，增加天線孔徑和開(kāi)關速度是基本途徑。多普勒測向機的測向天線孔徑可以使用大(dà)、中(zhōng)基礎；開(kāi)關旋轉頻(pín)率數百赫茲，多普勒頻(pín)稱f可以達到數百赫茲，但是開(kāi)關旋轉換頻(pín)頻(pín)率的升高，會使産生(shēng)的邊帶帶寬增加，于是限制了轉速。

多普勒測向體(tǐ)制的特點：可以采用中(zhōng)、大(dà)基礎天線陣，測向靈敏度高，準确度高，沒有間距誤差，極化誤差小(xiǎo)，可測仰角，有一(yī)定的抗波前失真能力。多普勒測向體(tǐ)制的缺欠是抗幹擾性能較差，如：遇到同信道幹擾、調頻(pín)調制幹擾時，會産生(shēng)測向誤差。該體(tǐ)制尚在發展之中(zhōng)，改進會使系統變得複雜(zá)，造價會随之升高。

五、烏蘭韋伯爾測向體(tǐ)制

烏蘭韋伯爾測向體(tǐ)制的測向原理：采用大(dà)基礎測向天線陣，在圓周上架設多付測向天線，來波信号經過可旋轉的角度計、移相電路、合差電路，形成合差方向圖，而後将信号饋送給接收機。通過旋轉角度計，旋轉合差方向圖，測找來波方向。

以40付測向天線陣元爲例，角度計瞬間可與12付天線元耦合，而後分(fēn)别經過移相補償電路将信号相位對齊，形成可旋轉的等效直線天線陣，12付天線分(fēn)成兩組，每組6付，兩組間經過合差電路相加、減，形成合、差方向圖。測向時以合、差方向圖測找來波方向。在來波方向上，由于兩組天線均處在來波的等相位面上，兩組天線信号大(dà)小(xiǎo)相等，差方向圖時，輸出相減爲“零”，合方向圖時，爲一(yī)組天線信号輸出的二倍。

由于烏蘭韋伯爾測向是進行相位比較，人們常把它歸類在比相式測向機。但是從使用者看，最終使用的是信号幅度比較，因此說它是幅度比較式測向機，也有道理。烏蘭韋伯爾測向原理方框圖如圖(11)所示。

圖11 烏蘭韋伯爾測向原理框圖

短波烏蘭韋伯爾測向體(tǐ)制，是典型的大(dà)基礎，測向天線陣直徑是最低工(gōng)作波長的1～5倍。天線陣直徑尺寸，根據低端工(gōng)作頻(pín)率的不同，達到數百甚至上千米。測向天線單元，可以是寬頻(pín)帶直立天線，也可以是對數周期天線。爲了提高天線接收效能，通常在天線陣内側使用反射網。一(yī)付天線陣難于覆蓋全部短波頻(pín)段時，一(yī)般是采用内高頻(pín)，外(wài)低頻(pín)的雙層陣。

烏蘭韋伯爾測向體(tǐ)制的特點：由于采用大(dà)基礎天線陣，測向靈敏度高，測向準确度高，測向分(fēn)辨率高，抗波前失真、抗幹擾性能好，可以提供監測綜合利用。由于烏蘭韋伯爾測向機要求數十根天線、饋線電特性完全一(yī)緻，加之角度計設計、工(gōng)藝要求高，以及需要大(dà)面積平坦開(kāi)闊的天線架設場地，這無疑增加了造價和工(gōng)程建設的難度。帶來的問題是造價高，測向場地要求高。

六、到達時間差測向體(tǐ)制

到達時間差測向體(tǐ)制的測向原理：依據電波在行進中(zhōng)，通過測量電波到達測向天線陣各個測向天線單元時間上的差别，确定電波到來的方向。它類似于比相式測向，但是這裏測量的參數是時間差，而不是相位差。該測向體(tǐ)制要求被測信号具有确定的調制方式。

到達時間差測向原理基本公式如公式(4)所示。設：垂直架設的測向天線單元A、B間距爲2b，來波方向與AB連線的垂線的夾角爲θ，來波仰角爲β，電波傳播速度爲v，則天線B較天線A感應信号延遲時間爲τ，2b于是有：τ=(——)SinθCosβv則來波方向θ可求，爲：vτθ=arcSin［(———)Cosβ］(4)2b在上式中(zhōng)，τ爲實際測量時間差。短波的來波仰角β需要估計，而超短波來波仰角β爲“零”，即Cosβ=1。

測向原理方框圖如圖(12)所示。

實際使用中(zhōng)，爲了覆蓋360度方向，至少需要架設三付分(fēn)立的測向天線。測向天線的間距有長、短基線之分(fēn)，長基線的測向精度明顯好于短基線。到達時間差測向體(tǐ)制基于時間标準和對時間的精确測量，以現在的技術水平而言，時間間隔的測量可達到1ns的精确度，當間距爲10米時，測向的準确度可以達到1度。

圖12到達時間差測向 原理框圖

到達時間差測向體(tǐ)制的特點：測向準确度高，靈敏度高，測向速度快，極化誤差不敏感，沒有間距誤差，測向場地環境要求低。但是抗幹擾性能不好，載波必須有确定的調制，目前應用尚不普及。

七、空間譜估計測向體(tǐ)制

空間譜估計測向體(tǐ)制的測向原理：在已知(zhī)座标的多元天線陣中(zhōng)，測量單元或多元電波場的來波參數，經過多信道接收機變頻(pín)、放(fàng)大(dà)，得到矢量信号，将其采樣量化爲數字信号陣列，送給空間譜估計器，運用确定的算法求出各個電波的來波方向、仰角、極化等參數。

空間譜估計測向原理方框圖見圖(13)。

以四元天線陣爲例，空間譜估計測向的基本公式，如公式(5)所示。空間譜估計測向是把每個天線的接收信号，與其他各個天線的信号都進行比較，這就是相關矩陣法，即協方差矩陣法，它完整地反映了空間電磁場的實際情況。具體(tǐ)地說就是構成如下(xià)的協方差矩陣：

圖13空間譜估計測向原理框圖

在上式中(zhōng)：Xn爲n号天線的輸出，H爲共轭轉置符号。空間譜估計四元天線陣的示意圖如圖(14)所示。

圖14 空間譜估計 四元陣示意圖

由公式(5)可見，四元陣的協方差矩陣有16個元素，空間譜估計測向，充分(fēn)利用了測向天線陣各個陣元從空間電磁場接收到的全部信息，而傳統的測向方式僅僅利用了其中(zhōng)的一(yī)少部分(fēn)信息(相位或者幅度)，因此傳統的測向方式不能在多波環境下(xià)發揮作用。空間譜估計測向，基于最新的陣列處理理論、算法與技術，具有超分(fēn)辨測向能力。所謂超分(fēn)辨測向，是指對同信道中(zhōng)，同時到達的、處于天線陣固有波束寬度以内的、兩個以上的電波，能夠同時測向。這在傳統的測向方法中(zhōng)是無法實現的。構成協方差矩陣是空間譜估計測向的基本出發點，但是對協方差矩陣的處理，在不同的算法中(zhōng)是不相同的，其中(zhōng)典型的是多信号分(fēn)類算法(MUSIC)。

空間譜估計測向體(tǐ)制的特點：空間譜估計測向技術可以實現對幾個相幹波同時測向；可以實現對同信道中(zhōng)、同時存在的多個信号，同時測向；可以實現超分(fēn)辨測向；空間譜估計測向，僅需要很少的信号采樣，就能精确測向，因而适用于對跳頻(pín)信号測向；空間譜估計測向，可以實現高測向靈敏度和高測向準确度，其測向準确度要比傳統測向體(tǐ)制高得多，即使信噪比下(xià)降至0db，仍然能夠滿意地工(gōng)作(而傳統測向體(tǐ)制，信噪比通常需要20db)；測向場地環境要求不高，可以實現天線陣元方向特性選擇及陣元位置選擇的靈活性。以上空間譜估計測向的優點，正是傳統測向方法長期以來存在的疑難問題。

空間譜估計同，尚在研究試驗階段。在這個系統中(zhōng)，要求具備寬帶測向天線，要求各個天線陣元之間和多信道接收機之間，電性能具有一(yī)緻性。此外(wài)還需要簡捷高精度的計算方法和高性能的運算處理器，以便解決實用化問題。

測向體(tǐ)制的比較

測向體(tǐ)制的優劣通常是人們所共同關心的問題，但是無線電測向體(tǐ)制也象所有的事物(wù)一(yī)樣，各自具有兩重性。就使用者來說，每個用戶的工(gōng)作環境、工(gōng)作方式、工(gōng)作要求、工(gōng)作對象等條件不盡相同，因此籠統地說優劣，有可能脫離(lí)實際。使用者在測向體(tǐ)制和測向體(tǐ)設備選用時，重要的是要透徹了解并仔細分(fēn)析自身工(gōng)作需求。測向體(tǐ)制與設備的優劣好壞，應當在滿足工(gōng)作需求的前提下(xià)，由使用者自已作出選擇。應該說每一(yī)種測向體(tǐ)制都各具特點，站在用戶的角度看，能夠滿足工(gōng)作需求，價格又(yòu)合适，就是好體(tǐ)制。在這裏，我(wǒ)們着重講讨論從哪些方面評價測向體(tǐ)制和測向設備，提出如下(xià)的技術指标，供讀者參考

一(yī)、頻(pín)率覆蓋範圍。這一(yī)項指标規範了測向機規定的性能指标和正常工(gōng)作的頻(pín)率範圍，它是選擇測向體(tǐ)制和測向設備時的基本要求。

二、測向靈敏度。它表征了測向體(tǐ)制和測向設備對小(xiǎo)(弱)信号的測向能力。測向靈敏度主要依賴于測向天線元形式、天線陣的孔徑(基礎)和工(gōng)作方式。它以電場強度度量，單位是微伏/米(μv/m)。

三、測向準确度。它表征了測向體(tǐ)制和測向設備在測向時的精确度，也就是測向時誤差的大(dà)小(xiǎo)。測向準确通常有儀器設備測向精度、标準場地測向精度和實用測向精度之分(fēn)，三者的物(wù)理意義和測試條件有着根本的區别，使用者需要特别注意，不可混肴。

四、抗幹擾能力。它表征了測向體(tǐ)制和測向設備遇到幹擾信号時的測向能力和測向準确度，其中(zhōng)包括了對同信道幹擾、臨道幹擾、帶外(wài)幹擾、多波幹(波前失真)等幹擾存在時的測向能力。

五、測向時效。它表征了測向體(tǐ)制和測向設備在測向時的時間開(kāi)銷，以及對空中(zhōng)持續短信号的測向能力。這其中(zhōng)包括了：測向系統的信道建立、方向信息的采樣、數據運算處理(含積分(fēn))、示向度顯示等環節所需要的時間，各時間段可以分(fēn)别表示。但是一(yī)般在評價時，往往隻看綜合時效。

六、極化誤差。極化誤差是測向誤差的一(yī)種，它表征了測向體(tǐ)制和測向設備，工(gōng)作在非正常極化波條件下(xià)的測向能力。有時也稱爲極化敏感性，不敏感好。在短波頻(pín)段，用标準斜極化波測試極化誤差。

七、仰角測定。表明測向體(tǐ)制和設備可否測定來波仰角。短波測向，有的測向體(tǐ)制可以測量來波仰角，進而實現單站定位。

八、測向距離(lí)。在短波測向時，通常有遠程測向、中(zhōng)距離(lí)測向和近距離(lí)測向之分(fēn)，不同的測向距離(lí)對設備的要求也不相同。

九、測向天線基礎(孔徑)。表明測向天線陣尺寸相對工(gōng)作波長的大(dà)小(xiǎo)。測向天線基礎(孔徑)有大(dà)、中(zhōng)、小(xiǎo)基礎之分(fēn)。測向天線基礎(孔徑)直接影響測向性能。

十、測向體(tǐ)制與測量參數。表明測向時所依據的測向原理以及所測定電波的參數。例如：測向時測定幅度、相位、時間差等參數，也可能是它們的組合，這與測向體(tǐ)制有關。

十一(yī)、系統機動性。表明系統的可移動性。通常有固定、移動、便攜之分(fēn)。移動又(yòu)依載體(tǐ)分(fēn)爲車(chē)、船、機載。

十二、系統複雜(zá)程度與造價。表明測向體(tǐ)制和測向設備系統組成的複雜(zá)程度和研制時的技術難度，它與造價的高低是一(yī)緻的。

結束語：

科學技術在不斷進步，無線電監測和無線電測向技術也在不斷進步，特别是近年來，随着無線電通信、網絡通信的高速發展和計算機技術、微電子技術日新月異的變化，必将帶動無線電監測技術和測向技術的高速發展，使之向着自動化、智能化、網絡化和小(xiǎo)型化方向前進；以前隻是理論性的東西，正在變爲現實；高度數字化、集成化和數字處理技術應用，正在提高無線電監測和無線電測向設備的性能；新技術、新器件、新工(gōng)藝的開(kāi)發和使用，正在改變着傳統設備的面貌；同時新理論也會不斷出現，無線電測向體(tǐ)制也會不斷推陳出新。這一(yī)切變化永無止境。

附：各種測向方法性能的比較表

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