電掃描比幅無線電測向技術研究

艾爾肯·艾則孜

(烏魯木齊職業大學，烏魯木齊830002)

1 引言

無線電測向的目的是利用無線電波的傳播特性來測定任意電磁輻射的示向線的過程，在無線電管理中是一項非常重要的技術手段，是為無線電管理執法行政管理提供依據的主要措施。目前，無線電業務的飛速發展，對無線電管理的要求也越來越高，測向機在無線電管理中的作用和地位也越來越大。無線電測向機是一種探測設備，可以在理論情況下測定電磁波的到達方向或相對于某一參考方向的方位角。根據技術體制的不同，無線電測向技術分為兩個基本領域:幅度測向系統和相位測向系統。本文將對幅度測向系統中的比幅發法測向技術做相關研究。

2 無線電測向技術相關研究

2.1 基本測向原理

根據電磁波的結構與運動狀態，可以將測向的基本方法分為3類:

第一類:極化測向法。它是在一個觀察點，同時測量電場和場強方向，也即其極化方向。。在知道了場強方向后，就可以根據電磁波的相關性質來確定電波的傳播方向，也叫場強法。

第二類:等幅等相位面法。它是找出波前的空間位置，也即場強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，可以根據電磁波性質，觀察開設于不同觀察點的三幅或者多幅天線單元接受信號的幅度、相位、時間和周期關系，通過各天線單元接收信號之間上述量的關系，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小區域內表現的特性來確定信號的方向的方法。

2.2 無線電測向機技術指標

通常把能夠用來進行無線電測向的設備，稱為無線電測向機。其組成結構見圖1。

無線電測向系統是一個能量變換器，可以將電磁波的電磁能變為電能。一般來說，它是一種幅度敏感器。天線對測向機的性能油重要意義，它和電波性質共同決定測向的實現方法。整個無線電測向機的技術指標有:

圖1 測向機組成

1)精確度，一般測向機的精確度子1°～3°。通常的標稱精度存在兩個系統誤差分量:方位誤差和頻率誤差。方位誤差取決于信號的入射方向，頻率誤差是一種測向誤差，是所選頻率的函數。整體而言，系統精確度是在信號有足夠的信噪比時定義的，一般精確度不考慮由傳播介質和多徑效應引起的誤差。

2)靈敏度，是測向機的一個重要指標，尤其是對無線電監測業務。一般情況下，測向機靈敏度與觀測時間密切有關，通常與特定的方位角波動一起定義。測向機靈敏度數值與D/λ(D為測向天線直徑，λ為接受信號波長)、信噪比、有效積分時間和選擇帶寬成反比。

3)抗波前失真性能(相干干擾)。無論采用何種測向技術，測向機都是從電磁場中獲得方位信息，通常是假定電磁場均勻無失真，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，是指測向天線和入射波間的極化平面的偏移。測向機的極化影響主要取決于所使用的天線系統及相應的測向方法。

5)同信道干擾影響，是指在所選帶寬內，除有用信號外，如果同時還收到其它信號所產生的干擾。要求測向機能夠辨別并認識同信道干擾造成的錯誤方位角，有時候還要求，在有同信道干擾或認為干擾的情況下，測向機也能夠識別取得每一個信號方位角。

圖2 窄/寬孔徑測向天線

3 電掃描比幅測向

比幅測向，又可以分為最大信號法、最小信號法、比較法和綜合法。其機理都是通過接收天線位置與波前的關系獲得示向度。

3.1 最大信號法

它是利用具有強方向性的天線進行測向，此方法無論在水平或者垂直方向上，都在某個角度有增益最大點，且隨來波方向偏離這個角度的變化，增益逐漸下降，在其余角度上增益較小。簡言之，就是隨著來波方向的不同，也就是角度的不同，接收到的信號幅度也不同。測向時，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向機輸出信號的大小，當輸出幅度最大時，天線方向圖主辯徑向中心軸與來波方向一致，從而測得來波方向，其與參考方向的夾角即是測得的方位角。

3.2 最小信號法

它是利用天線極坐標方向圖具有一個或幾個最小值的特性進行測向的，天線輸出最小值時，天線方向圖零點指向即為來波方向。測向時，變化天線位置，比較天線在不同位置測向機輸出信號的大小，直至找到測向機輸出信號最小的天線位置，這時波的波前法線與天線接收最小信號時指向一致，參考方向與天線的最小值指向的夾角，就是來波方位角。最小信號法的典型實用設備是人工或自動聽覺小音點測向機，它們只能對地面來波方向進行測向。常用的天線形式為單環天線、間隔環天線和可旋轉的愛德考克天線。

3.3 比幅測向法

它是利用兩幅或多幅結構和電氣性能相同的天線實施測向的。這種天線的典型代表就是愛德考克天線，其接收信號示意圖如圖3所示。其方向函數推導為:

電波到達A和B的兩個波前相差為:

圖3 愛德考克天線接收信號示意

求其“和”與“差”得:

在式(5)與(6)中，經過分析可以看到，當噪聲對兩個信號幅度影響不相同時，求得的方向夾角將不可信。在最小信號法中，不可靠的角度范圍有下式決定:

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遠大于在最小信號測向法中的不可靠角度范圍。顯然，最小信號法有較高的測向精度。比幅測向法的兩個或多個天線單元按照一定要求進行安裝，通常是對稱的，安裝好的天線的極坐標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向法，以及天線陣測向法的測向機制綜合進行，其代表為烏蘭韋伯測向機，在此不做重點闡述。

4 結束語

本文討論了無線電測向相關技術。比幅測向，又可以分為最大信號法、最小信號法、比較法和綜合法。其機理都是通過接收天線位置與波前的關系獲得示向度，重點對比幅測向中方位的計算方法進行推導。

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