淺析主流無線電測向技術(shù)體制

引言

　　隨著各級無線電管理部門不斷加大投資力度,加快無線電監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè),全國無線電監(jiān)測網(wǎng)的格局正逐步形成。如何合理地配備先進的無線電監(jiān)測系統(tǒng)和正確選擇監(jiān)測、測向系統(tǒng)的技術(shù)體制，降低建設(shè)成本，加快建設(shè)周期，提高監(jiān)測效率，已經(jīng)成為無線電監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)中的一個重要課題。

　　無線電測向就是利用無線電測量設(shè)備測定目標無線電信號的來波方位。根據(jù)不同的測向方法，將測向體制分為幅度比較式測向體制、沃特森-瓦特測向體制、干涉儀測向體制、多普勒測向體制、空間譜估計測向體制等。干涉儀測向體制中基于復(fù)數(shù)電壓測量的相關(guān)干涉儀測向體制以其具有測向準確度高、測向靈敏度高、測向速度快、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、設(shè)備復(fù)雜度較低等優(yōu)點，成為目前無線電監(jiān)測中主流的測向體制。

相關(guān)干涉儀測向體制的基本原理與技術(shù)基礎(chǔ)

　　1.1 基本原理

　　在遠離輻射的某一觀察面上，設(shè)置由幾個天線構(gòu)成的天線陣列，盡管各天線可能有一些差別，并對電場有一定的擾動，但只要是穩(wěn)定不變的，那么對一個確定頻率、確定方位到達的電波，各天線元間輸出一個確定的相對復(fù)電壓數(shù)組，它們在復(fù)數(shù)平面上，就有一個確定的圖案，如圖1。



　　如果在給定的頻率上對θ1，θ2，…，θm，…，θm+1(θm=360m/M，m=0，1，…，M-1)方位上的電波事先測量并存儲M個復(fù)數(shù)組作標準庫，那么在同樣頻率上對未知方向電波按同樣程序?qū)崟r測得一個復(fù)數(shù)組，并用該復(fù)數(shù)數(shù)組與對應(yīng)不同方向的標準數(shù)組進行比較，就會從標準庫中找到一個最接近的數(shù)組（對應(yīng)θn）和次接近的數(shù)組（對應(yīng)θn+1）。如果M值足夠大，說明待測電波的到達方向在θn與θn+1之間，通過內(nèi)插運算，就可求得未知電波的到達方向。

　　1.2 基本工作模式

　　相關(guān)干涉儀測向方法的基本工作模式:

　�。�1） 設(shè)置一個天線陣列，天線陣列為圓形，陣元為3～9個;

　�。�2） 通過復(fù)數(shù)電壓測量技術(shù)，事先對不同的頻率、眾多方向的電波建立標準數(shù)據(jù)庫;

　�。�3） 對未知電波測向時，首先按照建立標準數(shù)據(jù)庫的程序?qū)崟r測得一個復(fù)數(shù)數(shù)組;

　�。�4） 通過相關(guān)（比較）運算，求得電波的到達方向。

　　1.3 相關(guān)干涉儀測向技術(shù)基礎(chǔ)

　　從測向原理與模式的描述，相關(guān)干涉儀測向技術(shù)基礎(chǔ)可歸納為兩點:

　�。�1）建立一套系統(tǒng),可完成對天線陣列、各陣元間復(fù)數(shù)電壓測量，并達到所要求的精度和速度;

　�。�2）按相關(guān)干涉儀機理建立數(shù)學(xué)模型和樣本群，并進行相關(guān)處理。

　　需要強調(diào)的是，只有復(fù)數(shù)電壓才能反映各天線的實際輸出。對一個天線陣列和一個理想的平面波場，各天線輸出電壓應(yīng)該是幅度相同，只有相位上的差別�？蓪嶋H上，陣列中的各天線不可能完全一致，并存在互耦，再加上天線的二次輻射對電波場也產(chǎn)生擾動，故各天線輸出值既有相位差別，也有幅度差別。

　　當(dāng)天線間隔接近或大于半波長時，只有復(fù)數(shù)電壓才是唯一確定的，如某天線輸出幅度和相位相對參考天線分別為0.9和210°,復(fù)數(shù)表示為U=acosΦ+jasinΦ=0.9cos210°+j0.9sin210°=-0.779- j0.5,這在復(fù)數(shù)平面上對應(yīng)唯一確定的矢量,這種唯一性不受孔徑大小限制,即允許天線陣為大孔徑。若只用相位來表示,由于相位測量范圍限制在±180°,這時只能測出-150°。原本是相位滯后210°,卻變成相位超前150°,至少存在210°與150°的模糊,這就限制孔徑不能很大,天線元最大間隔不能超過λmin/2
相關(guān)干涉儀測向體制原理框圖

　　從原理上講，復(fù)數(shù)電壓測量至少需要兩部以上幅度和相位相同的接收機進行工作，但R&S公司已開發(fā)出只用一部接收機測量復(fù)數(shù)電壓的技術(shù)，即單信道相關(guān)干涉儀，其原理圖見圖2。



相關(guān)干涉儀測向體制的合理應(yīng)用

　　相關(guān)干涉儀具有高靈敏度、高準確度、高抗干擾度等突出優(yōu)點，是目前較為先進的測向體制。由于其技術(shù)含量較高和設(shè)計制造難度較大，故售價要高出相位體制或幅度體制。如何保證高質(zhì)量的設(shè)備發(fā)揮高質(zhì)量的效果呢？下面談幾點建議。

　　3.1 選擇大孔徑天線陣

　　大孔徑天線陣的選擇是常被忽視的問題，甚至有人認為天線陣越小越好。相關(guān)干涉儀測向同時使用了天線間的矢量電壓的分布，在很大程度上避免了所謂天線間隔誤差和多值性的制約，因而可以使用大尺寸天線陣。在考慮固定站使用測向系統(tǒng)時應(yīng)盡可能選用直徑大的天線陣，而作移動車載測向系統(tǒng)使用則應(yīng)考慮便攜性。

　　3.2 合理進行安裝

　　用作固定站使用時，只要天線陣離塔頂平臺的高度大一些即可，而作移動車載測向系統(tǒng)使用時，如果離開車頂高度小于1米，車體的影響不可忽略。離車頂高度越小，影響就越嚴重。表1是德國R&S公司DDF190裝在面包車上校正前的誤差與抽樣值。

　　R&S公司給出不進行校正時的誤差數(shù)據(jù)，在20 MHz～30 MHz時為12°RMS，30 MHz～200 MHz時為5°RMS，200 MHz～1300 MHz時為3 °RMS。

　　車體誤差校正慣用的方法是測出誤差校正表，通過計算機自動修正。由于車體影響產(chǎn)生的誤差值對電波相對車頭的到達方向都十分敏感，特別是在偏開車頭±（30°～60°）和±（120°～160°）時入射方向變化幾度，車體帶來的影響就可能由+20°變?yōu)?20°，因此誤差表校正時越校越大。實踐證明誤差校正表對頻率或方位緩慢變化的誤差起作用，對較快變化的誤差特性幾乎無效。因而R&S公司建議原廠裝車校正，校正的機理是把車體作為天線陣的一部分進行處理，這樣做使車體的影響減小2～3倍。

　　3.3 合理選擇安裝地點

　　作固定站使用時，要認真分析安裝地點的條件，通常考慮以下幾方面:

　�。�1）設(shè)備的作用范圍與所要求的監(jiān)測區(qū)相符;

　�。�2）天線陣周圍無高大建筑群和大功率發(fā)射臺;

　�。�3）在配置多個站點時，各站間距離和位置符合定位精度要求的布局;

　�。�4）天線盡可能架在高塔上，可增加作用范圍和降低周圍建筑物影響。

　　總之，相關(guān)干涉儀測向體制以其在寬頻段內(nèi)實現(xiàn)高靈敏度、高準確度、高抗干擾度，并便于應(yīng)用在高架和車載方面，且有很好的同道干擾抗擾度等突出的性能，理應(yīng)成為監(jiān)測站首選的測向體制。