电扫描比幅无线电测向技术研究

2010-11-15艾尔肯艾则孜

黑龙江水利科技 2010年3期

艾尔肯·艾则孜

(乌鲁木齐职业大学，乌鲁木齐830002)

1 引言

无线电测向的目的是利用无线电波的传播特性来测定任意电磁辐射的示向线的过程，在无线电管理中是一项非常重要的技术手段，是为无线电管理执法行政管理提供依据的主要措施。目前，无线电业务的飞速发展，对无线电管理的要求也越来越高，测向机在无线电管理中的作用和地位也越来越大。无线电测向机是一种探测设备，可以在理论情况下测定电磁波的到达方向或相对于某一参考方向的方位角。根据技术体制的不同，无线电测向技术分为两个基本领域:幅度测向系统和相位测向系统。本文将对幅度测向系统中的比幅发法测向技术做相关研究。

2 无线电测向技术相关研究

2.1 基本测向原理

根据电磁波的结构与运动状态，可以将测向的基本方法分为3类:

第一类:极化测向法。它是在一个观察点，同时测量电场和场强方向，也即其极化方向。。在知道了场强方向后，就可以根据电磁波的相关性质来确定电波的传播方向，也叫场强法。

第二类:等幅等相位面法。它是找出波前的空间位置，也即场强的等幅等相位面的位置，再求其法线方向，由此来推断波前的传播方向。确定等幅等相位面的位置的方法有许多，可以根据电磁波性质，观察开设于不同观察点的三幅或者多幅天线单元接受信号的幅度、相位、时间和周期关系，通过各天线单元接收信号之间上述量的关系，求得波前及法线方向，也即来波方向，也叫波前法。

第三类:综合法。它是利用电磁波在一个小区域内表现的特性来确定信号的方向的方法。

2.2 无线电测向机技术指标

通常把能够用来进行无线电测向的设备，称为无线电测向机。其组成结构见图1。

无线电测向系统是一个能量变换器，可以将电磁波的电磁能变为电能。一般来说，它是一种幅度敏感器。天线对测向机的性能油重要意义，它和电波性质共同决定测向的实现方法。整个无线电测向机的技术指标有:

图1 测向机组成

1)精确度，一般测向机的精确度子1°～3°。通常的标称精度存在两个系统误差分量:方位误差和频率误差。方位误差取决于信号的入射方向，频率误差是一种测向误差，是所选频率的函数。整体而言，系统精确度是在信号有足够的信噪比时定义的，一般精确度不考虑由传播介质和多径效应引起的误差。

2)灵敏度，是测向机的一个重要指标，尤其是对无线电监测业务。一般情况下，测向机灵敏度与观测时间密切有关，通常与特定的方位角波动一起定义。测向机灵敏度数值与D/λ(D为测向天线直径，λ为接受信号波长)、信噪比、有效积分时间和选择带宽成反比。

3)抗波前失真性能(相干干扰)。无论采用何种测向技术，测向机都是从电磁场中获得方位信息，通常是假定电磁场均匀无失真，在此种假想下，波前为平面，等相位线和等幅度线均为平行的直线，如图2所示。

4)去极化影响，是指测向天线和入射波间的极化平面的偏移。测向机的极化影响主要取决于所使用的天线系统及相应的测向方法。

5)同信道干扰影响，是指在所选带宽内，除有用信号外，如果同时还收到其它信号所产生的干扰。要求测向机能够辨别并认识同信道干扰造成的错误方位角，有时候还要求，在有同信道干扰或认为干扰的情况下，测向机也能够识别取得每一个信号方位角。

图2 窄/宽孔径测向天线

3 电扫描比幅测向

比幅测向，又可以分为最大信号法、最小信号法、比较法和综合法。其机理都是通过接收天线位置与波前的关系获得示向度。

3.1 最大信号法

它是利用具有强方向性的天线进行测向，此方法无论在水平或者垂直方向上，都在某个角度有增益最大点，且随来波方向偏离这个角度的变化，增益逐渐下降，在其余角度上增益较小。简言之，就是随着来波方向的不同，也就是角度的不同，接收到的信号幅度也不同。测向时，变化天线位置，改变天线方向图最大指向，比较天线在不同位置测向机输出信号的大小，当输出幅度最大时，天线方向图主辩径向中心轴与来波方向一致，从而测得来波方向，其与参考方向的夹角即是测得的方位角。

3.2 最小信号法

它是利用天线极坐标方向图具有一个或几个最小值的特性进行测向的，天线输出最小值时，天线方向图零点指向即为来波方向。测向时，变化天线位置，比较天线在不同位置测向机输出信号的大小，直至找到测向机输出信号最小的天线位置，这时波的波前法线与天线接收最小信号时指向一致，参考方向与天线的最小值指向的夹角，就是来波方位角。最小信号法的典型实用设备是人工或自动听觉小音点测向机，它们只能对地面来波方向进行测向。常用的天线形式为单环天线、间隔环天线和可旋转的爱德考克天线。