【正文】 60176。當(dāng)波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)來(lái)波方向時(shí)，天線(xiàn)感應(yīng)信號(hào)為零，測(cè)向接收機(jī)輸出信號(hào)為零，此時(shí)天線(xiàn)零點(diǎn)方向就判斷為來(lái)波方向。角度測(cè)量方差為 ? ? )(21)(21? 212211 ??????? ????????E () ? ? ? ? ? ? ? ????? ?????? DDDD 212121? 21 () 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 設(shè)檢測(cè)門(mén)限對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平為 A(最大增益電平的一半 )，噪聲電壓均方根為 σn，天線(xiàn)波束的公稱(chēng)值為 ，將噪聲電壓換算成角度誤差的均方根值，即 rA?? ?? ?NSAD rrn///Δ 21 ????? ? ???() 其中 , ，即測(cè)角方差為 NSAn??? ?)/(2/Δ2NSAD rrn ???? ??() 可見(jiàn)，最大幅度法的測(cè)角誤差與波束寬度的平方成正比， 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 最大幅度法的角度分辨率主要取決于測(cè)向天線(xiàn)的波束寬度，而波束寬度與天線(xiàn)口徑 d有關(guān)。由于兩次測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)，可以認(rèn)為 Δθ1和 Δθ2是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，并且具有相同的分布，因此測(cè)角均值 是無(wú)偏的，其中 E［ 178。 )(21 21 ??? ???() 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 測(cè)角系統(tǒng)的隨機(jī)誤差主要來(lái)自系統(tǒng)噪聲。在天線(xiàn)搜索過(guò)程中，當(dāng)通信輻射源信號(hào)的幅度分別高于、低于檢測(cè)門(mén)限時(shí)，分別記錄波束指向角 θ1和 θ2，且將它們的平均值作為到達(dá)角的一次估值： 2. 最大幅度法的測(cè)角誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，其中系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于測(cè)向天線(xiàn)的安裝誤差、波束畸變和非對(duì)稱(chēng)誤差等，可以通過(guò)各種系統(tǒng)標(biāo)校方法消除或者減小。振幅法測(cè)向方法有最大幅度法、相鄰比 1. 最大幅度法測(cè)向的基本原理是，利用波束寬度為 θr的窄波束偵察天線(xiàn)，以一定的速度在測(cè)角范圍 ΩAOA內(nèi)連續(xù)搜索，當(dāng)收到的通信信號(hào)最強(qiáng)時(shí)，偵察天線(xiàn)波束指向就是通信輻射源信號(hào)的到達(dá)方向角。圖 圖 (a)、 (b)、 (c)所示三種陣列天線(xiàn)是相位干涉儀測(cè)向方法經(jīng)常使用的陣列形式，圓陣在多普勒測(cè)向方法和相關(guān)干涉儀測(cè)向方法中經(jīng)常使用，矩形陣列經(jīng)常作為相控陣天線(xiàn)陣列使用。 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 可以將前面討論的偶極子天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)等單個(gè)天線(xiàn)元組合起來(lái)，形成各種天線(xiàn)陣列，實(shí)現(xiàn)相控陣天線(xiàn)和各種測(cè)向天線(xiàn)。由于放大器不是在全部工作頻率范圍內(nèi)都具有線(xiàn)性特性，因此放大器可能會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)弱信號(hào)之間的交調(diào)干擾，這是有源天線(xiàn)設(shè)計(jì)中必須考 有源天線(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，與相同特性的無(wú)源天線(xiàn)相比，它的尺寸要小得多。連接到短小尺寸天線(xiàn)輸出端口 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 的放大器可以對(duì)天線(xiàn)收集的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，使得信號(hào)功率 增加，提高有源天線(xiàn)輸出信號(hào)功率，獲得一定的增益。 ，增益變化范圍為 10～ 55dBi 天線(xiàn)通常是無(wú)源器件。這類(lèi)天線(xiàn)具有極好的增益和方向性性能，在高頻范圍獲得了廣泛的應(yīng)用。 除了普通喇叭天線(xiàn)外，為了擴(kuò)展頻率范圍，可以使用雙脊喇叭天線(xiàn)，其工作頻率范圍可以達(dá)到幾個(gè)倍頻程。喇叭天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和輻射特性示意圖如圖 。此外，口徑 (面 ) 1. 喇叭天線(xiàn)被廣泛應(yīng)用于高頻段。 左右。螺旋天線(xiàn)產(chǎn)生的電磁波是圓極化的或者橢圓極化的，螺旋的直旋天線(xiàn)的是一種寬帶定向天線(xiàn)，其增益約為 12～ 20dBi，天線(xiàn)有效面積為 Ae=4λ2/π～ 8λ2/π 對(duì)數(shù)周期螺線(xiàn)天線(xiàn)的帶寬很寬，可以覆蓋 3～ 4個(gè)倍頻程，其增益約為 0～ 6dBi。其最大增益約為 6dBi，天線(xiàn)有效面積 Ae≈4λ2/(4π) 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 圖 對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)結(jié)構(gòu)和輻射特性示意圖 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 螺旋天線(xiàn)由繞成多匝的線(xiàn)圈構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 7所示。 ，水平方向的 3dB波束寬度約為 60176。對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)由數(shù)個(gè)不同長(zhǎng)度的偶極子天線(xiàn)組成，各陣子的間距與天線(xiàn)工作頻率成對(duì)數(shù)關(guān)系，使得對(duì)數(shù)天線(xiàn)可以覆蓋很快的頻率范圍，甚至可以得到 10∶ 1。交叉環(huán)天線(xiàn)也是短波測(cè)向天線(xiàn)中廣泛使用的 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 圖 交叉環(huán)天線(xiàn) 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)結(jié)構(gòu)和輻射特性示意圖如圖 。 相移，再送入相加器相加或相減，產(chǎn)生各向同性輸出，其結(jié)構(gòu)如圖 5所示。交叉環(huán)天線(xiàn)由兩個(gè)互相垂直的圓環(huán) (或矩形環(huán) )、寬帶移相器和功率相加器等部分組成。一般情況下，環(huán)的半徑比波長(zhǎng)小得多。 。其俯仰方向?yàn)槿?，?360176。圖 輻射方向圖。如果單極子天線(xiàn)安裝在地面，則需要保證良好的接地，否則會(huì)影響其輻射性能。 。以上有效，俯仰方向的 3dB波束寬度接近 45176。 單極子天線(xiàn)也是非常簡(jiǎn)單的天線(xiàn)，它是 VHF頻段內(nèi)戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)的常用天線(xiàn)形式。 注意，上述給出的天線(xiàn)方向圖形狀是假設(shè)天線(xiàn)是垂直于地面放置。半波長(zhǎng)偶極子天線(xiàn)增益為 2dBi，天線(xiàn)有效面積為 Ae=。 ，水平方向的 3dB波束寬度為 360176。圖 L=λ/2和 L=λ兩種不同長(zhǎng)度的天線(xiàn)的方向圖。 天線(xiàn)的方向圖與其物理尺寸有關(guān)。如果它的中點(diǎn)作為饋入點(diǎn)，就構(gòu)成了偶極子天線(xiàn)，如果它的一端作為 偶極子天線(xiàn)是最常用的也是最簡(jiǎn)單的無(wú)源單元天線(xiàn)。通信對(duì)抗系統(tǒng)中經(jīng)常使用全向天線(xiàn)，因?yàn)槭孪炔⒉恢滥繕?biāo)信號(hào)在哪個(gè)方向輻射，因此假定目標(biāo)可能出現(xiàn)在任何方向。天線(xiàn)有效面積和天線(xiàn)增益之間的關(guān)系如下： 天線(xiàn)增益表明了天線(xiàn)的方向性，它是將有向天線(xiàn)的增益與一個(gè)全向天線(xiàn)進(jìn)行比較，用它相對(duì)于全向天線(xiàn)增益的分貝數(shù)(dBi)度量天線(xiàn)的增益。不計(jì)損耗，天線(xiàn)獲取的能量 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 為 PR=PdAe () 其中 ,Pd是天線(xiàn)周?chē)碾姶判盘?hào)的功率密度。 天線(xiàn)的主要參數(shù)包括主瓣、半功率波束寬度、平均功率寬度、輻射方向、副瓣、副瓣電平、增益等，定義如圖 。當(dāng)天線(xiàn)的阻抗與其負(fù)載或者源的阻抗匹配時(shí)，其駐波比最小，得到的輻射效率最高并且實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。但是當(dāng)使用有源天線(xiàn)時(shí)，天線(xiàn)中包含的放大器等有源器件是單向的，有 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 天線(xiàn)的三個(gè)重要參數(shù)是頻率響應(yīng)、方向性和阻抗特性。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹在通信偵察系統(tǒng)中常用的一些天線(xiàn)單元及其基本特點(diǎn)。通信對(duì)抗系統(tǒng)覆蓋的頻率范圍很寬，它通常在不同的頻段使用不同的天線(xiàn)。在某些情況下，也可以采用一個(gè)單元天線(xiàn)完成測(cè)向任務(wù)。從這種意義上看，通信對(duì)抗系統(tǒng)需要使用在很寬的頻率范圍內(nèi)都有效的寬頻帶天線(xiàn)。在一般情況下，天線(xiàn)工作在一個(gè)相對(duì)較窄的頻帶內(nèi)，因此可采用多副天線(xiàn)。 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 測(cè)向天線(xiàn) 天線(xiàn)是通信對(duì)抗系統(tǒng)的傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁信號(hào) (干擾 )，或者將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) (偵察和測(cè)向 )。測(cè)向或定位誤差與靈敏度直接相關(guān)，在表示測(cè)向或定位靈敏度指標(biāo)時(shí)，必須 (7)測(cè)向方式。有不少測(cè)向設(shè)備同時(shí)附有 E0f變化曲線(xiàn)，這種表述方式更為確切。對(duì)一部寬頻段工作的測(cè)向或定位設(shè)備而言，測(cè)向或定位靈敏度不能用某一個(gè)數(shù)值來(lái)表示，至少在不同的子頻段內(nèi)，靈敏度是不同的。 (6)測(cè)向靈敏度。一般測(cè) 向或定位設(shè)備的處理器對(duì)接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)需要通過(guò)采樣完成模 /數(shù)變換，而后進(jìn)行處理運(yùn)算。當(dāng)采用測(cè)向法定位時(shí)，測(cè)向誤差將直接影響定位誤差；當(dāng)采用時(shí)差定位和其他定位方法時(shí)，時(shí)間及其他參 定位誤差一般采用所確定的目標(biāo)定位模糊區(qū)域的圓概率誤差 (CEP)(即用圓的直徑與定位距離的比值 ) (5)測(cè)向反應(yīng)時(shí)間。例如對(duì)場(chǎng)地的大小、平坦度、周?chē)恼系K物 (山林、高樓、鐵塔、高壓線(xiàn)網(wǎng)等 )和無(wú)關(guān)輻射源等都會(huì)提出一定的要求。檢測(cè)時(shí)，應(yīng)在外場(chǎng)環(huán)境中把整個(gè)測(cè)向系統(tǒng)安裝在規(guī)定的平臺(tái)上，并在一定距離上開(kāi)設(shè)目標(biāo)電臺(tái)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。 (～1176。測(cè)向誤差表示在一定的來(lái)波信號(hào)強(qiáng)度下測(cè)向設(shè)備測(cè)得的目標(biāo)方位角與其真實(shí)方位角之差的統(tǒng)計(jì)值，這是測(cè) 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 (a)設(shè)備測(cè)向誤差：表示不包含測(cè)向天線(xiàn)的基本測(cè)向設(shè)備的測(cè)向誤差。測(cè)向和定位誤差包括測(cè)向和定位準(zhǔn)確度、測(cè)向和定位精度等指標(biāo)。當(dāng)要求能對(duì)短持續(xù)時(shí)間信號(hào) (如短脈沖、跳頻信號(hào) )進(jìn)行測(cè)向或定位時(shí)，為了保證測(cè)向或定位反應(yīng)時(shí)間能適應(yīng)對(duì)短持續(xù)時(shí)間信號(hào)搜索截獲和采樣方面的要求，對(duì)測(cè)向或定位設(shè)備的瞬時(shí)射頻帶寬和處理帶寬 (例如常用的 FFT處理帶寬 )提出了相應(yīng)的要求。測(cè)向范圍是指通信測(cè)向和定位系統(tǒng)的可測(cè)向的空域范圍。工作頻率范圍是指通信測(cè)向和定位系統(tǒng)的工作頻率范圍。 本節(jié)主要討論測(cè)向和定位設(shè)備在電性能方面的主要指標(biāo)。 無(wú)源定位是在通信測(cè)向的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因而利用測(cè)向的結(jié)果進(jìn)行定位計(jì)算或估計(jì)是最經(jīng)典和最成熟的定位技術(shù)，稱(chēng)為測(cè)向定位法。 (5)空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)。利用測(cè)向天線(xiàn)自身以一定的速度旋轉(zhuǎn)引起的接收信號(hào)附加多普勒調(diào)制進(jìn)行測(cè)向的方法，稱(chēng)為多普勒法 (4)時(shí)差測(cè)向。根據(jù)測(cè)向天線(xiàn)陣列各陣元之間的相位差，測(cè)定來(lái)波到達(dá)方向的方法稱(chēng)為相位法測(cè)向。根據(jù)測(cè)向天線(xiàn)陣列各陣元 (單元天線(xiàn) )感應(yīng)來(lái)波信號(hào)后輸出信號(hào)的幅度大小，即利用天線(xiàn)各陣元的直接幅度響應(yīng)或者比較幅度響應(yīng)，測(cè)得來(lái)波到達(dá)方向的方法稱(chēng)為振幅法測(cè)向，也稱(chēng)幅度法測(cè)向。 測(cè)向處理部分的具體工作原理和工作過(guò)程因測(cè)向設(shè)備的不 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 通信測(cè)向和定位系統(tǒng)的分類(lèi)比較復(fù)雜，它可以按照工作頻段、運(yùn)載平臺(tái)和工作原理等進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)測(cè)向方法的不同，測(cè)向接收機(jī)可以采用單信道 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 圖 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 測(cè)向處理、控制及顯示單元的主要功能是對(duì)測(cè)向接收機(jī)送來(lái)的含有方位信息的測(cè)向信號(hào)進(jìn)行模 /數(shù) (ADC)變換、處理和運(yùn)算，從信號(hào)中提取方位信息，并對(duì)測(cè)向結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示或打印輸出。其基本組成如圖 測(cè)向天線(xiàn)接收空間的電磁信號(hào)，在少數(shù)情況下，測(cè)向天線(xiàn)由單個(gè)天線(xiàn)構(gòu)成。本章重點(diǎn)討論通信信號(hào)測(cè)向定位的基本原理和方法。第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 測(cè)向與定位概述 測(cè)向天線(xiàn) 振幅法測(cè)向 相位法測(cè)向 相關(guān)干涉儀測(cè)向 多普勒測(cè)向 到達(dá)時(shí)差測(cè)向 空間譜估計(jì)測(cè)向 通信輻射源定位 習(xí)題 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 無(wú)線(xiàn)電測(cè)向和定位就是確定通信輻射源的來(lái)波方向和位置。對(duì)通信信號(hào)的測(cè)向和定位既是通信對(duì)抗系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要和相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)領(lǐng)域，也是通信偵察系統(tǒng)的重要組成部分。 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 測(cè)向與定位概述 通信測(cè)向系統(tǒng)包括測(cè)向天線(xiàn)、接收機(jī)、處理器、控制器和顯示器等設(shè)備。在大多數(shù)情況下，測(cè)向天線(xiàn)由在空間按照一定規(guī)律排列的多個(gè)天線(xiàn)陣元構(gòu)成，根據(jù)不同的測(cè)向方法，這些 測(cè)向接收機(jī)的主要功能是對(duì)天線(xiàn)系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行選擇和放大，為隨后的測(cè)向處理提供幅度特性和相位特性合適的中頻信號(hào)。它的另一功能是控制測(cè)向設(shè)備各組成部分 (測(cè)向天線(xiàn)、接收機(jī)、測(cè)向處理顯示器、輸出接口等 )協(xié)調(diào)工作，例如測(cè)向天線(xiàn)的陣元轉(zhuǎn)換、接收機(jī)本振及信道的控制、測(cè)向工作方式的選擇、測(cè)向速度及其他工作參數(shù)的設(shè)置、測(cè)向設(shè)備的校準(zhǔn)以及測(cè)向結(jié)果的輸出等均由測(cè)向處理控制顯示單元來(lái)控制。由于通信信號(hào)的來(lái)波方向可以從信號(hào)的幅度、相位、多普勒頻移、到達(dá)時(shí)間等參數(shù)中獲得，因此我們按照工作原理將測(cè)向方法分為振幅法、相位法、 (1)振幅法測(cè)向。 (2)相位法測(cè)向。如相位干涉儀測(cè)向、 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 (3)多普勒法測(cè)向。根據(jù)測(cè)得的來(lái)波信號(hào)到達(dá)測(cè)向天線(xiàn)陣列中兩個(gè)或兩個(gè)以上不同位置的陣元的時(shí)間差來(lái)測(cè)定來(lái)波到達(dá)方向的方法稱(chēng)為到達(dá)時(shí)間差測(cè)向，簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)差測(cè)向?？臻g譜估計(jì)測(cè)向是將測(cè)向天線(xiàn)陣列接收的信號(hào)分解為信號(hào)與噪聲兩個(gè)子空間，利用來(lái)波方向構(gòu)成的矢量與噪聲子空間正交的特性測(cè)向。后來(lái)，隨著各種測(cè)向和定位技術(shù)的開(kāi)發(fā)及利用，時(shí)差定位、多普勒頻移定位、測(cè)向和頻差以及時(shí)差和頻差 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 測(cè)向和定位設(shè)備在電性能、物理性能、環(huán)境和使用要求及接口功能等多方面都有嚴(yán)格的指標(biāo)要求。 (1)工作頻率范圍。例如，短波測(cè)向設(shè)備的工作頻率范圍通常 為 ～ 30MHz；超短波測(cè)向設(shè)備的工作頻率范圍目前多數(shù)為20～ 1000MHz或 30～ 1000MHz (2)測(cè)向范圍。如方位全向工作、半向工作或者部分方向測(cè)向 第 3章 通信信號(hào)的測(cè)向與定位 (3)瞬時(shí)處理帶寬。通常測(cè)向或定位處理器的瞬時(shí)處理帶寬決 (4)測(cè)向和定位誤差。 ①測(cè)向誤差。由于不涉及測(cè)向天線(xiàn)，不存在場(chǎng)地和周?chē)h(huán)境的影響，因此這一誤差很小，一般測(cè)向設(shè)備的測(cè)向誤差均 177。 ) (b)系統(tǒng)測(cè)向誤差：表示包含測(cè)向天線(xiàn)在內(nèi)的整個(gè)測(cè)向系統(tǒng)的總的測(cè)向誤差。在檢測(cè)這一指標(biāo)過(guò)程中，場(chǎng)地和周?chē)h(huán)境對(duì)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果影響很大，故對(duì)這一指標(biāo)一般都要注明場(chǎng)地要求和周?chē)h(huán)境要求。