浅析主流无线电测向技术体制

引言

　　随着各级无线电管理部门不断加大投资力度,加快无线电监测网的建设,全国无线电监测网的格局正逐步形成。如何合理地配备先进的无线电监测系统和正确选择监测、测向系统的技术体制，降低建设成本，加快建设周期，提高监测效率，已经成为无线电监测网建设中的一个重要课题。

　　无线电测向就是利用无线电测量设备测定目标无线电信号的来波方位。根据不同的测向方法，将测向体制分为幅度比较式测向体制、沃特森-瓦特测向体制、干涉仪测向体制、多普勒测向体制、空间谱估计测向体制等。干涉仪测向体制中基于复数电压测量的相关干涉仪测向体制以其具有测向准确度高、测向灵敏度高、测向速度快、抗干扰能力强、稳定性好、设备复杂度较低等优点，成为目前无线电监测中主流的测向体制。

相关干涉仪测向体制的基本原理与技术基础

　　1.1 基本原理

　　在远离辐射的某一观察面上，设置由几个天线构成的天线阵列，尽管各天线可能有一些差别，并对电场有一定的扰动，但只要是稳定不变的，那么对一个确定频率、确定方位到达的电波，各天线元间输出一个确定的相对复电压数组，它们在复数平面上，就有一个确定的图案，如图1。



　　如果在给定的频率上对θ1，θ2，…，θm，…，θm+1(θm=360m/M，m=0，1，…，M-1)方位上的电波事先测量并存储M个复数组作标准库，那么在同样频率上对未知方向电波按同样程序实时测得一个复数组，并用该复数数组与对应不同方向的标准数组进行比较，就会从标准库中找到一个最接近的数组（对应θn）和次接近的数组（对应θn+1）。如果M值足够大，说明待测电波的到达方向在θn与θn+1之间，通过内插运算，就可求得未知电波的到达方向。

　　1.2 基本工作模式

　　相关干涉仪测向方法的基本工作模式:

　　（1） 设置一个天线阵列，天线阵列为圆形，阵元为3～9个;

　　（2） 通过复数电压测量技术，事先对不同的频率、众多方向的电波建立标准数据库;

　　（3） 对未知电波测向时，首先按照建立标准数据库的程序实时测得一个复数数组;

　　（4） 通过相关（比较）运算，求得电波的到达方向。

　　1.3 相关干涉仪测向技术基础

　　从测向原理与模式的描述，相关干涉仪测向技术基础可归纳为两点:

　　（1）建立一套系统,可完成对天线阵列、各阵元间复数电压测量，并达到所要求的精度和速度;

　　（2）按相关干涉仪机理建立数学模型和样本群，并进行相关处理。

　　需要强调的是，只有复数电压才能反映各天线的实际输出。对一个天线阵列和一个理想的平面波场，各天线输出电压应该是幅度相同，只有相位上的差别。可实际上，阵列中的各天线不可能完全一致，并存在互耦，再加上天线的二次辐射对电波场也产生扰动，故各天线输出值既有相位差别，也有幅度差别。

　　当天线间隔接近或大于半波长时，只有复数电压才是唯一确定的，如某天线输出幅度和相位相对参考天线分别为0.9和210°,复数表示为U=acosΦ+jasinΦ=0.9cos210°+j0.9sin210°=-0.779- j0.5,这在复数平面上对应唯一确定的矢量,这种唯一性不受孔径大小限制,即允许天线阵为大孔径。若只用相位来表示,由于相位测量范围限制在±180°,这时只能测出-150°。原本是相位滞后210°,却变成相位超前150°,至少存在210°与150°的模糊,这就限制孔径不能很大,天线元最大间隔不能超过λmin/2
相关干涉仪测向体制原理框图

　　从原理上讲，复数电压测量至少需要两部以上幅度和相位相同的接收机进行工作，但R&S公司已开发出只用一部接收机测量复数电压的技术，即单信道相关干涉仪，其原理图见图2。



相关干涉仪测向体制的合理应用

　　相关干涉仪具有高灵敏度、高准确度、高抗干扰度等突出优点，是目前较为先进的测向体制。由于其技术含量较高和设计制造难度较大，故售价要高出相位体制或幅度体制。如何保证高质量的设备发挥高质量的效果呢？下面谈几点建议。

　　3.1 选择大孔径天线阵

　　大孔径天线阵的选择是常被忽视的问题，甚至有人认为天线阵越小越好。相关干涉仪测向同时使用了天线间的矢量电压的分布，在很大程度上避免了所谓天线间隔误差和多值性的制约，因而可以使用大尺寸天线阵。在考虑固定站使用测向系统时应尽可能选用直径大的天线阵，而作移动车载测向系统使用则应考虑便携性。

　　3.2 合理进行安装

　　用作固定站使用时，只要天线阵离塔顶平台的高度大一些即可，而作移动车载测向系统使用时，如果离开车顶高度小于1米，车体的影响不可忽略。离车顶高度越小，影响就越严重。表1是德国R&S公司DDF190装在面包车上校正前的误差与抽样值。

　　R&S公司给出不进行校正时的误差数据，在20 MHz～30 MHz时为12°RMS，30 MHz～200 MHz时为5°RMS，200 MHz～1300 MHz时为3 °RMS。

　　车体误差校正惯用的方法是测出误差校正表，通过计算机自动修正。由于车体影响产生的误差值对电波相对车头的到达方向都十分敏感，特别是在偏开车头±（30°～60°）和±（120°～160°）时入射方向变化几度，车体带来的影响就可能由+20°变为-20°，因此误差表校正时越校越大。实践证明误差校正表对频率或方位缓慢变化的误差起作用，对较快变化的误差特性几乎无效。因而R&S公司建议原厂装车校正，校正的机理是把车体作为天线阵的一部分进行处理，这样做使车体的影响减小2～3倍。

　　3.3 合理选择安装地点

　　作固定站使用时，要认真分析安装地点的条件，通常考虑以下几方面:

　　（1）设备的作用范围与所要求的监测区相符;

　　（2）天线阵周围无高大建筑群和大功率发射台;

　　（3）在配置多个站点时，各站间距离和位置符合定位精度要求的布局;

　　（4）天线尽可能架在高塔上，可增加作用范围和降低周围建筑物影响。

　　总之，相关干涉仪测向体制以其在宽频段内实现高灵敏度、高准确度、高抗干扰度，并便于应用在高架和车载方面，且有很好的同道干扰抗扰度等突出的性能，理应成为监测站首选的测向体制。
作者：鄢恒聪   来源：电子产品世界