無線電測向系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用解析

賈大為

鐵嶺無線電監(jiān)測站

無線電測向系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用解析

賈大為

鐵嶺無線電監(jiān)測站

隨著社會經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，各個行業(yè)的高新科學(xué)技術(shù)也得到了良好的應(yīng)用，無線電側(cè)向技術(shù)就是當(dāng)前非常先進(jìn)的一種高科技技術(shù)。無線電側(cè)向技術(shù)的原理在于通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。通過調(diào)節(jié)將信息從電流變化中提取出來。本文闡述了無線電調(diào)試的相關(guān)知識，探討了相關(guān)技術(shù)在無線電調(diào)試中的應(yīng)用，分析了無線電未來的發(fā)展方向。

無線電；測向技術(shù)；方法

前言：改革開放以來，我國對高科技的研究進(jìn)入了一個全新的時(shí)代，無線電側(cè)向技術(shù)的研究也越來越深入，它的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，目前主要應(yīng)用無線電管理、軍事偵察、交通導(dǎo)航和天文觀測等方面。通過干擾無線電波傳播信號的技術(shù)就是無線電測向技術(shù)，線電測向系統(tǒng)要利用單臺設(shè)備測定電波輻射源的方向，要在不同位置上接收不同的天線系統(tǒng)。無線電調(diào)試技術(shù)的原理在于通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。通過調(diào)節(jié)將信息從電流變化中提取出來，例如：長波段，利用它電波能量損失小，而且能夠繞過障礙物的特點(diǎn)來調(diào)試信號；電離層理論，具有短波電臺既經(jīng)濟(jì)、輕便的優(yōu)點(diǎn)，它在電訊和廣播中得到了應(yīng)用。究其通信質(zhì)量下降的原因，就是電離層受氣象、太陽活動及人類活動因素的影響，還有不同的短波段容量也滿足不了科技增長的發(fā)展，微波需經(jīng)中繼站或通訊衛(wèi)星反射后，再將將它傳播到預(yù)定的方向。

1 無線電測向的相關(guān)知識

1.1 無線電測向技術(shù)

無線電測向技術(shù)主要以天線的設(shè)計(jì)為研究對象，首先確定無線電測量設(shè)備測定目標(biāo)，依據(jù)不同的測向方法來調(diào)整無線電信號的來波方位。干涉儀測向體制和空間譜估計(jì)測向體制等。調(diào)試技術(shù)分為兩項(xiàng)。一是測定無線電波輻射源的方向的過程，二是無線電定位。隨著無線電調(diào)試處理速度的迅速提高，采用DSP技術(shù)后，模擬數(shù)字接口的核心部分主要是一塊高速DSP，要求信號必須以二倍于其頻率的速率來保持信號的數(shù)據(jù)，給當(dāng)前的DSP器件帶來了很大的挑戰(zhàn)。EDA在超高速信號處理方面有非常廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)也縮短了系統(tǒng)研發(fā)周期，提高了系統(tǒng)的靈活性。數(shù)字電路描述和自動設(shè)計(jì)將會逐步取代邏輯狀態(tài)表和邏輯電路圖，限制了不同電臺之問的互聯(lián)互通，通常狀況下無線電接收機(jī)的要求是希望它們對天線接收到的信號參數(shù)小，以利于穩(wěn)定接收，而測向接收機(jī)的調(diào)試需要經(jīng)過一定改造、處理才能較好地應(yīng)用于測向。

1.2 無線電波測向的波段。

無線電波測向的波段分為長波、中波、中短波、短波、微波五個部分。長波，超遠(yuǎn)程通信，不受外界條件的干擾，傳播的遠(yuǎn)，容量大；中波，無線電廣播，電報(bào)；無線電波是一種信息運(yùn)載工具，分為發(fā)射過程和接收過程。具有方向性、單色性、很高的亮度。在遠(yuǎn)離輻射的平面上，輸出一個確定相對復(fù)電壓數(shù)組來設(shè)置天線陣列，利用確定方位到達(dá)的電波，在方位上的電波事先測量一個復(fù)數(shù)組，從標(biāo)準(zhǔn)庫中找到一個最接近的數(shù)組，就可求得未知電波的到達(dá)方向。

1.3 無線電側(cè)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

認(rèn)知無線電是一種全新無線電通信技術(shù)，需要對周圍環(huán)境中的電磁進(jìn)行特征檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，做出智能決策，優(yōu)化調(diào)整設(shè)備的發(fā)射參數(shù)和接收參數(shù)。認(rèn)知無線電中的頻譜檢測，主要指在時(shí)域、空域、頻域等空間內(nèi)，檢測分配到主用戶的頻段，重點(diǎn)核查頻段內(nèi)的主用戶是否開展工作，獲得頻譜使用狀況。通過應(yīng)用頻譜檢測技術(shù)，可有效提高頻譜的利用效率，改善當(dāng)前社會頻譜資源的短缺問題。因此將成為未來無線電調(diào)試發(fā)展的方向。以硬件為主的無線電臺的使用壽命大大縮短，將盡可能的使用軟件來實(shí)現(xiàn)無線通信功能，雖然使用不了多久就面臨新的系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，但是人們還是習(xí)慣把硬件收發(fā)系統(tǒng)作為基本平臺、它的基本思路是把數(shù)字化處理推進(jìn)到天線部分，改變功能單一、靈活性差的硬件電路。體系結(jié)構(gòu)具有開放性和系統(tǒng)的可編程性，通過軟件的升級側(cè)向?qū)崿F(xiàn)新的功能。

2 無線電側(cè)向技術(shù)的具體措施

2.1 調(diào)頻通信號幅度。

利用射頻信號頻率把較低的解調(diào)信號測試出來，所以最后得到的信號信噪比高，保真度好。當(dāng)我們將調(diào)頻接收機(jī)用于測向時(shí)，不論如何轉(zhuǎn)動定向天線，都會因?yàn)樵谛盘柧嚯x縮短而不斷增強(qiáng)，只要最小的信號的幅度變化，最終不會有使用上的變化。常見的定向天線分為八木定向天線、HB9CV天線，其中八木天線是典型的，八木天線的振子越多，手持測向機(jī)的方向性越敏感，即使在環(huán)境惡劣的地區(qū)，吸收造成的指向誤差很明顯的。因?yàn)檫@種天線方向性不高，必須調(diào)試成2個半波長振子，兩個振子間按照一定相位供電，抵銷電磁場方向疊加。具體方法就是50歐饋電線與天線饋電點(diǎn)之間串聯(lián)一個半可調(diào)電容就可以。

2.2 軟件無線電測向的關(guān)鍵技術(shù)。

測向的目的就是要在很寬的工作頻率下實(shí)現(xiàn)無障礙通信。無線電系統(tǒng)應(yīng)該能覆蓋全頻段甚至每個頻段，使用軟件無線電系統(tǒng)，使天線組合起來形成寬帶天線，是實(shí)現(xiàn)理想的最佳側(cè)向技術(shù)，但是也被認(rèn)為在目前技術(shù)條件水平下暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的。近年來發(fā)展的RF微型系統(tǒng)取代天線中的高成本、大體積的二級管，并且在軟件無線電基礎(chǔ)上提出了天線設(shè)計(jì)新概念，智能天線對軟件無線電的調(diào)試的發(fā)展起到了推動作用。高速A／D和D／A轉(zhuǎn)換軟件宜接反映了軟件電臺的軟件化程度，就目前的技術(shù)發(fā)展水平，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)就要調(diào)整電容，可以得到極好的前后比。利用多普勒的測向基于感測定接收到的信號強(qiáng)度，需要調(diào)整衰減器才能使信號保持在反映最靈敏的范圍，最終接收機(jī)輸出的音頻信號反映出信號變化，對于出現(xiàn)的問題可以把電波入射方向與天線的附加調(diào)頻深度進(jìn)行調(diào)試，而不必插入需要不斷調(diào)整的衰減器，它利用切換不同空間位置的天線，模擬天線產(chǎn)生多普勒頻移。

2.3 對于低復(fù)雜度的數(shù)字信號要利用單抽樣頻率完成。

為了減少所需計(jì)算復(fù)雜度，促進(jìn)速率數(shù)字信號處理技術(shù)的提高，需要采用成本不高的數(shù)字信號處理結(jié)構(gòu)，減少對抗混疊濾波器的要求，并且也減少額外的計(jì)算量，應(yīng)用比較多的就是單抽樣頻率測向技術(shù)。多速率數(shù)字信號處理技術(shù)能夠提高軟件無線電的靈活性，減少額外的計(jì)算量。體誤差校正慣用的方法是測出誤差校正表，通過調(diào)整誤差值和入射方向，控制車體帶來的影響。誤差計(jì)算對頻率或方位緩慢變化的誤差起校正作用，防止了符號可能會丟失或者重計(jì)。

2.4 DDF195測向法。

在寬頻段內(nèi)具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、高抗干擾度特點(diǎn)，它的使用技術(shù)原理是：建立一套系統(tǒng)，可完成對各陣元間復(fù)數(shù)電壓測量，設(shè)置一個天線陣列，陣元數(shù)量為3～8個，根據(jù)不同的頻率電波建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫；通過數(shù)據(jù)庫的程序?qū)崟r(shí)測得一個復(fù)數(shù)數(shù)組，從而求得電波的到達(dá)方向。需要強(qiáng)調(diào)的是，天線陣列和一個理想的平面波場，只有復(fù)數(shù)電壓才能合理反映各天線的實(shí)際輸出。因?yàn)樘炀€沒有完全一致的，輻射對電波場也產(chǎn)生擾動，故各天線輸出值也有幅度上的差別。要按照規(guī)定的精度和速度，建立數(shù)學(xué)模型和樣本群，并進(jìn)行相關(guān)處理。當(dāng)天線間隔接近或大于半波長時(shí)，只有復(fù)數(shù)電壓是確定數(shù)據(jù)，因此需要選擇大孔徑天線陣，使用大孔徑測向天線能有效地抑制這種場干擾，可以抑制電波傳播，在傳送電波的過程中，如果受到建筑物反射和邊緣衍射，短波信號還會受到空間多徑吸收的影響。這些都會影響測向的結(jié)果，可以避免天線間多值性的制約，在用作固定站使用時(shí)，需要天線陣離塔頂平臺的高度有一定的距離，離車頂高度越小，影響就越嚴(yán)重。

2.5 Watson.

Watt測向法，如果將具有正弦和余弦方向圖的接收天線輸出的信號經(jīng)過放大和濾波后，它的傾斜程度來對應(yīng)所得的傾斜角的兩個信號的比。這種方法的最大好處是可以全方位無延時(shí)測量和具有單脈沖測量能力，因?yàn)樗捏w積緊湊，測向時(shí)間短，雖然在測向在多路傳播時(shí)會產(chǎn)生誤差，但是可改善對天波接收的誤差容限，避免多徑接收造成的誤差。

2.6 主用戶端的檢測技術(shù)。

主要用來判斷主用戶接收端是否處于工作狀態(tài)，以此判斷使用頻譜狀況。檢測方式的主要優(yōu)點(diǎn)是，所要傳輸?shù)男盘柗仁怯蒙漕l信號頻率的偏移來表示的，解調(diào)工作與接收到的射頻信號的強(qiáng)度無關(guān)，因此傳輸途中各種干擾、衰落引起的信號幅度變化不會被解調(diào)出來，所以最后得到的信號信噪比高，保真度好。目前采用的主要汁算方法有：于擾溫度檢測和奉振泄漏功率檢測。

3、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的深入應(yīng)用，無線電側(cè)向技術(shù)能發(fā)揮的作用將越來越巨大，無線電測向的價(jià)值體現(xiàn)在兩個方面，一是具體價(jià)值，另外是社會價(jià)值。它的社會價(jià)值是無限的，它適合未來軟件無線電技術(shù)應(yīng)用的需求，為軟件無線電的測向處理技術(shù)搭建了通用平臺，比較先進(jìn)的無線電測系統(tǒng)應(yīng)用于協(xié)助救生搜索、野生動物保護(hù)等，對今后的研究也有一定的參考價(jià)值。

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