通信對抗原理(馮小平)全書第3章

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1、第3章通信信號的測向與定位3.1測向與定位概述3.2測向天線3.3振幅法測向3.4相位法測向3.5相關(guān)干涉儀測向3.6多普勒測向3.7到達(dá)時差測向3.8空間譜估計測向3.9通信輻射源定位習(xí)題無線電測向和定位就是確定通信輻射源的來波方向和位置。對通信信號的測向和定位既是通信對抗系統(tǒng)領(lǐng)域的一個重要和相對獨(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。本章重點(diǎn)討論通信信號測向定位的基本原理和方法。3.1測向與定位概述3.1.1通信輻射源測向系統(tǒng)組成通信測向系統(tǒng)包括測向天線、接收機(jī)、處理器、控制器和顯示器等設(shè)備。其基本組成如圖3.1-1所示。

2、測向天線接收空間的電磁信號，在少數(shù)情況下，測向天線由單個天線構(gòu)成。在大多數(shù)情況下，測向天線由在空間按照一定規(guī)律排列的多個天線陣元構(gòu)成，根據(jù)不同的測向方法，這些天線陣元形成不同的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)測向系統(tǒng)的要求。測向接收機(jī)的主要功能是對天線系統(tǒng)送來的信號進(jìn)行選擇和放大，為隨后的測向處理提供幅度特性和相位特性合適的中頻信號。根據(jù)測向方法的不同，測向接收機(jī)可以采用單信道和多信道的接收機(jī)。圖3.1-1通信測向設(shè)備的基本組成測向處理、控制及顯示單元的主要功能是對測向接收機(jī)送來的含有方位信息的測向信號進(jìn)行模/數(shù)(ADC)變換、處理和運(yùn)算，從信號中提取方位信

3、息，并對測向結(jié)果進(jìn)行存儲、顯示或打印輸出。它的另一功能是控制測向設(shè)備各組成部分(測向天線、接收機(jī)、測向處理顯示器、輸出接口等)協(xié)調(diào)工作，例如測向天線的陣元轉(zhuǎn)換、接收機(jī)本振及信道的控制、測向工作方式的選擇、測向速度及其他工作參數(shù)的設(shè)置、測向設(shè)備的校準(zhǔn)以及測向結(jié)果的輸出等均由測向處理控制顯示單元來控制。　測向處理部分的具體工作原理和工作過程因測向設(shè)備的不同而不同，對此我們將在后面的有關(guān)章節(jié)中作相應(yīng)介紹。3.1.2通信測向和定位技術(shù)分類通信測向和定位系統(tǒng)的分類比較復(fù)雜，它可以按照工作頻段、運(yùn)載平臺和工作原理等進(jìn)行分類。由于通信信號的來波方向

4、可以從信號的幅度、相位、多普勒頻移、到達(dá)時間等參數(shù)中獲得，因此我們按照工作原理將測向方法分為振幅法、相位法、多普勒法、到達(dá)時差法等測向方法。(1)振幅法測向。根據(jù)測向天線陣列各陣元(單元天線)感應(yīng)來波信號后輸出信號的幅度大小，即利用天線各陣元的直接幅度響應(yīng)或者比較幅度響應(yīng)，測得來波到達(dá)方向的方法稱為振幅法測向，也稱幅度法測向。(2)相位法測向。根據(jù)測向天線陣列各陣元之間的相位差，測定來波到達(dá)方向的方法稱為相位法測向。如相位干涉儀測向、多普勒和準(zhǔn)多普勒測向技術(shù)等。(3)多普勒法測向。利用測向天線自身以一定的速度旋轉(zhuǎn)引起的接收信號附加多普

5、勒調(diào)制進(jìn)行測向的方法，稱為多普勒法測向。多普勒法測向本質(zhì)上屬于相位法測向。(4)時差測向。根據(jù)測得的來波信號到達(dá)測向天線陣列中兩個或兩個以上不同位置的陣元的時間差來測定來波到達(dá)方向的方法稱為到達(dá)時間差測向，簡稱時差測向。(5)空間譜估計測向技術(shù)?？臻g譜估計測向是將測向天線陣列接收的信號分解為信號與噪聲兩個子空間，利用來波方向構(gòu)成的矢量與噪聲子空間正交的特性測向。無源定位是在通信測向的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因而利用測向的結(jié)果進(jìn)行定位計算或估計是最經(jīng)典和最成熟的定位技術(shù)，稱為測向定位法。后來，隨著各種測向和定位技術(shù)的開發(fā)及利用，時差定位、多普勒頻

6、移定位、測向和頻差以及時差和頻差的聯(lián)合定位也逐步發(fā)展并進(jìn)入了實(shí)用階段。3.1.3通信測向和定位設(shè)備的主要指標(biāo)測向和定位設(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。本節(jié)主要討論測向和定位設(shè)備在電性能方面的主要指標(biāo)。(1)工作頻率范圍。工作頻率范圍是指通信測向和定位系統(tǒng)的工作頻率范圍。例如，短波測向設(shè)備的工作頻率范圍通常為1.5～30MHz；超短波測向設(shè)備的工作頻率范圍目前多數(shù)為20～1000MHz或30～1000MHz。(2)測向范圍。測向范圍是指通信測向和定位系統(tǒng)的可測向的空域范圍。如方位全向工作、

7、半向工作或者部分方向測向等。(3)瞬時處理帶寬。當(dāng)要求能對短持續(xù)時間信號(如短脈沖、跳頻信號)進(jìn)行測向或定位時，為了保證測向或定位反應(yīng)時間能適應(yīng)對短持續(xù)時間信號搜索截獲和采樣方面的要求，對測向或定位設(shè)備的瞬時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。通常測向或定位處理器的瞬時處理帶寬決定了測向或定位設(shè)備的瞬時射頻帶寬。(4)測向和定位誤差。測向和定位誤差包括測向和定位準(zhǔn)確度、測向和定位精度等指標(biāo)。①測向誤差。測向誤差表示在一定的來波信號強(qiáng)度下測向設(shè)備測得的目標(biāo)方位角與其真實(shí)方位角之差的統(tǒng)計值，這是測向設(shè)備最重要的指

8、標(biāo)。通常，這一指標(biāo)有兩種表述方式。(a)設(shè)備測向誤差：表示不包含測向天線的基本測向設(shè)備的測向誤差。由于不涉及測向天線，不存在場地和周圍環(huán)境的影響，因此這一誤差很小，一般測向設(shè)備