第十三章简单测向原理及测向设备的选择和安装架设

第十三章简单测向原理和测向设备的选择与安装及干扰查找一、无线电测向的历史无线电测向的历史已有近百年了，1908年德国制成了世界上第一台无线电测向仪（无线电罗盘），1926年出现了第一个地面无线信标，供航海、航空事业中的无线电导航用，在航行中的舰船和飞机利用其自身安装的测向机，通过对地面的已知无线电信标台进行测向，就可以确定其自身的空间位置。最早无线电测向用于导航，后来在军事方面发挥了很重要的作用并得到了快速发展。测向在我国已有50多年的历史(不算MF、LF航空导航和航海导航在我国的历史)，开始时是用于军事HF测向，VHF/UHF测向在我国也有近40年的历史。目前无线电测向在无线电管理中也在发挥着重要作用。二、无线电测向技术基础无线电测向技术是现代通信、导航、国防、无线电管理和科研等领域中的重要组成部分。无线电测向，是依靠测量空间电磁波的无线电设备来完成的。对被测的发射台的方向判断是否准确，除了要求无线电测向设备有良好的性能之外，还依靠人们对电磁波传播规律的认识，因此电磁波传播的情况，电磁波的各种极化及多径效应和接收特点都是我们在工作中遇到需分析的。由于电波在传播途中，经过各种不同的障碍，如地面建筑、高山、森林、湖泊等（短波还有电离层反射）使电磁波产生反射、折射、绕射或二次辐射等现象，从而使电磁波产生畸变，它都会对测向误差产生一定的影响。1．各波段电波传播特点短波—主要靠地波、天波(受电离层影响)和反射波超短波--直射波和反射波，特殊情况还有散射和折射微波、卫星—都是直射波，频率高时受天气变化的影响较大（如雾、雨雪等，有些寻呼链路产生干扰）各波段的电波传播特点：超长波和长波：3KHz——30KHz、30KHz——300KHz长波传播特点，绕射能力强，大地（土壤）的吸收不显著（与传播的地面几乎无关），在陆地上可传2000—3000Km以上，在海面上更远。中波：300KHz——3MHz（波长1000m——100m）中波传播有地波和天波，特点是白天靠地波，而晚上则既靠天波又靠地波（白天D层吸收，晚上D层消失，E层反射）有衰落现象。中波除广播外多用于船舶、飞机的各种航标电波（导航）。短波：1.5MHz——30MHz短波传播也是靠地波和天波。地波传播的距离取决于频率和地面的电参数。因为地面对短波的吸收较强，绕射能力较差，一般地波传播距离在几十公里。天波传播主要是靠电离层反射，F层反射，E层损耗。短波传播的一个最主要的特点是地波衰减快，天波的稳定性差。短波传播的另一个特点是有寂静区（越距区）存在，既地波传不到，天波反射不到（一般在50～300Km之间）。短波传播：有衰落现象短波传播：有回波现象0.003s/1000Km0.13s/地球一周F2层还会形成滑行波。短波传播当反射仰角大于45°时形成高角波，测向时示向度摆动很大，取向困难，误差也很大。100～350Km是测向的难点。短波测向难度大，示向游动，模糊。超短波：30MHz——3GHz由于频率很高，地波的衰减很大。天波一般都穿透电离层不反射，因此超短波传播主要靠空间波。在不考虑绕射和大气的影响时，直射传播的距离r可按下式计算。r=3.57(√h1＋√h2)kmh1h2分别为地面上的收发天线的高度。超短波在实际传播中，大气层起着重要的作用，包括大气层的折射作用、吸收作用、散射作用等还有雨、雪、雾、风暴等因此传播状态也是复杂多变的。另外，由于超短波的波长短，地面上山丘、高大建筑物产生回波反射，地面的各种物体，凹凸不平所产生的电波散射也是不可忽视的因素。超短波传播电场强度的计算E=2.18√PDh1h2r2λP：辐射功率(千瓦)D:是天线的方向系数h1h2:是两天线的高度r(km):是收发两天线的距离λ:工作波长(m)在超短波范围内调频广播和电视的发射极化是水平极化，目前使用的测向机大多为垂直极化的测向机，对水平极化的电波是测不准的。早期无线电测向用旋转环状天线，使用这样简单的环状天线测量经电离层反射的高角波的示向度时，会产生误差，这种误差称为极化误差。1918年发明了Adcock天线，极化误差得到了很大改善。1930年以后，对Adcock天线进行了深入的研究。在第二次世界大战中，测向发挥了很大的作用，也促使了人们对它的研究，逐步搞清了各种场地误差和设备误差产生的原因。当测向机本身的误差被减小后，场地的不理想和电波干涉引起的就变得更加突出。人们又研究出大基础测向天线阵。2．测向中基本名词的定义和含义测向：为了确定某一目标相对于已知座标点的方向，就必须测量出该目标到已知座标点的连线与某一个参考方向线之间的夹角，我们将这测出该夹角的过程叫测向。无线电测向：就是利用无线电测量设备来确定要测的无线电发射源到已知座标点的连线与某一个参考方向线之间的夹角的过程。用来实现无线电测向的测量设备就称之为无线电测向机。单站无线电测向，以真北夹角给出被测电台的示向度。示向度：是指从观测点的地球子午线真北的方向，顺时针旋转到观测点到被测无线电发射源的连线方向之间的夹角。（在无线电测向技术中，对所测目标测出的方向角通常以示向度这一术语来描述）示向度又称方位角。示向度和真实方位角的概念是有区别的，简单地说：真实方位角就是没有误差的示向度。交叉定位：一个单一的示向度可以指明被测无线电发射源的方向，但不能指出无线电发射源的位置。为了确定一个无线电发射源的位置，就必须至少用两部测向机，在两个不同的地方测出两个以上的示向度，然后在同一张地图上作出各个示向度，用直线交叉法来测定无线电发射源的位置。2个以上的测向站交叉定位都是以真北为夹角给出示向度。短波示向线要考虑到地球的大圆弧。短波测向交叉定位区域组网测向定位：根据任务选中的各测向站，对测向指挥机（或监听中心）通过通信指挥网络（监测网）发出的测向指令进行同步测向。然后各站将所测得示向度等参数再通过监测网络回传到指挥中心（或监听中心）在地图或电子地图上进行各示向线的交叉定位，经量判得出被测信号发射源所在的位置或区域。命令测向：是根据监听中心听到某一可疑或不明信号提出测向请示，监听中心直接向各参与测向的测向站发出提测指令，随测随交。任务测向：是根据指挥中心下达的测向任务，由指挥中心将提测的信号频率、参数特征、时间、次数等传给各测向站随时发现信号立即测向。三、简单测向原理接收机可以说是一种接点的艺术，不同的接点可以连成放大器或震荡器并组合成各种各样的接收机。而测向则是一种对称及平衡的艺术，测向天线阵有园阵、直角阵、三角阵等但都是有一定的对称关系和平衡条件，多通道接收机也要求对称一致，天线阵周围的环境也是尽可能的平衡一致。破坏了这些平衡或对称，就会出现误差或错误。不同的测向设备与电波的极化有很大关系，电磁场的极化有三种：直线极化、圆极化、椭圆极化。直线极化：直线极化分垂直极化和水平极化两种。垂直极化是指电场矢量垂直于地面的极化，水平极化则是指电场矢量平行于地面的极化。圆极化：圆极化指电场矢量只有恒定的幅度且以恒定的角速度围绕着传播方向旋转，在一射频周期内，电场矢量端点的轨迹是一个圆。椭圆极化：椭圆极化的轨迹是一个椭圆，又分为右旋转椭圆极化和左旋转椭圆极化。右旋转椭圆极化是指传播方向与电波传播方向成右手螺旋，左旋转椭圆极化是指传播方向与电波传播方向成左手螺旋。我们目前所接触的测向机大都是测垂直极化波的。无线电测向：旋转方向性天线就可以简单地定向，收音机中的磁棒天线（双向）、电视接收的八木天线（单向）这些都是具有最简单的定向功能。旋转环（或框式）天线锐角8字型方向图可定双向（电波的来波方向或反方向）。8字型方向图和心型方向图旋转环（或框式）天线锐角8字型方向图加中央天线变成心型方向图，相移90°利用心型方向性图就可定出单向（电波的来波方向）。各种环形和框形天线Adcock型天线的基本结构是有两根相同并且对称的天线间隔一定距离组成，其基本原理是利用天线体系在电磁场中的感应电动势（或相位）之差来确定辐射源方向。Adcock型天线体系因天线振子的不同可分为U型天线和H型天线和U型天线，是由两根非对称垂直接地振子组成，因其外形象字母‘U’而得名。一般在实际应用中常由五元、九元等非对称垂直接地振子，均匀分布或按一定规则分布在一个适当的圆周上，由馈线连成两付、四付U型天线再加上一中央天线组成测向天线阵。U型天线需要良好的接地，镜面反射到地下一个U型天线，相当于增高了的H型天线。短波常用此类天线。H型天线，是由两根对称垂直偶极子组成，其外形象字母‘H’不需接地。一般由四元、六元、八元对称偶极子组成，与U型天线相比再同样高度时比U型天线有效高度低。超短波天线多用H型天线，以解决高楼接地难的问题。Adcock型天线Adcock型天线体系因天线振子的不同可分为U型天线和H型天线Adcock型H天线间隔双环天线，主要用于高交波测向。干涉仪测向天线多谱勒（Doppler）：PA055当一天线沿直径为D的圆周旋转时，根据多谱勒效应，当天线运动方向与电波方向相向时频率升高，当天线运动方向与电波来波方向相同时频率降低，天线运动方向与电波来波方向成法线方向时不产生多谱勒频移。电波的传播方向与参考方向的夹角θ，多谱勒频移Δf=πD/λ，Sin(ωt­θ)当ωt­θ=0、π…时，与Δf=0时刻的天线位置的连线所指方向即为电波的来波方向。ω=2πfR时天线旋转的角频率D为直径干涉仪：05M是通过测量天线各端口信号的相位差实现的。旋转H天线：手动2025旋转对数周期和差天线阵：C016C019旋转开关对数周期天线阵：57所新兴时间分割6401时间分割单信道测向机方框图四、测向机的分类按工作频段中波短波超短波按工作方式固定（半固定）移动（半移动）便携式按天线基础小基础（λ1）中基础（1λ3）大基础（λ5）按天线阵形式圆阵三角阵直角阵按测量方式比幅法比相法比幅比相法按取样方式听觉视觉（极坐标直方图）数字按测向体制比幅时间分割瓦森瓦特多谱勒干涉仪等按天线类型环天线间隔环阿德考克（HU）对数周期等按接收机分单信道双信道多信道测向机分类示意图五、测向机的主要技术指标鉴别测向机的质量的优劣是通过测向机的技术指标来实现的。虽然各种用途的测向机对其技术指标的要求不尽相同，但是一般来说，都是有以下几个主要技术指标。1、准确度测向机的准确度又称测向精度，它是用来衡量测向机测出的示向度与被测目标的真实方位角接近的程度的一个参量。测向机的准确度是用可能出现的测向误差来表示的。通常误差有四种表达方式：最大误差、平均误差、统计概率误差和均方根误差。所谓误差是指所测出的示向度与被测目标的真实方位角之间的差值。一般测量一部测向机的误差是在标准测量场地上进行。2、测向灵敏度测向机的灵敏度是用来衡量测向机测量远地电台、小功率电台的弱信号的能力的一个参量。对于不同体制的无线电测向机的灵敏度也会有所不同。测向灵敏度即测向机给出满意的示向度时所需要的入射波的最小电场强度。所谓满意的示向度是指示向度的读数准确到其不超过允许误差时的示向度（通常规定允许误差≤10），也可以认为是当示向度左右摆动≤30时。3、测向时效（最短测向时间）测向时效是指完成一次测向任务的全过程所需要的最少时间。主要是对测脉冲信号、跳频信号、瞬发信号、快速漂移信号的能力。4、工作频率范围其工作频率范围愈宽愈好，但必须做到在给定的频率范围内，测向机可以对其任一频率进行测向，而且其各项技术指标均可达到要求，。除上述4个指标之外，还有作用距离、抗干扰性、可靠性、稳定性、体积、重量、电源等技术要求。这些指标随测向机的用途不同，对其要求也不同。例如对固定的测向站来说，测向设备的体积、重量就不是很重要的，而对移动测向来说则对体积、重量有较高的要求；又如测量快速短信号，测向时效性的要求就显得特别重要。测向技术主要涵概天线体系：测向天线阵体系的原理与计算；测向原理和测向设备：测向的理论基础、测向的基本原理、测向方法和各类测向机的原理；测向误差分析：分析本机误差，场地环境引起的误差及电波传播引起的误差。六、如何判断一部测向设备的好坏1、首先是能否听到信号，就要看系统灵敏度。2、其次是听到信号后能否