無(wú)線(xiàn)電測(cè)向系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用解析

賈大為

鐵嶺無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)站

無(wú)線(xiàn)電測(cè)向系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用解析

賈大為

鐵嶺無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)站

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，各個(gè)行業(yè)的高新科學(xué)技術(shù)也得到了良好的應(yīng)用，無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電側(cè)向技術(shù)的原理在于通過(guò)調(diào)制可將信息加載于無(wú)線(xiàn)電波之上。通過(guò)調(diào)節(jié)將信息從電流變化中提取出來(lái)。本文闡述了無(wú)線(xiàn)電調(diào)試的相關(guān)知識(shí)，探討了相關(guān)技術(shù)在無(wú)線(xiàn)電調(diào)試中的應(yīng)用，分析了無(wú)線(xiàn)電未來(lái)的發(fā)展方向。

無(wú)線(xiàn)電；測(cè)向技術(shù)；方法

前言：改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)對(duì)高科技的研究進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代，無(wú)線(xiàn)電側(cè)向技術(shù)的研究也越來(lái)越深入，它的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，目前主要應(yīng)用無(wú)線(xiàn)電管理、軍事偵察、交通導(dǎo)航和天文觀測(cè)等方面。通過(guò)干擾無(wú)線(xiàn)電波傳播信號(hào)的技術(shù)就是無(wú)線(xiàn)電測(cè)向技術(shù)，線(xiàn)電測(cè)向系統(tǒng)要利用單臺(tái)設(shè)備測(cè)定電波輻射源的方向，要在不同位置上接收不同的天線(xiàn)系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)電調(diào)試技術(shù)的原理在于通過(guò)調(diào)制可將信息加載于無(wú)線(xiàn)電波之上。通過(guò)調(diào)節(jié)將信息從電流變化中提取出來(lái)，例如：長(zhǎng)波段，利用它電波能量損失小，而且能夠繞過(guò)障礙物的特點(diǎn)來(lái)調(diào)試信號(hào)；電離層理論，具有短波電臺(tái)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(yáng)活動(dòng)及人類(lèi)活動(dòng)因素的影響，還有不同的短波段容量也滿(mǎn)足不了科技增長(zhǎng)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(wú)線(xiàn)電測(cè)向的相關(guān)知識(shí)

1.1 無(wú)線(xiàn)電測(cè)向技術(shù)

無(wú)線(xiàn)電測(cè)向技術(shù)主要以天線(xiàn)的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，首先確定無(wú)線(xiàn)電測(cè)量設(shè)備測(cè)定目標(biāo)，依據(jù)不同的測(cè)向方法來(lái)調(diào)整無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的來(lái)波方位。干涉儀測(cè)向體制和空間譜估計(jì)測(cè)向體制等。調(diào)試技術(shù)分為兩項(xiàng)。一是測(cè)定無(wú)線(xiàn)電波輻射源的方向的過(guò)程，二是無(wú)線(xiàn)電定位。隨著無(wú)線(xiàn)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(hào)必須以二倍于其頻率的速率來(lái)保持信號(hào)的數(shù)據(jù)，給當(dāng)前的DSP器件帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。EDA在超高速信號(hào)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(dòng)設(shè)計(jì)將會(huì)逐步取代邏輯狀態(tài)表和邏輯電路圖，限制了不同電臺(tái)之問(wèn)的互聯(lián)互通，通常狀況下無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的要求是希望它們對(duì)天線(xiàn)接收到的信號(hào)參數(shù)小，以利于穩(wěn)定接收，而測(cè)向接收機(jī)的調(diào)試需要經(jīng)過(guò)一定改造、處理才能較好地應(yīng)用于測(cè)向。

1.2 無(wú)線(xiàn)電波測(cè)向的波段。

無(wú)線(xiàn)電波測(cè)向的波段分為長(zhǎng)波、中波、中短波、短波、微波五個(gè)部分。長(zhǎng)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(wú)線(xiàn)電廣播，電報(bào)；無(wú)線(xiàn)電波是一種信息運(yùn)載工具，分為發(fā)射過(guò)程和接收過(guò)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(gè)確定相對(duì)復(fù)電壓數(shù)組來(lái)設(shè)置天線(xiàn)陣列，利用確定方位到達(dá)的電波，在方位上的電波事先測(cè)量一個(gè)復(fù)數(shù)組，從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中找到一個(gè)最接近的數(shù)組，就可求得未知電波的到達(dá)方向。

1.3 無(wú)線(xiàn)電側(cè)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電是一種全新無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)，需要對(duì)周?chē)h(huán)境中的電磁進(jìn)行特征檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)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(wú)線(xiàn)電中的頻譜檢測(cè)，主要指在時(shí)域、空域、頻域等空間內(nèi)，檢測(cè)分配到主用戶(hù)的頻段，重點(diǎn)核查頻段內(nèi)的主用戶(hù)是否開(kāi)展工作，獲得頻譜使用狀況。通過(guò)應(yīng)用頻譜檢測(cè)技術(shù)，可有效提高頻譜的利用效率，改善當(dāng)前社會(huì)頻譜資源的短缺問(wèn)題。因此將成為未來(lái)無(wú)線(xiàn)電調(diào)試發(fā)展的方向。以硬件為主的無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的使用壽命大大縮短，將盡可能的使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)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(tái)、它的基本思路是把數(shù)字化處理推進(jìn)到天線(xiàn)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(kāi)放性和系統(tǒng)的可編程性，通過(guò)軟件的升級(jí)側(cè)向?qū)崿F(xiàn)新的功能。

2 無(wú)線(xiàn)電側(cè)向技術(shù)的具體措施

2.1 調(diào)頻通信號(hào)幅度。

利用射頻信號(hào)頻率把較低的解調(diào)信號(hào)測(cè)試出來(lái)，所以最后得到的信號(hào)信噪比高，保真度好。當(dāng)我們將調(diào)頻接收機(jī)用于測(cè)向時(shí)，不論如何轉(zhuǎn)動(dòng)定向天線(xiàn)，都會(huì)因?yàn)樵谛盘?hào)距離縮短而不斷增強(qiáng)，只要最小的信號(hào)的幅度變化，最終不會(huì)有使用上的變化。常見(jiàn)的定向天線(xiàn)分為八木定向天線(xiàn)、HB9CV天線(xiàn)，其中八木天線(xiàn)是典型的，八木天線(xiàn)的振子越多，手持測(cè)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(xiàn)方向性不高，必須調(diào)試成2個(gè)半波長(zhǎng)振子，兩個(gè)振子間按照一定相位供電，抵銷(xiāo)電磁場(chǎng)方向疊加。具體方法就是50歐饋電線(xiàn)與天線(xiàn)饋電點(diǎn)之間串聯(lián)一個(gè)半可調(diào)電容就可以。

2.2 軟件無(wú)線(xiàn)電測(cè)向的關(guān)鍵技術(shù)。

測(cè)向的目的就是要在很寬的工作頻率下實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙通信。無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)應(yīng)該能覆蓋全頻段甚至每個(gè)頻段，使用軟件無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)，使天線(xiàn)組合起來(lái)形成寬帶天線(xiàn)，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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)發(fā)展的RF微型系統(tǒng)取代天線(xiàn)中的高成本、大體積的二級(jí)管，并且在軟件無(wú)線(xiàn)電基礎(chǔ)上提出了天線(xiàn)設(shè)計(jì)新概念，智能天線(xiàn)對(duì)軟件無(wú)線(xiàn)電的調(diào)試的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。高速A／D和D／A轉(zhuǎn)換軟件宜接反映了軟件電臺(tái)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(cè)向基于感測(cè)定接收到的信號(hào)強(qiáng)度，需要調(diào)整衰減器才能使信號(hào)保持在反映最靈敏的范圍，最終接收機(jī)輸出的音頻信號(hào)反映出信號(hào)變化，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題可以把電波入射方向與天線(xiàn)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(xiàn)，模擬天線(xiàn)產(chǎn)生多普勒頻移。

2.3 對(duì)于低復(fù)雜度的數(shù)字信號(hào)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(hào)處理技術(shù)的提高，需要采用成本不高的數(shù)字信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，減少對(duì)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(cè)向技術(shù)。多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠提高軟件無(wú)線(xiàn)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(cè)出誤差校正表，通過(guò)調(diào)整誤差值和入射方向，控制車(chē)體帶來(lái)的影響。誤差計(jì)算對(duì)頻率或方位緩慢變化的誤差起校正作用，防止了符號(hào)可能會(huì)丟失或者重計(jì)。

2.4 DDF195測(cè)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(duì)各陣元間復(fù)數(shù)電壓測(cè)量，設(shè)置一個(gè)天線(xiàn)陣列，陣元數(shù)量為3～8個(gè)，根據(jù)不同的頻率電波建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的程序?qū)崟r(shí)測(cè)得一個(gè)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(xiàn)陣列和一個(gè)理想的平面波場(chǎng)，只有復(fù)數(shù)電壓才能合理反映各天線(xiàn)的實(shí)際輸出。因?yàn)樘炀€(xiàn)沒(méi)有完全一致的，輻射對(duì)電波場(chǎng)也產(chǎn)生擾動(dòng)，故各天線(xiàn)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(xiàn)間隔接近或大于半波長(zhǎng)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(xiàn)陣，使用大孔徑測(cè)向天線(xiàn)能有效地抑制這種場(chǎng)干擾，可以抑制電波傳播，在傳送電波的過(guò)程中，如果受到建筑物反射和邊緣衍射，短波信號(hào)還會(huì)受到空間多徑吸收的影響。這些都會(huì)影響測(cè)向的結(jié)果，可以避免天線(xiàn)間多值性的制約，在用作固定站使用時(shí)，需要天線(xiàn)陣離塔頂平臺(tái)的高度有一定的距離，離車(chē)頂高度越小，影響就越嚴(yán)重。

2.5 Watson.

Watt測(cè)向法，如果將具有正弦和余弦方向圖的接收天線(xiàn)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和濾波后，它的傾斜程度來(lái)對(duì)應(yīng)所得的傾斜角的兩個(gè)信號(hào)的比。這種方法的最大好處是可以全方位無(wú)延時(shí)測(cè)量和具有單脈沖測(cè)量能力，因?yàn)樗捏w積緊湊，測(cè)向時(shí)間短，雖然在測(cè)向在多路傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，但是可改善對(duì)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(hù)端的檢測(cè)技術(shù)。

主要用來(lái)判斷主用戶(hù)接收端是否處于工作狀態(tài)，以此判斷使用頻譜狀況。檢測(cè)方式的主要優(yōu)點(diǎn)是，所要傳輸?shù)男盘?hào)幅度是用射頻信號(hào)頻率的偏移來(lái)表示的，解調(diào)工作與接收到的射頻信號(hào)的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，因此傳輸途中各種干擾、衰落引起的信號(hào)幅度變化不會(huì)被解調(diào)出來(lái)，所以最后得到的信號(hào)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(cè)和奉振泄漏功率檢測(cè)。

3、結(jié)束語(yǔ)

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

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