無線電測向的多種方法對比探討范文

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摘要：在無線電高速發展的今天，對于無線電的方向測量和定位變得十分重要，深入研究無線電測向技術的相關內容變得很有意義。不同的測向方式依據的原理不同，常見類型如幅度比較法、相位比較法和空間譜估計等，不同的測向體制其性能、硬件要求、制作成本、原理算法也不盡相同。文章比較了各類測向技術的優缺點，從其中選擇了優勢明顯方法即空間譜估計加以詳細的介紹和研究，對這種測向技術實現了仿真，并對仿真結果進行了分析。

關鍵詞：無線電測向；空間譜估計

1無線電測向體制的比較

1.1測向的主要性能指標

（1）測向準確度準確度就是測量無線電來波方向的準確程度，準確度越高，測向的誤差越小。

（2）測向靈敏度靈敏度指的是測向機滿足測向誤差在一定的范圍內時，能夠正確處理信號所需要的最小信號強度。

（3）抗干擾性抗干擾指面對復雜的電磁環境，測向機在無數的干擾信號之中正確接收目標信號并正確處理的能力。

（4）仰角測定仰角即與慣性坐標系z軸的夾角，能否測定俯仰角決定是否具備單站定位的能力。

（5）時效性時效性是指從發現目標電磁波到測定出目標電磁波方向所用的時間。

（6）天線陣孔徑天線陣孔徑指的是天線陣尺寸的大小，一般來說天線尺寸和天線的工作波長有關。在某些場合對天線陣的尺寸有特定的要求。

1.2測向體制

依據不同的測向原理，可以把現有的測向體制歸納為如下的幾種。

（1）幅度比較式測向體制幅度比較式測向體制的原理是利用天線的方向特性，從不同方向入射到天線陣的無線電波，天線陣接收到信號的幅度不同，通過比幅從而確定來波方向。幅度比較法原理簡單，應用廣泛。其優點在于系統較為簡單，成本較低，且比較容易適應于在寬頻帶工作。缺點是測向的準確度和靈敏度均不高。

（2）多普勒測向法多普勒測向法的原理是天線與傳播中的目標電波做相互運動，電波遇到天線時產生多普勒效應，信號載頻頻移，通過測定頻移確定來波方向。在實際的生產生活中，轉動天線的工藝更復雜更難以實現，故使用圓陣天線，并給天線陣中的每一個天線增加電子開關，順序打開關閉這些開關，以達到等效于旋轉的效果。多普勒測向法的優點是測向靈敏度較高，準確度也能滿足一般的需求，并且能同時測定俯仰角。缺點是抗干擾能力較弱且天線尺寸較大。

（3）相關干涉儀測向體制相關干涉儀的測向原理是無線電波從不同方向到達天線陣后，天線陣的每個陣元接收到的相位不同，使得陣元互相之間的相位差不同，通過測定無線電波在陣元上產生的相位差來測量其來波方向。相關干涉儀使用廣泛，其測向的精確度和靈敏度都很高，可以滿足不同距離的測向需要。本方法的抗干擾能力也較強。但是，相關干涉儀法存在模糊的問題，解模糊一直是相關干涉儀的研究重點，天線陣也要比其他方法復雜，價格更高。

（4）空間譜估計其測向原理是測量天線陣列接收到信號參數后，進行相應的數學運算生成空間譜并送入空間譜估計器，利用確定的算法求取其來波方向?？臻g譜估計可充分利用天線陣元接收到的全部信息，故其能在多種環境下進行工作。其測向高靈敏度和測向準確度都極高，具有超分辨測向能力?？垢蓴_能力也遠遠高于傳統測向方法。突出特點是可以完成對幾個相干波的同時測向。是出色的現代測向體制。（5）優勢體制經過上一小節敘述比較可以知道，在靈敏度、精度、時效性等一系列方面,空間譜估計相比別的體制具有一定優勢。

2空間譜估計

2.1空間譜估計與music算法原理

隨著無線電技術的發展，電磁環境變得越來越復雜，無線電測向面臨的挑戰也越來越大，空間譜估計技術是一門近來新興的空域信號處理技術，可以在復雜的環境尤其是短波測向領域以極高的精度和靈敏度測量出來波信號的方向。空間譜估計是用多傳感器陣列構成處理系統，接收并提取信號的特性參數陣列，再配合相應的信號處理算法，從而達到準確估計信號方向的效果?，F空間譜估計已提出了多種算法，比較有代表性的算法就是music算法。Music算法是一種基于矩陣特征空間分解的方法。其引入了向量空間的概念，在幾何的角度來說，信號處理的觀測空間可分為信號子空間和噪聲子空間，且這兩個空間是正交的。信號子空間由陣列接收到的數據協方差矩陣中與信號對應的特征向量構成，噪聲子空間由白噪聲對應的特征向量構成。通過兩個空間之間的正交性來估計空間譜，提高了測向精度。

2.2music算法

假設有一個M元天線陣，有P個互不相干的信號分別以方位角1、2……x射入天線陣列。

3小結

當信噪比良好時可以準確獲得三個信源的來波方向，哪怕信噪比極小時仍可識別出信源方向。充分體現了本算法的先進性。而空間譜估計的測向系統隨著技術的發展價格也將變得越來越低廉，無線電測向的應用也會越來越廣泛。通信技術飛速發展，以后的無線電波可以承載更多的信息，電磁波目前正在向著頻率越來越高，波長越來越短的方向發展，短波測向的要求也越來越高，合適的DOA估計方法也是今后的研究方向。

參考文獻：

[1]王瑞.無線電測向信號處理算法[D].西安.西安電子科技大學,2006.

[2]張清清.基于相關干涉的測向技術研究[D].成都.電子科技大學,2013.

[3]鄭洪.MUSIC算法與波達方向估計研究[D].成都.四川大學,2005.

作者：劉嘉琦1；朱星星2 單位：1.西北工業大學教育實驗學院，2.西北工業大學電子信息學院