关于无线电监测测向系统测向精度指标测试方法的优化探讨

监测检测|Monitoring&Testing
关于无线电监测测向系统测向精度指标测试方法的优化探讨
文I陈嘉庆杨骏腾李新利赵彬
f摘要：为了检测V HF/UHF频段无线电监测测向系统的电性能参数指标，通常在开场环境下对被测系统进行测试验证。

本文将根据目前国家标准中规定的测试方法对在实际测试中的测试技术手段和数据优化方法进行探讨。

关键词：VHF/UHF监测测向测试准确度
0引言
在信息技术迅猛发展的今天，无线电技术已经广泛应用于公众移动通信、航空航天、遥控遥测、广播电视、气象、军事、国防和反恐等社会的各个方面，加强无线电管理越发重要，无线电监管系统的建设成为无线电管理的重要保证。

为了对无线电监测系统及设备的性能指标进行测试和评估，国内幵展了针对V HF/UHF无线电监测测向系统的开场测试验证工作并逐步形成国家标准。

在具体的实践中，本文针对现行国家标准规定的电性能参数中测向精度指标的相关测试技术手段和数据优化方法进行初步的探讨，期望推动相关技术的不断进步。

4测向精度测试的原理
根据GB/T34089-2017《VHF/UHF无线电监测测向系统幵场测试参数和测试方法》中的规定，测向精度是指测向系统所测得的示向度与被测辐射源的真实方位之间的角度差，具体测试的整体布局如图1所示。

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在实际测试中，被测系统被安置于一个可旋转平台上，测试用发射系统的天线到被测系统天线的距离与到测试用场强测量系统天线的距离应相同，二者之间距离为D,D不小于10入（X指被测系统最低测试频率的波长），同时各系统至场地边缘的保护距离不小于5X O测试用收发系统天线与被测系统测向天线的极化方式应保持一致。

测试前，确认发射系统所发信号到达被测系统天线和到达场强测量系统天线所在位置的场强相等，或備强测量系统的测量值进行相应校准补偿以保证与被测系统接收的场强保持一致。

测试时根据被测系统工作频率范围和标准的相关规定选取测试频点，设置发射系统输出为标准单载波信号，调整其发射功率，使得被测系统天线在规定的测向带宽下接收到的信号场强高于被测系统标称灵敏度20dB,读取被测系统稳定的示向度读数。

在对根据标准要求的所有频率和不同方位角进行测向后，记录所有的测向示向度读数。

根据公式（1）,最终的测向结果a口与理论真值（方位角）〜差的绝对值，即为被测系统在方位角J、频率匸上的示向度误差△0
△如=\a ij-a j\（1）
当测出被测系统在各个方位角上、整个频段内所有频点的示向度误差4后，根据公式（2）即可获得被测测向系统的测向误差，式中m为所有测试方位角的个数，n为所有测试频点的个数（后文相同，不再重复）。

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2测试方案的优化
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为了提高测试系统在整个测试过程中的测试准确度,
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本文针对测试的要素进行分析并提出切实可行的改进或优化意见。

测试系统的组成要素主要包括了发射系统、场地空间链路、场强测量系统、转台系统和被测系统等部分。

2.1发射系统
在实际的测试中，发射系统由信号源、馈线和发射天线组成，其中发射天线通常采用对数周期天线，以目前测试较多采用的VULB9163天线为例，发射天线从30MHz到3GHz的工作频段中相位中心点的偏移距离可达0.5m,如图2所示。

图2发射天线VULB9163相位中心示意图
从上图可知，如果以发射天线到被测系统天线的距离为100m计算，0.5m距离引入的最大偏心角约为0.3°,考虑到图1所示的对称性的测试布局特点，发射天线的指向通常正对被测系统天线和场强测量系统天线连线的中点，因此由于发射天线相位中心偏移带来的最大发射源方位误差约为0.1。

由以上分析可知，如果在本项目测试过程中将发射天线对准被测系统转台中心点，则可以提高测试系统理论真值方位角w的准确度。

此外，在国标中规定的标准测试场通常具有两个标准发射点。

根据需要，在自动测试过程中切换发射源发射方位的方法也是通常用来规避被测系统采用罗盘类定向数据来代替无线电测向数据的可能，从而保证被测系统的性能得到真实的反映。

2.2场地空间链路
场地空间链路的影响通常是由于受到场地自然条件和周边电磁环境的干扰而引起测试结果的畸变。

由于在幵场环境下，除了在选址时已经尽量避免以上因素的影响外，在测试过程中出现则很难避免，包括场地地面反射引起的多径效应、外部信号干扰影响等。

这部分因素通常在测试过程中通过控制发射系统的输出开关对被测系统接收信号的状况进行对比分析加以判断，对于明显由于干扰造成的影响，可以通过更改测试频率的方法加以规避，此外也可以通过后期的数据筛选方法加以消除或减小。

2.3场强测量系统
场强测量系统在本项目测试中主要起辅助测量的作用，即保证被测测向系统接收到的场强不低于标称灵敏度20dB,从而保证被测系统测向结果的稳定性。

通常情况下，场强测量系统对于测向精度的影响不大，但在测试过程中通过对接收信号的实时同步监视可以发现被测测向系统在测试过程中受到外部干扰的影响状况，从而减少测试过程中错误数据的发生。

2.4转台系统
转台系统是测试方位真值可靠性的保证，标准要求转台和转台位置指示器的测量误差不大于0.2。

o通常情况下，通过控制系统、位置指示器和物理观察相结合的方法，可以较好地控制和减少转台引入的误差。

在通常情况下，记录实际测试过程中转台现场的转动偏差，在进行测向误差计算时，对方位角j的取值进行补偿修正。

依据国家标准，标准测试方法的步进为每隔15。

测试一个方位，但在实际测试中，可采用在一定范围内变化的非整数随机角度作为步进，并利用实测数据进行纠偏的方法进行测试。

这种方法可以避免被测系统根据标准测试方法对测向数据进行作弊处理的可能。

2.5被测系统
被测系统对于测试结果的影响除了自身的技术性能和参数设置外，还有三个物理因素值得注意。

第一个因素就是测试过程中被测系统测向天线中心投影点与转台中心点的重合问题，这种情况主要发生在车载系统的测试案例中。

在正常情况下，被测系统测向天线中心的投影点应与转台中心点重合，但在特殊情况下，如果被测系统在转台上难以保证对齐转台中心点，就应该对测向天线中心的投影点到转台中心点的距离进行精确测量，通过对偏心角的计算对测试结果进行纠偏。

例如，在某次测量中，被测系统为一辆大型车载式移动监测测向系统，车辆在10m转台上刚刚满足停靠要求，但是由于测向天线安装的位置不在纵向车身的中心点，因此整个测试的方位角根据偏离的距离进行相应的计算并进行了调整，提高了测试结果的准确性。

此外，也有由于特殊需要将测向天线安装于车顶一角的情况，除非被测系统经过专门的测向校准补偿外，测试时都应尽量将被测系统的天线中心投影点对准转台的中心点。

第二个因素是在被测系统布置时，转台相对于发射点的零度轴向与被测系统的零度轴向不完全重合而存在误差，这一因素可以通过在测试前进行零度方位的校准调整来消除，尽量避免因此类误差的引入而混淆成为第三种因素引起的误差。

此外，在变换测试方位角时，由于各种可
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能因素导致转台转动角度的偏差，可以通过技术手段加以 测量并记录。

第三个因素就是车载系统测向天线的物理安装偏离
车头零度角的问题，即可能天线相位零度角与天线外罩标 识零度角位置不符或是包括外罩在内零度角安装偏离车头 零度方向。

这种情况下应首先保证车头零度方向与转台零 度方位轴线的吻合，即避免与第二个因素混淆，然后根据
试验标准进行正常的测试和结果记录，通过对最终测量结 果的数据分析进行相关处理。

3测试数据的优化
测向精度测试数据的优化将从测试数据的有效性筛 选和测试数据的纠偏两方面进行讨论。

应首先对测试数据
进行必要的纠偏处理，然后对纠偏后的结果进行进一步筛 选，得到最后的有效测试数据，根据标准要求获得最终的 测试结果。

3.1测试数据的纠偏
测试数据的纠偏主要应用于以下三种情况。

第一种情况主要是由于2.4中描述的转台旋转过程中 产生的误差，可以通过在实际测试中记录的偏差值针对不
同的方位角ot j 进行相应校正，再通过公式（1 ）计算测 试结果。

因2.4引入的误差修正，尤其适用于防作弊而采
用变方位测试的情况。

第二种情况主要是由于2.5中第一种因素描述的被测 系统天线中心投影点偏离转台中心点引起的偏差。

该偏差
可根据偏离转台中心点的距离来计算相应的补偿角，如图
3所示。

图3被测系统偏心角补偿计算示意图
假设发射点到转台中心点的距离为D,被测测向天 线中心点投影沿轴线到转台中心的距离为d,可参考公式
（3 ）计算出方位角的真值。

式中乙B 为相对被测系统测
向天线车头方向的真实来波方位角（即为公式〈1〉中的
«,）,乙A 为被测系统测向天线车头方向沿顺时针方向
到达发射系统天线中心点与转台中心点连线之间的夹角，
也就是通常情况下标准测试的方位角，该角度可通过转台 系统的相应传感器或刻度标尺系统得到精确测量。

根据公
式（3）,在确认D 、d 的前提下，在各个方位角（厶A ）
进行测试时，即通过公式（3 ）计算出乙B 的值代替相应 的方位角a j 完成对测试数据的纠偏。

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(3)
特别说明的是，如果需要，第一种情况的修正应优 先应用于ZLA,修正后的乙A 再应用于乙B 的修正，顺
序不能颠倒。

第三种情况主要是由于2.5中描述的第二种因素引入
的误差，可以通过在实际测试中记录的偏差值对所有方位 角-统一进行相同的补偿修正，再通过公式（1 ）计算
测试结果。

通常情况下这种因素引入的误差较小（一般小
于±1。

） o 一般情况下，对于引入这种误差的测试数据 在未进行纠偏的情况下，通过公式（4）进行数据统计可 以获得该偏差值，因此公式（4 ）可作为一种辅助验证手
段。

需要注意的是该数值较小时（通常介于士 0.5°以内）,
对于测向精度的统计结果（数据精度为小数点后一位）没
有影响从而可忽略不计，如果该统计值数值较大（相对于
±1° ）,应考虑为2.5中第三种因素引起的偏差。

在这
种情况下，根据国标的定义该偏差数据不能用于方位角的
补偿纠偏，但可以提供给厂家对系统进行修正改偏。

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(4)
3.2测试数据的有效性筛选
从前述的部分可知，由于幵场测试环境存在一定的
非理想性，有些测试数据的可靠性存疑，因此判断测试数
据的有效性是非常重要和必要的，通过对测试数据有效性
的分析可以提高测试结果的可靠性和有效性，更真实地反 映被测系统的性能指标。

第一，对于单组数据的有效性分析可以避免大部分因
环境因素引起的影响。

通常情况下，在对某个方位的每个
频率进行测试时会进行一组多个数据的读取然后计算平均
值，作为该频率的有效值。

如果一组数据具有良好的稳定 性和一致性，这个结果通常是有效的。

如果一组数据中出
现多个测量结果且偏差较大，这一组数擔则存疑。

这种情
况可以通过利用场强测量系统和被测系统的频谱功能对该 频率的信号进行观察判断，如果存在干扰，则更换附近的 频率进行测试。

如果不存在干扰，或是更换附近不存在干 扰的频率测试得到结果具有相似的情况，则记录该频率为 被测系统的异常点。

根据测向灵敏度的定义和系统抗扰度
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Monitoring&Testing|监测检测的指标可知，在测试信号高于被测系统标称灵敏度20dB
的情况下，如无外界干扰，测试信号已高于系统抗扰度指标，根据抗扰度的定义可知被测系统的测向读度应该稳定在3。

以内。

因此，凡是一组数据中任意两个数据的偏差具有大于3。

的情况，应给予筛除处理，且不计入最后的结果计算。

筛选后的每组数据取算术平均值作为被测系统在该方位频率的测向结果，记作
第二，一个正常的测向系统在某个方位针对不同频率测试获得的一组数据应具有一定的一致性，但实际测试中往往会出现一些误差较大的测试结果。

通常来说，由于场地地面反射的多径效应或是突发性的外部辐射干扰都可能引起一些测试误差，如果通过对测试信号的频谱观察可以明确原因的频率以外，对于测试结果偏差比较大的频率应做一定的筛除并作为异常点处理。

依据经验来看，偏差大小的阈值取值以标准误差的两倍（即6。

，目前国家标准没有明确的要求，也有其他相关标准要求采用测向精度测试结果的三倍）为准，可以有效保留大部分的测试数据，同时考虑在标准场地测试结果超过此限值应属于不正常的误差范围。

综合考虑测试数据数量的有效性、测试结果的可靠性和测试效率，总体上作为异常点筛除的数据数量应不超过总数据数量的85%（目前国家标准没有明确的要求）基本上可以保证统计结果的准确性。

对于大偏差数据较多的被测系统，测试数据应优先满足测试数据数量要求。

异常点数据虽然不作为有效数据在最后的结果中进行统计计算，但将作为测试结果的一部分，被测系统异常点频率应做特别记录，以便后续的技术甄别和处理。

4结束语
在经过多年的实践后，随着对VHF/UHF频段无线电检测测向系统幵场测试的幵展，得到了越来越多相关用户的接受和认可，并越来越积极地参与相关的工作。

从接受校验的系统指标不断提升的趋势可以看出，国内外厂商的设备和系统具有一个可参考的标准进行对比，对于技术的不足和提高都具有更明确的方向，对于质量的提升越发重视，用户对于系统的技术性能具有更清晰的认识，对于系统的应用也更具信心。

本文仅从实践的角度通过对测向精度试验的简要分析提出了一点优化的方法和建议，很可能存在许多不足甚至争议，这些也尚待行业内的专家和同行加以评判指正，但希望以本文为契机对无线电监测测向系统校验技术展幵更广泛和深入的探讨，实现推动整个无线电监测测向技术进步的最终目标。

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参考文献：
⑴VHF/UHF无线电监测测向系统开场测试参数和测试方法,GB/T34089—2017
［2］测量测向系统测向精度的测试程序，ITU-R SM.2060-0建议书（08/2014）
［3］军用VHF/UHF频段监测站性能指标测试方法, GJB7589-2012
【4］中华人民共和国无线电管理条例,2016年12月7曰
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