基于空间谱估计测向技术的无线广播电视监测系统设计
空间谱测向技术及其经典算法
空间谱测向技术可应用于不同类型的多元阵列，例 如均匀线阵、方阵、圆阵等。本文为了更好地描述空间 谱算法，以较为简单的均匀线阵为例，来介绍空间谱测 向的原理和算法，示意图如图 2 所示。假设 N 个远场窄 带信号入射空间某直线阵列上，其中该阵列天线由 M 个 阵元组成，各阵元接收到信号后经各自的传输通道送至 处理器。
信号源
通道1 通道2
...
目标空间
通道M 观察空间
处 理 器
估计空间
图 1 空间谱测向技术的系统架构 [1] 目标空间即为真实来波方向（可能存在多个来波方 向）所构成的空间，该空间在自然界真实存在，但由于电 磁波既看不见，又摸不着，人类无法通过肉眼来观测入射 的电磁波，所以需要借助相应的工具来观测，该工具就是 天线和接收机。一个天线阵元和接收机构成一个信号通道， 多个通道构成一个观察空间。经观察空间得到的来波信号 是一系列的二进制 IQ 数据。根据原始的二进制数据仍无 法判断出来波方向，需要对其进行“解密”来估计来波方 向。估计空间即是使用一定的数学算法对 IQ 数据进行相 应的处理，估计出来波方向。而谱估计算法是将信号空间 进行拟合，构造出一个计算机可以识别的估计空间，然后 得出测向结果。
（7）
其中 Rs 为信号协方差矩阵，RN 为噪声协方差矩阵， σ2 为噪声功率。
对数据协方差矩阵 R 进行特征分解： （8）
其中 U 由两部分组成，一个是信号子空间 Us ，一个 是噪声子空间 UN。
（9） 信号子空间和噪声子空间的表达式见式（10）、式 （11）：
（10） （11）
Σ 为数据协方差矩阵的特征对角矩阵，对角线上的 各 λ 值近似等于来波方向的信号功率或者噪声功率。
（12）
3 MUSIC 算法
3无线电测向与空间谱估计测向体制-讲议稿03
第3篇无线电测向与空间谱估计测向体制第五十八研究所朱锦生赵衡内容简介：本文简述无线电测向原理，几种典型的无线电模拟电子技术的无线电测向设备，以及空间谱估计测向的含义和它目前达到的水平。
1 无线电测向的基本原理1.1 无线电测向的目的是测定辐射源（或发射机）的位置无线电测向是靠测定电波传播的方向来实现的。
电波传播方向的轨迹是沿地球的大圆弧前进的，即地面上两点（如辐射源和观测点的两点）间的最短直线距离。
因此测定电波的来向，也即测定了辐射源的方向。
1.2 无线电测向的定位三角交会定位由地面两个以上的观测点对同一辐射源测定电波的来向，这些来波行进轨迹的交会点，即为辐射源或发射机的位置，如图1。
（1）单站定位（一般对短波测向而言）由观测点测定来波的方位角、仰角，通过精确电离层模型计算出电离层反射点的等效高度。
由仰角和电离层等效高度计算出观测点距辐射源的距离，由此距离与方位角一起就可确定辐射源的位置，见图2。
图1 多站测向交会定位示意图图2 短波单站定位示意图1.3 实际电波传播不可能是完全理想的影响电波传播行进轨迹的因素，最大有两个：(1) 电波传播短波远距传播均通过电离层反射来实现，但电离层并不是一面实际的镜子，它有一定的厚度，实际是漫反射，是由逐渐的折射达到反射，见图3。
因此电离层的电子密度对电波传播影响很大。
电离层电子密度的不均匀，相当反射镜面的倾斜，使得电波传播行进的轨迹偏离地球大圆弧（即直线）的轨迹。
除此还有电离层各个不同层的分别反射，即使同一层，也有不同的反射次数，即跳数，结果形成多径传播，见图4。
由于各个途径的电波传播是随时间变化的，结果合成的来波不仅方向上有误差，同时来波的方向还明显呈游动。
(1) 地形地物的影响地形地物如各种建筑物、铁塔、山脉、树林等障碍物，它们也接收电波的照射，同时还产生再次辐射。
这样到达观测点的电波，不仅有直接来自辐射源的电波，而且还有障碍物的再次辐射电波，它们合成的来波方向，偏离辐射源，并根据影响程度，向障碍物偏转一定的角度，这就产生误差。
无线电监测与测向定位(张洪顺)(王磊)5-10章 (3)
第7章 测向原理 图 7-7 人工听觉小音点测向原理框图
第7章 测向原理
7.2.1 听觉小音点测向 听觉小音点测向设备根据其所采用的天线结构形式不同可
分为三类：单环天线体制的听觉小音点测向机、间隔双环天线 体制的听觉小音点测向机和角度计天线体制的听觉小音点测向 机。
在近距离测向场合下，通常采用单环加中央垂直天线这种 复合结构的听觉小音点测向机，如图7-8所示。这种测向机的 环天线可以手动绕中心轴线自由旋转，在环天线的旋转过程中， 方位读盘的指针与之同轴旋转，当环天线平面的法线方向处于 正北方位时，方位读盘的指针指在0°位置，若测向信道接收 机的工作频率和工作状态(通带选择、解调方式AGC控制方式及 天线衰减等)已设置好，则只要环天线平
第7章 测向原理 图 7-2 最小信号法测向示意图
第7章 测向原理
2. 最大信号法测向 最大信号法测向要求天线具有尖锐的方向特性，测向时旋 转天线，当测向机的输出端出现最大信号值时，说明天线极坐 标方向图主瓣的径向中心轴指向来波方位，根据此时天线主瓣 的指向就可以确定目标信号的来波方位值，如图7-3所示。由 于示向度值是在天线接收信号为最大值时获取的，因而它具有 对微弱信号的测向能力，但测向精度较低是它的主要缺点。因 为天线极坐标方向图在最大值附近变化缓慢，所以只有当天线 旋转较大的角度(半功率点波束宽度的10％ ～25％)时才能测出其输出电压的明显变化。
第7章 测向原理
近期的测向设备普遍地采用半自动测向工作方式，测向过 程中有些工作如旋转天线、测向信道接收机工作状态的调整、 信道的预置、方位测定过程中的大部分辅助工作及示向度数据 获取与处理工作都是自动完成的。随着现代数字信号处理技术 和计算机技术的发展与普及应用，测向设备自动完成的工作越 来越多，设备的自动化程度越来越高。但是在某些复杂环境下， 如信号非常密集、存在较强的干扰、信号结构非常复杂或信号 质量非常差等，测向设备工作状态的设置与控制过程、示向度 数据读取过程、示向度数据可信度评估过程及示向度数据的某 些处理过程仍然需要操作员人工辅助来完成。
基于空间谱插值的DOA估计算法
基于空间谱插值的DOA估计算法陈雨;王旭东;樊涛【摘要】现有的MUSIC、ESPRIT等基于特征值分解算法,在信号DOA估计时运算复杂度较高,不利于硬件实现,而经典空间FFT算法虽然运算速度快,但在天线数不甚多时,其较大的离散角度间隔限制了DOA估计精度.为此,提出了一种基于空间谱插值的DOA估计算法.该方法在经典空间FFT算法的基础上,对量化空间谱进行线性插值,只增加1次除法运算,不改变原有算法结构,利于硬件实现.当信噪比大于9dB时,其均方根误差接近克拉美-罗限(CRLB).仿真实验证明了算法的精确度和有效性.【期刊名称】《航天电子对抗》【年(卷),期】2015(031)004【总页数】4页(P39-42)【关键词】DOA估计;FFT空间谱;线性插值;CRLB【作者】陈雨;王旭东;樊涛【作者单位】南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN971利用阵列信号处理技术实现对远场信号的DOA估计，近年来一直是人们研究的热点，其在通信、雷达、电子侦察、水声信号处理等领域得到广泛应用。
空间谱估计技术可实现对多目标测向，对阵元排列没有特殊要求，这给阵元及天线阵设计带来极大灵活性且其测向精度优于传统比幅、比相方法［1］。
本文提出了一种基于FFT空间谱插值的DOA估计算法，该算法运算速度快，估计精度高于传统空间谱DOA算法，且算法结构规整，能够进行并行流水化数据处理。
易于用FPGA等硬件实现。
解决了MUSIC、ESPRIT等基于特征值分解的DOA估计算法难以硬件实现，不利工程应用的难题。
本文对算法进行了详细分析和仿真验证，给出了在FPGA芯片内实现时的硬件设计框图。
1.1 FFT空间谱DOA估计间距为d的M个阵元排列成一个均匀线阵，假定一位于阵列远场的信号源，其波长为λ，传播速度为c，阵列方向与信号入射方向的夹角即DOA为θ1，如图1所示。
空间谱估计测向技术简介
空间谱估计测向技术简介作者：刘庭杰胡瑞卿李建东来源：《硅谷》2011年第05期摘要：空间谱估计测向是建立在严格的信号模型和复杂的谱估计理论上的一种测向体制，具有高精度、高分辨率和抗多径干扰等优异性能，在无线电监测、测向中有着广阔的应用前景。
从空间谱估计测向的系统组成、原理、常用算法及在实际应用中遇到的技术难题等方面，介绍空间谱估计测向技术，以期读者对这一技术有更全面的了解。
关键词：空间谱估计测向；算法；无源测向；子空间分解中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310017－020 引言电磁信号的方向数据是对战场密集信号进行分选并引导干扰或指挥武器进行攻击的主要参数，而无源测向技术因其安全快速的优势受到广泛关注，得到了飞速发展。
目前常用的比幅法测向、相位干涉仪测向技术和线性相位多模圆阵测向技术都存在共同的不足，即不能对同时多信号进行测向和分辨，因此在高密度信号环境下，应用受到一定的限制。
空间谱估计测向技术迅速走进视野，成为现代无线电测向技术和无源测向领域的研究热点。
空间谱估计测向技术是一种不同于传统的振幅测向法和相位测向法的全新测向方法，它是近三十年在经典谱估计理论基础上发展起来的，是一种以多元天线阵结合现代数字信号处理技术为基础的新型测向技术。
对空间信号方位的判定和对信号的频谱分析相似，频域谱估计是对信号在频域上的能量分布的估计，而测向则可以看成是对空间各方向上信号能量分布的估计，这样，空间角度与频域点的对应就产生了空间谱的概念。
得到信号的“空间谱”，就能得到信号的到达方向（DOAdirections of arrival）。
因为采用了先进的数字信号处理方法，空间谱估计测向技术具有传统测向体制无可比拟的技术优势，可实现同时对多目标测向（包括相干信号与非相干信号），对天线阵元及阵的排列没有特别的约束条件，并且在低信噪比条件下的测向精度很高，理论上完全可以用于复杂电磁环境下辐射源测向。
1000KV特高压变电站周围电磁环境影响分析
1000KV特高压变电站周围电磁环境影响分析摘要：随着城市化建设的推进，城市用地面积趋于紧张化，同时在电力工程的建设中，也存在多样的问题。
1000KV的变电站电磁场本身的磁效应会给周边环境产生一定的影响，包括对人的健康和生活带来危害。
本文就1000KV变电站电磁场对周边环境产生的影响进行研究和分析。
关键词：1000kV变电站；电磁场；周边环境前言：城市经济的发展与繁荣，使各种电力设施和电信系统、电视、广播和微波传动以及雷达设备等迅速的增加，给城市发展带来了“电磁污染”，使人们的工作和生活受到了不同程度的影响。
本文就1000KV变电站电磁场对周边环境的影响进行分析。
极低频电磁场对人体的影响会诱发人体的电流，极低频电磁场暴露主要根据相应的机制来确定的，它的作用在于能够防止感应电场和感应电流以及神经组织出现电兴奋刺激。
尤其是防止极低频电磁场与中枢神经系统之间的作用，防止其给健康带来的损害。
当前关于工频磁场对健康是否存在影响的问题，还没有明确的定论。
一、1000KV变电站周边电磁辐射环境影响检测仪器是意大利进口的综合场强一，探头是意大利PMM公司的，监测方法主要根据《工频电场测量》的规定来实施。
对深圳市某1000kv的电站周边电流辐射的环境影响进行监测，监测结果表明，住户反映心理压力普遍比较大，有长期失眠、头疼、容易疲劳的现象。
还有一些住户反映具有神经衰弱以及小孩半夜不睡啼哭的情况。
许多住户都受到了电器的干扰，甚至一些住户出现了电脑损坏以及电视不能收看的现象。
办公楼的相关工作人员也反映了自身存在不舒服和容易疲劳的感受，电脑受到干扰不能够正常使用。
监测结果表明，电场并非居民受到影响的原因，而是磁场带来的影响，磁场的环境超过了国家规定的标准限值，因此工频磁场是1000KV变压器和配电房影响居民的主要因素。
上述检测的结果比我国环境保护行业的标准规范要低，辐射环境的评价标准的加速规范与我国的不同，将公众暴露在限值内的电场强度限值和磁感应强度限定值中。
空间谱估计无线电测向系统
空间谱估计无线电测向系统陈旭彬;任培明;戴慧玲【摘要】The direction finding technology based on spatial spectrum estimation is widely used due to its' ultra-high resolution,high sensitivity,high accuracy and plays a leading role in radio management.Based on the theoretical study of spatial spectrum estimation,the algorithm was put forward and the algorithm was simulated.Finally,the practicability and superiority of the spatial spectrum estimation system were demonstrated.%空间谱估计测向方法以其超分辨力、高灵敏度和高准确度的测向性能被广泛应用,并在无线电管理领域扮演主要角色.在对空间谱估计测向理论研究的基础上,给出了具体算法,并对算法进行了仿真,最后通过对比测试论证了空间谱估计测向系统的实用性和优越性.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2017(033)007【总页数】6页(P183-188)【关键词】空间谱估计;MUSIC算法;无线电测向【作者】陈旭彬;任培明;戴慧玲【作者单位】国家无线电监测中心,北京100037;国家无线电监测中心,北京100037;国家无线电监测中心,北京100037【正文语种】中文【中图分类】TN911空间谱估计测向技术是一门在最近50年内发展起来的新兴测向处理技术，这种测向技术具有传统测向体制无可比拟的技术优势，正在展现出良好的应用前景，并已经成为国际无线电测向领域的研究热点。
空间谱估计测向系统设计
空间谱估计测向系统设计
1 引言
随着电子技术的发展，电子对抗在武器系统中扮演着重要角色，电子对抗体系向多样化发展，诸如利用电子干扰设备直接干扰对方电子系统正常工作的电子对抗方法;利用武器弹药系统攻击对方电子设备。
无论采用哪种方法赢得战场主动，其前提条件是要知道对方通讯设备、无线电通信以及其他发射无线电信号的电子设备的方位。
此外，为了实施对多源(如多发引信、多台通信机或干扰机)的干扰，需有效利用我方干扰机的功率资源，确定发射源的方位，可采用转动接收天线的角度确定发射源方位。
但这种方法存在测角精度和测量速度的矛盾，难以满足空间存在多个运动目标时，确定各目标方位的要求。
而空间谱估计测向技术可实现对空域中多个目标的同时超分辨测向，因此，这里给出空间谱估计测向系统设计方案。
无线电监测设施指标摸底测试方案
无线电监测设施指标摸底测试方案一、测试目的无线电监测设施指标摸底测试是依据现有的标准测试方法，对监测设施的特定技术参数开展测试，汇总测试结果，明确指标情况，为各级无线电管理机构在无线电监测设施的系统选型环节提供参考。
本次测试所包含的无线电监测设施主要指监测接收机和监测测向系统。
二、测试依据本次测试依据的无线电管理文件和技术标准请见表1。
表1依据的无线电管理文件和技术标准三、测试地点本次测试的场地信息请见表2。
表2监测接收机和监测测向系统测试场地信息本次针对监测接收机开展的实验室传导测试的场地位于湖南省长沙市国家高新技术产业开发区尖山路39号长沙中电软件园22栋，该场地所属单位是国家无线电监测中心检测中心。
该处场地在2018年取得了中国合格评定国家认可委员会CNAS认证，已经为多家企业提供过测试验证服务。
本次针对监测测向系统开展的标准校验场开场测试场地位于湖南省长沙市宁乡县灰汤镇将军村村委楼西南侧（见图1）。
将军村位于温泉旅游胜地宁乡县灰汤镇北面，交通便利，距离长韶娄高速公路银川绕城高速公路灰汤出口约15公里左右。
图1 湖南标准校验场地理位置（卫星）该标准校验场于2019年获得了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认证，测试场地基础条件成熟。
四、测试参数和方法1.主要测试参数本次测试的主要参数请见表3。
表3测试参数信息2.测试频点和测向方向数量选择本次测试的频点和测向方向选择原则请见表4。
表4测试频点和测向方向选择3. 监测接收机监测灵敏度图2 监测接收机测试连接框图3.1. 概述监测灵敏度是被测无线电监测接收机在其自身显示器上反映的灵敏度值，用dBμV 或者dBm 为单位表示。
3.2. 测试方法按图2所示连接方式连接测试设备，测试步骤如下：a) 设置无线电监测接收机处于固定频率监测模式，自动频率控制（AFC ）关闭，分辨率带宽设置为25kHz ，如果被测设备不具备25kHz 的分辨率带宽，应在该设备大于25kHz 的所有分辨率带宽中选择最小的；b) 设置接收机信号接收频率为测试频率；开启信号发生器1，根据选定的测试频率，设置信号发生器输出标准的连续波试验信号；c) 调整信号发生器输出电平大小，使得无线电监测接收机显示器上显示的信号高出底噪稳定在30dB 以上；d) 降低信号发生器输出电平，直到无线电监测接收机显示器上显示的信号高出底噪稳定在10dB ，记录下此时接收机的输入电平，此电平即为接收机连续波监测灵敏度，用dBμV 或者dBm 为单位表示；e) 根据测试要求，改变测试频率，重复b)~d)的测试过程。
空间谱估计测向及其应用的初探
Technology Application技术应用DCW221数字通信世界2020.081 空间谱估计测向技术的特点和理论基础与传统测向方法相比，现代的空间谱估计测向具有以下突出特点：（1）多个同频信号的测向能力。
（2）相对于传统测向，其分辨力较高；（3）与相关干测向法比较其测向精度高；（4）与多普勒测向体制比较，空间谱估计测向的测向灵敏度也较好。
1979年美国人R.O.Schmidt 提出著名的MUSIC （Multiple Signal Classi fi cation 多信号分类）算法，是空间谱估计方法和理论的重要基石。
MUSIAC 算法是基于以下的假设，建立阵列信号的数学模型。
（1）辐射源位于远场，即接收机的接收天线阵列的尺寸远小于距离，感应的为平面波，且辐射源各向同性的点源，是窄带信号，相对于信号的载频而言，信号包络的带宽很窄（包络慢变），这样信号对接收阵元的影响，仅有由其到达各阵元之间的波程差而引起的相位差异。
（2）接收天线阵列按特定的形式排列，信号接收的特性仅与其位置有关，而与其尺寸无关，各阵元的空间位置是已知的，切各阵元的增益均相等，相互之间的无互耦。
（3）接收机接收的外界噪声，假设为加性高斯白噪声，接收机内部在各阵元上的噪声相互统计独立，且噪声与信号是统计独立的，也就是不相关的。
窄带远场信号的DOA 数学模型为阵列矩阵的协方差矩阵为由于信号和噪声是统计独立，不具有相关性，因此，数据协方差矩阵可以分解出为信号和噪声两个部分，为信号部分。
对R 进行特征分解，有公式前项为大特征值对应特征矢量的信号子空间，后项为噪声小特征值对应特征矢量的噪声子空间。
由于理想条件下信号与噪声是统计独立，且没有相关性，因而信号子空间与噪声子空间在理论上是相互正交，且信号子空间中的导向矢量也与噪声子空间相互正交。
基于该性质，可以得到经典的MUSIC 算法。
一般而言，所有接收机的实际接收数据矩阵是有限的，因此数据协方差矩阵的最大似然估计为量矩阵。
基于高阶累积量的空间谱估计测向
Ａｂ ｔａ ｔＴ ｉ ａ ｅ ｌｅ ｔｅｄ ｆ ｉｏ ｎ ｈｒｃｅ ｆｕｔ ｓｒ ｃ ： ｈｓｐ ｐ ｒ ｖ ￣ｈ ｅｉ ｔ ｎａ ｄｃ ａａｔｒ ｏ ｒ ｇ ｎｉ ｆ ｏ ｈ—ｏｄ ｒ ｕ ｌａ ｔＩｅ ｐｔ ｔｓｔｅｐ ｎ ｉｌ ｆ ｐｔ ｅｔ ｍ ｓｌ ａ ｒｅ ｍｕ ｎ．ｔ ｘ ｉ ｅ ｒ ｃｐｅｏ ａ ｉ ｓ ｃｒ ｅｔｎ － ｅ ａ ａ ｈ ｉ ｓ ａ ｐ ｕ ｌ ｒ ｉ ａｅ ｉ ｆｒ ｆ ｎｂ ｓｄ Ｏｌｏｔ ｏ ｈ—ｏｄ ｒｃ ｍｕａ ｔ１ ｓ ｌｔ ｎｒｓｌ ｈ ｗ ａ ｌ ｅ ｅｔ ｅｍｅ ｏ ｎＤ ｓ ｍａ ｏ ． ｒｅ ｕ ｌｎ ．１ ｉ ａ ｏ ｅ ｕｔ ｓｏ ｔ ｔｔｉ ａｌ ｆ ｃｉ ｔ ｄｉ ＯＡ ｅｔ ｔ ｎ ｍｕ ｉ ｓ ｈ ｉ ｓ ｖ ｈ ｉ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ａ ａ ｐ ｃｒｍ ｓｍａｏ ｉｇ ｙｗｏ ｄ ：ｐ ｔ ｌｓｅｔｕ ｅｔ ｔ ｎ，ｈ ｈ—ｏｄ ｒ ｕ ｌａ ｔ Ｕ ＳＣ ａｇｒｈ ， ｎ—Ｎｏｍ ｇ ｒｈ ｉ ｉ ｉ ｒｅ ｍｕ ｎ ，Ｍ Ｉ ｏ ｔｍ Ｍｉ ｃ ｌ ｉ ｒ ａ ｏ ｔｍ，ｄｒｃｉｎ ｌ ｉ ｉｅｔ ｏ
—
ｌｅ ｉ 方法就是将 四阶累积量用 于阵列 测 向的一 ｋ
种成功的尝试 。本文基于高阶累积量的性质 ， 研究
了基于四阶累积量的子空 间测向方法的特点， 四 对 阶 ＭＳ ＵＩ Ｃ算法和四阶 Ｍｎ ｏ ｉ—Ｎｒ ｍ算法进行了比较 研究 ， 最后用计算机的模拟结果验证了该方法 的有
效性 。
变换后再进行数字化处理 ， 由此导致各天线元的信 息无法得到充分利用 ， 进而使得测 向设备性能的提 高受到诸如阵元数 、 阵列尺寸、 波束宽度、 电磁信号 环境及场地条件等方面的限制。随着 现代军用无 线电通信技术 的高速发展 ， 传统的无线 电测向技术 难以满足现代通信对抗侦察对高精度 、 高分辨率和 多参数的要求 ， 这就迫使人们去探索新 的测向理论 技术 。
GNSS干扰源测向方法对比分析
GNSS干扰源测向方法对比分析柴慧斯;张风国【摘要】随着电子设备的种类和数量的日益增多,电磁环境日益复杂,为保证全球卫星导航系统(GNSS)终端设备的正常运行,需要及时查找和排除干扰源,其中干扰源测向技术是核心技术之一.本文对比幅法、比相法、空间谱等多种干扰测向方法的优劣性进行了对比分析,对确定合理有效的干扰源测向技术及相关设备的研制有重要意义.【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2019(044)002【总页数】4页(P59-62)【关键词】GNSS;干扰源测向;方法对比;比幅测向;比相测向;空间谱估计【作者】柴慧斯;张风国【作者单位】中国电波传播研究所,山东青岛266107;中国电波传播研究所,山东青岛266107【正文语种】中文【中图分类】P228.40 引言日益复杂的电磁环境,对全球卫星导航系统(GNSS)终端设备的正常运行产生严重影响[1-2]．在复杂的无线信道环境下,由于多径效应、多址干扰、电波的非视距传播以及各种噪声和干扰的存在,对信号到达参数的估计往往存在偏差,严重影响测向定位精度．如何在复杂的无线通信环境下准确估计出测向定位参数是实现高精度定位技术的难点．由于信号环境、误差背景复杂多变,当系统存在误差时,超分辨方法的性能会变得很差,因此研究非理想条件下稳健、有效的测向方法具有十分重要的实际应用价值．干扰源测向技术主要分为比幅法和比相法,比幅法可分为最大信号法、最小信号法、幅度比较法和综合法等;比相法可分为干涉仪测向体制、相关干涉仪测向体制、到达时间差测向体制、空间谱估计测向体制等．干扰源测向技术研究主要是分析上述不同算法的优劣,确定合理有效的干扰源测向技术．1 干扰源测向方法对比分析1.1 比幅测向法研究分析1.1.1 最大信号法最大信号测向法是利用具有强方向性特性的天线进行测向的方法,其天线极坐标方向图,无论是在水平或是垂直方向上,都在某个角度上有增益最大点,且随着来波方向偏离这个角度的变化,增益逐渐下降,同时在其他角度上增益较小．随着来波方向不同,也就是角度不同,接收到信号的幅度不同[3]．在测向过程中,变换天线位置,改变天线方向图的最大增益指向,比较天线在不同位置测向输出信号的大小,当输出幅度最大时,天线方向图主瓣径向中心轴与来波方向一致,即得到来波方向[4]．此测向方法示意图如图1所示．图1 最大信号法测向原理图1.1.2 最小信号法最小信号法是利用天线极坐标方向图具有一个或几个最小值的特性进行测向的方法．天线输出为最小值时,天线方向图的零点指向即为来波方向．测向时,变换天线位置,比较天线在不同位置时,输出信号的大小,直至找到最小输出信号的天线位置,这时波的波前法线与天线接收最小信号时的指向一致．参考方向与天线最小值指向的夹角就是来波方位角．图2是利用8字形天线的最小信号法测向原理图．图2 最小信号法测向原理图1.1.3 幅度比较法幅度比较法利用两副或多副结构和电气性能相同的天线实施测向,根据不同方向来波信号幅度不同的规律,测定来波方向．为方便叙述原理,以间隔设置的四单元爱得考克(Adcock)形天线阵为例进行阐述．Adcock天线在水平面上无方向性,可通过比较不同天线信号的幅度信息进行测向．如图3所示.图3 幅度比较法测向原理图Adcock天线阵测向原理如下:假设Um为天线场中央的参考电压,于是有UNS=kUmsin θcos ε,UEW=kUmsin θcos ε,(1)式中: UNS分别为北-南、UEW东-西天线感应电压;θ、ε分别为来波方位角与仰角; k为相位常数2bπ/λ,其中b为天线间距,λ 为工作波长．对于不同方位角方向的来波,通过求反正切值即可得到来波方向．1.2 比相测向法研究分析目前,针对干扰信号的比较相位法测向主要有两种:相位干涉仪法与相关干涉仪法[5]．设远场窄带信号源入射到空间M个阵元的均匀圆阵上．每个阵元天线形成一个接收通道．则阵列接收数据模型为x(t) =[x1(t),x2(t),…,xM(t)]T=A·S(t)+N(t).(2)对于均匀圆阵,以圆心为参考点,设入射方位角为θ,俯仰角为φ,则入射源到第k个阵元天线的时间差为(3)根据各个阵元接收到的信号xM(t),就可以分别利用相位干涉仪和相关干涉仪方法进行测向．1.2.1 相位干涉仪法相位干涉仪测向体制的测向原理是依据从不同方向来的电波,在到达测向天线阵时,各测向天线单元接收的相位不同,因而相互间的相位差也不同,通过测定来波相位和相位差,即可确定来波方向．如图4所示,根据各个阵元的接收信号xM(t),利用互相关处理,即可得到两阵元间的相位差值．图4 干涉仪测向框图干涉仪分为长基线干涉仪和短基线干涉仪．长基线干涉仪的天线元间距大于波长,这样可以提高相位测量的精度,但会导致相位模糊,进而引起来波方位测量的模糊．为了降低相位模糊或来波方位测量的模糊,要求基线天线元d小于被测信号的半波长,这就是短基线干涉仪的原理,但它又会引起测量精度和工作带宽的降低．因此在相位干涉仪测向设备中,必须实时提取信道之间相位失配的准确数据,并在后续处理中进行修正,这样才能准确测量来波信号的到达方向信息．1.2.2 相关干涉仪法相关干涉仪法,就是通过比较某一基线实测的来波相位差分布与事先已存储的相位差分布的相似性,即通过比较它们随着频率、方位和仰角的变化特性,获取来波方向的方法[6]．相关干涉仪测向天线采用多单元圆阵．在天线阵中选取若干个天线对,对于一个方位角固定的入射信号,从这些天线对可以得到相应的相位差．这些相位差值由天线阵的结构决定,但通常通过实际测量得出．在标准测试场地上,利用大地测量的结果作为度量基准采集系统原始相位样本(原始相位样本已包含了系统所有参数信息)．对于每一个大地测量结果,系统都有多个相位测量结果与之对应．所有这些天线对的相位差值称为相关干涉仪系统的原始相位样本．对于一个实际信号,通过系统测量可以得到一组相位差,将这一组测量相位差和系统原始相位样本进行相关处理,计算出相关系数,相关系数的最大值所对应的方位角就是实际信号的方位角[7]．1.3 空间谱估计法空间谱估计是利用空间阵列实现空间信号参数估计的一项专门技术,空间谱估计系统由空间信号入射、空间阵列接收和参数估计三部分组成,相应地分为目标空间、观察空间和估计空间．为了提高空域处理精度,可采用增大天线孔径(等于减小波束宽度)的方法,但在实际使用中增大天线孔径是有限的,所以需要研究更好的算法来提高精度[8]．空间谱估计算法MUSIC算法属于特征子空间类算法的一种,通过对阵列接收信号进行数学分解,将接收信号分为正交的信号子空间和噪声子空间,利用两个子空间的正交特性构造出“针状”空间谱峰,从而大大提高算法分辨力[9]．基于DOA估计的MUSIC算法中,天线阵接收数据的阵列协方差矩阵为R=E[XXH]=AE[SSH]AH+σ2I;R=UsΣsUsH+UnΣnUnH.(4)式中:AE[SSH]AH是信号部分;σ2I是噪声部分．噪声和信号是相互独立的,协方差矩阵可以分解为信号和噪声两部分,因此可对R进行特征分解：(5)式中：Us是由大特征值对应的特征矢量组成的信号子空间;Un是由小特征值对应的特征矢量组成的噪声子空间．理想条件下信号子空间与噪声子空间是相互正交的,即两者的导向矢量也正交:αH(θ)Un=0.(6)经典的MUSIC算法正是基于上述性质提出的,考虑实际接收数据为有限长,因此对协方差矩阵的最大似然估计为:(7)实际处理中,R为复Hermitian矩阵,一般通过Jacobi算法或QR算法迭代对其进行特征分解,得到特征值和特征向量．再通过AIC准则、MDL准则、CCT等方法来估计信号源数目,进而确定信号子空间和噪声子空间[9]．基于此定义了空间谱函数:(8)MUSIC算法就是搜索式(8)的极值来实现对DOA的估计,当θ值为信号源所在的方位角时,a(θ)进入信号特征空间,由于信号空间与噪声空间正交,此时P取得极值,取得的P个θ值即为P个信号的波达方向．2 结束语通过对前文三种比幅测向法的分析可以很明显地看出:最大信号法灵敏度最高,但测向精度最低;最小信号法测向精度高于最大信号法,但灵敏度最低,难以发现弱小干扰信号;幅度比较法利用天线阵进行测向,单元天线为全向天线,同样监测灵敏度较低,发现弱小信号的能力不足．高分辨谱估计方法是基于一定的假设条件,局限性很大,并且基于线性预测理论的超分辨算法不能有效利用加性噪声的统计特性,因此实际应用时分辨性能不高．参考文献【相关文献】[1]范广伟,晁磊,刘莉.卫星导航干扰监测技术[J]. 四川兵工学报, 2013,34(6):125-128.[2]韩其位, 曾祥华, 李峥嵘, 等.卫星导航干扰监测技术的发展现状与趋势[J].航天电子对抗, 2009,25(6):17-19,29.[3]杨利锋,姜勤波.比幅测向体制测向性能分析[J]. 电子信息对抗技术,2007,22(5):7-9,46.[4]马银玲,毛秀丽.基于DBF的比幅测向方法研究[J]. 舰船电子对抗,2014,37(2):91-93.[5]朱栋,王寿峰,张宝健,等.基于比相法的天线阵测向算法[J]. 指挥信息系统与技术,2012,3(6):.40-44.[6]龚军涛,黄光明,高由兵.一种改进的相关干涉仪测向算法[J]. 电子信息对抗技术, 2016,31(1):4-7,29.[7]李淳,廖桂生,李艳斌. 改进的相关干涉仪测向处理方法[J]. 西安电子科技大学学报(自然科学版), 2006,33(3):400-403..[8]张官荣,马建仓,赵玉,等.基于空间谱估计的多干扰源分辨技术研究[J]. 电子设计工程,2012,20(6):58-60,63.[9]陈旗,黄高明,宋士琼,等. 基于空间谱估计的测向技术[J]. 火力与指挥控制, 2010,35(8):41-44.[10]王国林,王玉文,黄永兢,等. 基于 MUSIC 算法的相位干涉仪测向[J]. 通信技术, 2013(11):29-32.。
空间谱估计测向
1 j1 e j ( m 1)1 e
1 e j2 e j ( m 1)2
j p e j ( m 1) p e 1
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二、空间谱估计测向的基本原理
1.数学模型
信号模型 xk (n) ak (i ) si (n) ek (n), k 1,..., m
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一、空间谱估计技术的发展历程
20世纪80年代后期： 出现了一类子空间拟合类算法，其中比较有代表性的算法有最大似然 (ML)算法、加权子空间拟合(WSF)算法及多维MUSIC(MD-MUSIC) 算法等。最大似然(ML)参数估计类方法是参数估计理论中一种典型 和实用的估计方法，它包括确定性最大似然算法(DML)和随机性最大 似然算法(SML)。WSF算法同样按子空间特性分为两类：一类是信号 子空间拟合算法；另一类是噪声子空间拟合算法。子空间拟合算法具 有运算量大，但与子空间分解类算法(如MUSIC，ESPRIT)相比，它 的估计性能优良，尤其是低信噪比、小块拍数据情况下，此类算法比 MUSIC及别的子空间分解类算法性能好得多。另为ML，WSF等子空 间拟合算法在相干源情况下仍能有效估计，而此时子空间分解类算法 若不做特殊处理则失效。
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二、空间谱估计测向的基本原理
2. 子空间方法
2 aH 2 , i 1,, p i 2 R xx 的特征值： , i p 1,, m
按特征值大小，将U分为两部分：
U S | G u1,, u p | u p1,, um
子空间：向量组 a1 ,, a p 线性组合的集合，称为 a1 ,, a p
张成的空间。
信号S
噪声G
广播电视安全播出监测系统的构建与应用研究
Research on the Construction and Application of Radio and Television Safety Broadcast Monitoring System
YUAN Jianfeng (Qingyuan radio and TV station, Qingyuan 511500, China)
Keywords: digital technology; computer network technology; broadcasting and television broadcasting system; monitoring system
0 引 言 当前，面对越来越多样化的广播电视传输方式，
广播电视正在规划全国性的网络覆盖。同时，在广播 无线化、加密与开放互补、数字模拟技术以及卫星覆 盖等领域发展迅速。相关的监测功能也随着传输范围 的扩大而不断增强，覆盖地区的不同和传输方式的不 同也在影响着广电播出监测系统差异化应用的特征。 现代化大型广电传输网络对效率、质量以及稳定性的 要求都极高，为了设计更好的安全播出控制系统，应 实际验证传输覆盖范围，了解播出系统的标准播出参 数，实时监测电波与频道秩序，优化覆盖范围的传输 效果，构建广电播出质量监管系统。
Abstract: In the new era, the advanced technology represented by digital technology, information technology and computer network technology has been widely used in various fields, which is completely benefited from the comprehensive implementation of information technology strategy, which has promoted the modernization and innovation of various industries. In such an environment, the broadcasting system relies on the technical advantages of digital detection and supervision system to improve the safety and quality of broadcasting. Therefore, by summarizing the relevant content of the radio and television safety broadcast monitoring system, this paper briefly analyzes the management and application of the system, which lays a foundation for the application and promotion of the next step.