第3章测向和定位

23
3.4 相位法测向
3）相位干涉仪——二维圆阵
在一定条件下，和差信号的积为
VSN (t ) 2 A(t )
2
1 cos2(t 0 ) d C ( , ) cos cos 2 d 2 1 cos 2(t 0 ) VEW (t ) 2 A(t ) C ( , ) sin cos 2
(2.4-6) 优点：(1) 测向系统灵敏度高；(2) 成本低，它只需要单个通道；(3) 具有一定的多信号测向能力；(4) 测向天线可以与检测共用。 缺点：(1) 空域截获概率反比于天线的方向性；(2) 难以对驻留时间 短的信号测向；(3) 测向误差较大。
r 70

d
()
西安电子科技大学电子工程学院

n k 1 2 m1
西安电子科技大学电子工程学院 22
3.4 相位法测向
3）相位干涉仪——二维 圆阵
一维相位干涉仪的原理 可以很容易的推广到二维 和多维相位干涉仪 二维相位干涉仪的天线 的排列方式比较灵活，如 L形、T形、均匀圆阵、三 角形、多边形等。 下面介绍圆阵
西安电子科技大学电子工程学院
7
3.2 测向天线


线天线
偶极子天线 单极子天线 环形天线 交叉环形天线 对数周期天线 螺旋天线


口径天线
喇叭天线 抛物面天线

有源天线 阵列天线
西安电子科技大学电子工程学院 8
3.3 振幅法测向
1）最大幅度法
利用窄波束侦察天线， 以一定的速度在测角 范围内连续 搜索 ， 当 收到的通信信号最强 时，侦察天线波束指 向就是通信辐射源信 号的到达方向角。
西安电子科技大学电子工程学院
18
3.4 相位法测向
1）单基线干涉仪测向——原理框图
在原理上相位干涉仪可以实现快速测向
西安电子科技大学电子工程学院
19
3.4 相位法测向
1）单基线干涉仪测向——原理
单基线相位干涉仪有两个完全相同的接收通道。设有一个平面电磁 波从天线视轴夹角方向到达测向天线1和2，则天线阵输出信号相位差 2l sin (2.4-25) 如果两个接收通道的幅度和相位响应完全一致，正交相位检波输出
第3章 通信信号的测向与定位
作业： 习题3－1 习题3－3 习题3－4 习题3－6
西安电子科技大学电子工程学院
3
3.1测向定位的目的、分类和方法
1) 通信辐射源测向系统——组成
通信测向设备包括测向天线、接收机、处理器、控制 器和显示器等设备。
测向处理、 控制及 显示单元 测向天线
测向接收机
西安电子科技大学电子工程学院
d U N (t ) A(t ) cos t 0 cos cos d U (t ) A(t ) cos t cos cos S 0 d UW (t ) A(t ) cos sin cos t 0 d sin cos U E (t ) A(t ) cos t 0
arctan
WEW (t ) WSN (t )

2 2 WEW (t ) WSN (t ) arccos d A(t ) U (t ) 2 U (t ) 2
西安电子科技大学电子工程学院
天线是通信对抗系统的传感器，其作用是将电信 号转换为电磁信号（干扰），或者将电磁信号转换 为电信号（侦察和测向）。 通信对抗系统的天线是宽频段天线。 测向系统一般采用由多个单元天线（或称“阵 元”）组合形成的天线阵列，以便确定来波的方向。 在某些情况下，也可以采用一个单元天线，完成测 向任务。
西安电子科技大学电子工程学院
信号最短持续时间
Fra Baidu bibliotek
测向灵敏度测向和定位灵敏度：是在保证容许的测向示向度偏差（测向
误差）或定位误差条件下所需被测信号的最小场强，通常以μV/m为单位。 连续测向；（测向法）交叉定位、时差定位等。
测向方式：守候式测向、扫描式测向、搜索引导式测向、规定时限的测向、
西安电子科技大学电子工程学院
6
3.2 测向天线
西安电子科技大学电子工程学院
11
3.3 振幅法测向
3）单脉冲比幅法——原理框图
单脉冲相邻比幅法使用N个相同方向图函数的天线，均匀 分布到360度方向。比较相邻两个天线输出信号的幅度， 获得信号的到达方向。
西安电子科技大学电子工程学院
12
3.3 振幅法测向
3）单脉冲比幅法——原理
当采用高斯方向图函数时，输出对数电 压比为 12 R 2s dB r 或者
通信对抗原理
西安电子科技大学 信息对抗技术系 冯小平
第3章 通信信号的测向与定位
3.1 测向与定位的目的、分类和方法 3.2 测向天线 3.3 振幅法测向 3.4 相位法测向 3.5 相关干涉仪测向 3.6 多普勒测向 3.7 到达时差测向 3.8 空间谱估计测向 3.9 通信辐射源定位
西安电子科技大学电子工程学院 2
它利用正交的测向天线信号，分别经过两个幅度和相位响应完全一 致的接收通道进行变频放大，然后求解或者显示（利用阴极射线管显 示）反正切值，解出或者显示来波方向。沃森—瓦特测向法具体实现 时，可以采用多信道（三信道），也可以采用单信道。
西安电子科技大学电子工程学院
14
3.3 振幅法测向
4）沃森—瓦特测向工作原理
max arcsin 2l
西安电子科技大学电子工程学院
20
3.4 相位法测向
2）一维多基线相位干涉仪测向——原理
在多基线相位干涉仪中，利用长基线保证精度，短基线 保证测角范围。3基线相位干涉仪原理如下图所示：
西安电子科技大学电子工程学院
21
3.4 相位法测向
2）一维多基线相位干涉仪测向——原理
4
3.1测向定位的目的、分类和方法
1) 通信辐射源测向系统——组成 测向天线：单个天线；一般为多个天线阵元，排列成不
同结构；
测向接收机：对信号选择放大，为测向处理提供幅度特
性和相位特性合适的中频信号。可以采用单信道、多信道 接收机；
测向处理、控制及显示单元：对信号进行模-数变换
（A/D）、处理和运算，从信号中提取方位信息，并对测 向结果进行存储、显示或打印输出。它的另一功能是控制 测向设备各部分（测向天线、接收机、测向处理显示器、 输出接口等）协调工作。
西安电子科技大学电子工程学院
16
3.3 振幅法测向
4）沃森—瓦特测向原理
经过低通滤波后，输出信号为：
d cos cos d 2 WEW (t ) 2 A(t ) C ( , ) sin cos
WSN (t ) 2 A(t ) C ( , )
2
可以求到和分别为
r2 R 12 s
可见，波束越窄、天线越多，误差越小。 与最大/最小振幅测向法相比，相邻比 幅测向法的优点是测向精度高，具有瞬时 测向能力，但是其设备复杂，并且要求多 通道的幅度响应具有一致性。
西安电子科技大学电子工程学院
13
3.3 振幅法测向
4）沃森—瓦特(Watson-watt)测向
U C K cos U S K sin
(2.4-26)
(2.4-27)
K为系统增益。进行角度变换，得到测向输出 ˆ arctan U S U C
ˆ ˆ arcsin 2l
单基线干涉仪的无模糊测角范围[－max,max]为
U (t ) U S (t ) U N (t ) UW (t ) U E (t ) d d 2 A(t ) cos(t 0 ) cos cos cos cos sin cos 2 A(t ) cos(t 0 )C ( , )
10
3.3 振幅法测向
2）最小振幅法
最小幅度法测向的基本原理是，利用窄波束侦察天线， 以一定的速度在测角范围内连续搜索，当收到的通信信号 最小时，侦察天线波束指向就是通信辐射源信号的到达方 向角。 最小幅度法实际上是将侦察天线的波束零点对准来波方 向。当波束零点对准来波方向时，天线感应信号为零，测 向接收机输出信号为零，此时天线零点方向就判断为来波 方向。 最小幅度法的测向精度和角度分辨率比最大幅度法高， 测向方法简单，可以使用简单的偶极子天线测向。这种方 法主要用于长波和短波波段。
15
3.3 振幅法测向
4）沃森—瓦特测向原理
天线阵的输出是两组天线的差信号，近似为：
d cos cos sin(t 0 ) d U EW (t ) 2 A(t ) sin cos sin(t 0 )
U SN (t ) 2 A(t )
天线阵之输出的差信号的幅度分别是方位角的余弦函数和正弦函数， 是仰角的余弦函数。天线阵输出的和信号为
ˆ (1 2 )
1 2
西安电子科技大学电子工程学院
9
3.3 振幅法测向
1）最大幅度法——测角误差和角分辨率
最大幅度法的测角误差与波束宽度的平方成正比，与检测信噪比成 反比。 最大幅度法的角度分辨率主要取决于测向天线的波束宽度，而波束 宽度与天线口径d有关。根据瑞利光学分辨率准则，当信噪比大于 10dB时，角度分辨率为：
以四天线阵（爱德柯克，Adcok）为例， 说明沃森-瓦特测向的基本原理。 如图所示，当一均匀平面波以方位角， 仰角照射到正交的天线阵。 天线阵中心点接收电压为
以真北方向为基准，在圆阵均匀分布的 四个天线单元获得的电压为：
U0 (t ) A(t ) cos(t 0 )
西安电子科技大学电子工程学院
17
3.3 振幅法测向
4）沃森—瓦特测向原理
传统的沃森-瓦特测向采用CRT显示到达角。将两个差通道输出电压 分别送到偏转灵敏度一致的阴极射线管的垂直和水平偏转板上，在理 想情况下，在管光屏上将出现一条直线，它与垂直方向的夹角为就是 方位角。一般情况下，电波存在干涉，显示的图形就不再是一条直线 而是一个椭圆，它的长轴是指示来波方向。 现代的沃森-瓦特测向采用数字信号处理技术，通过数字滤波器提取 信号，计算来波方向。 多信道沃森-瓦特测向的特点是测向时效高、速度快、测向准确、可 测跳频信号，并且CRT显示可以分辩同信道干扰。但是其系统复杂， 并且要求接收机通道幅度和相位一致，实现的技术难度较高。 单信道沃森-瓦特测向系统简单、体积小、重量轻、极大性能好，但 是测向速度受到一定的限制。
西安电子科技大学电子工程学院 5
3.1测向定位的目的、分类和方法
2) 测向系统主要技术指标
工作频率范围：它是指通信测向和定位系统的工作频率范围； 测向范围：它是指通信测向和定位系统的可测向的空域范围； 瞬时处理带宽：测向或定位处理器的瞬时处理带宽决定了测向或定位设备
的瞬时射频带宽；
测向和定位误差：包括测向和定位准确度、测向和定位精度等指标； 测向反应时间：两种不同的表述方式，（1）测向和定位速度（2）容许的
其中0天线为基准天线，它与其它天线的基线长度分别为l1、l2、l3，且满足
l 2 4l
(2.4-30) 四个天线接收的信号经过混频、限幅放大，送给三路鉴相器，其中0通道为 sin1 , cos1 , sin 2 , cos 2 , sin 2 , cos3 鉴相的基准。经过鉴相得到6个输出信号： 2l1 sin 其中 1
2l2 sin 41 2 3 2l3 sin 4
l 3 4l 2

(2.4-31)
这6路信号经过加减电路，极性量化器，编码器产生8bit方向码输出。 设一维多基线干涉仪的基线数为k, 相邻基线长度比为n，最长基线编码器的 量化位数为m，则其理论测向精度为 (2.4-32) max