电扫描比幅无线电测向技术研究_艾尔肯_艾则孜
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2） 灵敏度，是测向机的一个重要指标，尤其是对无线电 监测业务。一 般 情 况 下，测 向 机 灵 敏 度 与 观 测 时 间 密 切 有 关，通常与特定的方位角波动一起定义。测向机灵敏度数值 与 D / λ （ D 为测向天线直径，λ 为接受信号波长） 、信噪比、 有效积分时间和选择带宽成反比。
3）抗波前失真性能（ 相干干扰）。无论采用何种测向技 术，测向机都是从 电 磁 场 中 获 得 方 位 信 息，通 常 是 假 定 电 磁 场均匀无失真，在此种假想下，波前为平面，等相位线和等幅 度线均为平行的直线，如图 2 所示。
关键词：比幅测向；无线电测向；测向机；信号检测
中图分类号：TN98
文献标识码：A
1引言
无线电测向的目的是利用无线电波的传播特性来测定 任意电磁辐射的示向线的过程，在无线电管理中是一项非常 重要的技术手段，是为无线电管理执法行政管理提供依据的 主要措施。目前，无 线 电 业 务 的 飞 速 发 展，对 无 线 电 管 理 的 要求也越来越高，测向机在无线电管理中的作用和地位也越 来越大。无线电测向机是一种探测设备，可以在理论情况下 测定电磁波 的 到 达 方 向 或 相 对 于 某 一 参 考 方 向 的 方 位 角。 根据技术体制的 不 同，无 线 电 测 向 技 术 分 为 两 个 基 本 领 域： 幅度测向系统和相位测向系统。本文将对幅度测向系统中 的比幅发法测向技术做相关研究。
DOI:10.14122/j.cnki.hskj.2010.03.113
2010 年 第 3 期 （ 第 38 卷）
黑龙江水利科技 Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
文章编号：1007 － 7596（2010）03 － 0081 － 02
3. 3 比幅测向法
它是利用两幅或多幅结构和电气性能相同的天线实施
测向的。这种天线的典型代表就是爱德考克天线，其接收信
号示意图如图 3 所示。其方向函数推导为：
电波到达 A 和 B 的两个波前相差为：
Φ = （2π /λ）2dcosθ
（1）
设到达 A 和 B 连线中点的来波电压为：
E0 = Ecosωt
波方向偏离这个 角 度 的 变 化，增 益 逐 渐 下 降，在 其 余 角 度 上
增益较小。简言之，就 是 随 着 来 波 方 向 的 不 同，也 就 是 角 度
的不同，接收到的信号幅度也不同。测向时，变化天线位置，
改变天线方向图最大指向，比较天线在不同位置测向机输出
信号的大小，当输 出 幅 度 最 大 时，天 线 方 向 图 主 辩 径 向 中 心
2 无线电测向技术相关研究
2. 1 基本测向原理 根据电磁波的结构与运动状态，可以将测向的基本方法
分为 3 类： 第一类：极化 测 向 法。 它 是 在 一 个 观 察 点，同 时 测 量 电
场和场强方向，也即其极化方向。。在知道了场强方向后，就 可以根据电磁波的相关性质来确定电波的传播方向，也叫场 强法。
参考文献：
［1］ 顾敏剑 . 多波束比幅测向系统精度分析［J］. 舰船电子对抗， 2007（3） ：70 － 73.
［2］ 冯敏，陈有臸 . 宽带电扫描单脉冲测向技术［J］. 信息与电子 工程，2006（02） ：138 － 140.
［3］ 刁鸣 . 雷达对抗技术［M］. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 2005.
No. 3. 2010 （ Todal No. 38）
图 2 窄 /宽孔径测向天线
3 电扫描比幅测向
比幅测向，又可以分为最大信号法、最小信号法、比较法
和综合法。其机理都是通过接收天线位置与波前的关系获
得示向度。
3. 1 最大信号法
它是利用具有强方向性的天线进行测向，此方法无论在
水平或者垂直方 向 上，都 在 某 个 角 度 有 增 益 最 大 点，且 随 来
（2）
则 A 和 B 天线接收的信号电压为：
EA = Ecos（ ωt + Φ /2） = Ecos［ωt + （2π / λ） dcosθ］（3） EB = Ecos（ ωt － Φ /2） = Ecos［ωt － （2π / λ） dcosθ］（4）
图 3 爱德考克天线接收信号示意
求其“和”与“差”得：
E + = 2Ecosωt·cos［（ πd / λ） sinθ］
（5）
E － = 2Ecosωt·sin［（ πd / λ） sinθ］
（6）
则测向函数为：
F = tan［（ πd / λ） sinθ］ = E － / E +
（7）
因此，来波与参考方向夹角：
θ = arcsin［（ λ / πd） arctan（ E － / E + ） ］
第二类：等幅 等 相 位 面 法。它 是 找 出 波 前 的 空 间 位 置， 也即场强的等幅 等 相 位 面 的 位 置，再 求 其 法 线 方 向，由 此 来 推断波前的传播方向。确定等幅等相位面的位置的方法有 许多，可以根据电 磁 波 性 质，观 察 开 设 于 不 同 观 察 点 的 三 幅 或者多幅天线单元接受信号的幅度、相位、时间和周期关系， 通过各天线单元接收信号之间上述量的关系，求得波前及法 线方向，也即来波方向，也叫波前法。
电扫描比幅无线电测向技术研究
No. 3. 2010 （ Todal No. 38）
艾尔肯·艾则孜
（ 乌鲁木齐职业大学，乌鲁木齐 830002）
摘 要：无线电测向是无线电管理的重要技术手段，是实现无线电频谱和谐的关键技术支撑。本文通过对无线电测向的基本原理
的分析研究，重点引出电扫描比幅测向的理论推导，为解决实际工作的问题提供理论支持。
1） 精确度，一般测向机的精确度子 1° ～ 3°。通常的标称 精度存在两个系统误差分量：方位误差和频率误差。方位误 差取决于信号的 入 射 方 向，频 率 误 差 是 一 种 测 向 误 差，是 所 选频率的函数。整体而言，系统精确度是在信号有足够的信 噪比时定义的，一般精确度不考虑由传播介质和多径效应引 起的误差。
多个天线单元按 照 一 定 要 求 进 行 安 装，通 常 是 对 称 的，安 装
好的天线的极坐标方向图具有交叠部分。
3. 4 综合法
综合法是wenku.baidu.com用最大和最小测向法，以及天线阵测向法的
测向机制综合进 行，其 代 表 为 乌 兰 韦 伯 测 向 机，在 此 不 做 重
点阐述。
4 结束语
本文讨论了无线电测向相关技术。比幅测向，又可以分 为最大信号法、最 小 信 号 法、比 较 法 和 综 合 法。 其 机 理 都 是 通过接收天线位置与波前的关系获得示向度，重点对比幅测 向中方位的计算方法进行推导。
轴与来波方向一 致，从 而 测 得 来 波 方 向，其 与 参 考 方 向 的 夹
角即是测得的方位角。
3. 2 最小信号法
它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，天 线 输 出 最 小 值 时，天 线 方 向 图 零 点 指 向
即为来波方向。测 向 时，变 化 天 线 位 置，比 较 天 线 在 不 同 位
4） 去极化影响，是指测向天线和入射波间的极化平面的 偏移。测向机的极化影响主要取决于所使用的天线系统及 相应的测向方法。
5） 同信道干扰影响，是指在所选带宽内，除有用信号外， 如果同时还收到其它信号所产生的干扰。要求测向机能够 辨别并认识同信 道 干 扰 造 成 的 错 误 方 位 角 ，有 时 候 还 要 求， 在有同信道干扰或认为干扰的情况下，测向机也能够识别取 得每一个信号方位角。
第三类：综合法。它是利用电磁波在一个小区域内表现 的特性来确定信号的方向的方法。 2. 2 无线电测向机技术指标
通常把能够用来进行无线电测向的设备，称为无线电测 向机。其组成结构见图 1。
无线电测向系统是一个能量变换器，可以将电磁波的电
图 1 测向机组成 磁能变为电能。一般来说，它是一种幅度敏感器。天线对测 向机的性能油重要意义，它和电波性质共同决定测向的实现 方法。整个无线电测向机的技术指标有：
（8）
在式（5） 与（6） 中，经过分析可以看到，当噪声对两个信
号幅度影响不相同时，求得的方向夹角将不可信。在最小信
号法中，不可靠的角度范围有下式决定：
2Esin［（ πd / λ） sinθmin ］ = R
（9）
在最大信号法中，不可靠的角度范围有下式决定：
2E｛1 － cos［（ πd / λ） sinθmax ］｝ = R
— 82 —
置测向机输出信号的大小，直至找到测向机输出信号最小的
天线位置，这时波的波前法线与天线接收最小信号时指向一
致，参考方向与天线的最小值指向的夹角，就是来波方位角。
最小信号法的典型实用设备是人工或自动听觉小音点测向
机，它们只能对地面来波方向进行测向。常用的天线形式为
单环天线、间隔环天线和可旋转的爱德考克天线。
（10）
通常，θmin 和 θmax 都比较小，取其近似值，相除得到：
θmax / θmin = 2 （ E / R） 1 /2
（11）
上式说明在最大法中，一般情况下 E / R > 1 不可靠的角
度范围远远 大 于 在 最 小 信 号 测 向 法 中 的 不 可 靠 角 度 范 围。
显然，最小信号法有较高的测向精度。比幅测向法的两个或
［收稿日期］2010 － 04 － 09 ［作者简介］艾尔肯·艾则孜 （1969 － ） ，男，维吾尔族，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要研究方向为电子信息与无线电应用。
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2010 年 第 3 期 （ 第 38 卷）
黑龙江水利科技 Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
3）抗波前失真性能（ 相干干扰）。无论采用何种测向技 术，测向机都是从 电 磁 场 中 获 得 方 位 信 息，通 常 是 假 定 电 磁 场均匀无失真，在此种假想下，波前为平面，等相位线和等幅 度线均为平行的直线，如图 2 所示。
关键词：比幅测向；无线电测向；测向机；信号检测
中图分类号：TN98
文献标识码：A
1引言
无线电测向的目的是利用无线电波的传播特性来测定 任意电磁辐射的示向线的过程，在无线电管理中是一项非常 重要的技术手段，是为无线电管理执法行政管理提供依据的 主要措施。目前，无 线 电 业 务 的 飞 速 发 展，对 无 线 电 管 理 的 要求也越来越高，测向机在无线电管理中的作用和地位也越 来越大。无线电测向机是一种探测设备，可以在理论情况下 测定电磁波 的 到 达 方 向 或 相 对 于 某 一 参 考 方 向 的 方 位 角。 根据技术体制的 不 同，无 线 电 测 向 技 术 分 为 两 个 基 本 领 域： 幅度测向系统和相位测向系统。本文将对幅度测向系统中 的比幅发法测向技术做相关研究。
DOI:10.14122/j.cnki.hskj.2010.03.113
2010 年 第 3 期 （ 第 38 卷）
黑龙江水利科技 Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
文章编号：1007 － 7596（2010）03 － 0081 － 02
3. 3 比幅测向法
它是利用两幅或多幅结构和电气性能相同的天线实施
测向的。这种天线的典型代表就是爱德考克天线，其接收信
号示意图如图 3 所示。其方向函数推导为：
电波到达 A 和 B 的两个波前相差为：
Φ = （2π /λ）2dcosθ
（1）
设到达 A 和 B 连线中点的来波电压为：
E0 = Ecosωt
波方向偏离这个 角 度 的 变 化，增 益 逐 渐 下 降，在 其 余 角 度 上
增益较小。简言之，就 是 随 着 来 波 方 向 的 不 同，也 就 是 角 度
的不同，接收到的信号幅度也不同。测向时，变化天线位置，
改变天线方向图最大指向，比较天线在不同位置测向机输出
信号的大小，当输 出 幅 度 最 大 时，天 线 方 向 图 主 辩 径 向 中 心
2 无线电测向技术相关研究
2. 1 基本测向原理 根据电磁波的结构与运动状态，可以将测向的基本方法
分为 3 类： 第一类：极化 测 向 法。 它 是 在 一 个 观 察 点，同 时 测 量 电
场和场强方向，也即其极化方向。。在知道了场强方向后，就 可以根据电磁波的相关性质来确定电波的传播方向，也叫场 强法。
参考文献：
［1］ 顾敏剑 . 多波束比幅测向系统精度分析［J］. 舰船电子对抗， 2007（3） ：70 － 73.
［2］ 冯敏，陈有臸 . 宽带电扫描单脉冲测向技术［J］. 信息与电子 工程，2006（02） ：138 － 140.
［3］ 刁鸣 . 雷达对抗技术［M］. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 2005.
No. 3. 2010 （ Todal No. 38）
图 2 窄 /宽孔径测向天线
3 电扫描比幅测向
比幅测向，又可以分为最大信号法、最小信号法、比较法
和综合法。其机理都是通过接收天线位置与波前的关系获
得示向度。
3. 1 最大信号法
它是利用具有强方向性的天线进行测向，此方法无论在
水平或者垂直方 向 上，都 在 某 个 角 度 有 增 益 最 大 点，且 随 来
（2）
则 A 和 B 天线接收的信号电压为：
EA = Ecos（ ωt + Φ /2） = Ecos［ωt + （2π / λ） dcosθ］（3） EB = Ecos（ ωt － Φ /2） = Ecos［ωt － （2π / λ） dcosθ］（4）
图 3 爱德考克天线接收信号示意
求其“和”与“差”得：
E + = 2Ecosωt·cos［（ πd / λ） sinθ］
（5）
E － = 2Ecosωt·sin［（ πd / λ） sinθ］
（6）
则测向函数为：
F = tan［（ πd / λ） sinθ］ = E － / E +
（7）
因此，来波与参考方向夹角：
θ = arcsin［（ λ / πd） arctan（ E － / E + ） ］
第二类：等幅 等 相 位 面 法。它 是 找 出 波 前 的 空 间 位 置， 也即场强的等幅 等 相 位 面 的 位 置，再 求 其 法 线 方 向，由 此 来 推断波前的传播方向。确定等幅等相位面的位置的方法有 许多，可以根据电 磁 波 性 质，观 察 开 设 于 不 同 观 察 点 的 三 幅 或者多幅天线单元接受信号的幅度、相位、时间和周期关系， 通过各天线单元接收信号之间上述量的关系，求得波前及法 线方向，也即来波方向，也叫波前法。
电扫描比幅无线电测向技术研究
No. 3. 2010 （ Todal No. 38）
艾尔肯·艾则孜
（ 乌鲁木齐职业大学，乌鲁木齐 830002）
摘 要：无线电测向是无线电管理的重要技术手段，是实现无线电频谱和谐的关键技术支撑。本文通过对无线电测向的基本原理
的分析研究，重点引出电扫描比幅测向的理论推导，为解决实际工作的问题提供理论支持。
1） 精确度，一般测向机的精确度子 1° ～ 3°。通常的标称 精度存在两个系统误差分量：方位误差和频率误差。方位误 差取决于信号的 入 射 方 向，频 率 误 差 是 一 种 测 向 误 差，是 所 选频率的函数。整体而言，系统精确度是在信号有足够的信 噪比时定义的，一般精确度不考虑由传播介质和多径效应引 起的误差。
多个天线单元按 照 一 定 要 求 进 行 安 装，通 常 是 对 称 的，安 装
好的天线的极坐标方向图具有交叠部分。
3. 4 综合法
综合法是wenku.baidu.com用最大和最小测向法，以及天线阵测向法的
测向机制综合进 行，其 代 表 为 乌 兰 韦 伯 测 向 机，在 此 不 做 重
点阐述。
4 结束语
本文讨论了无线电测向相关技术。比幅测向，又可以分 为最大信号法、最 小 信 号 法、比 较 法 和 综 合 法。 其 机 理 都 是 通过接收天线位置与波前的关系获得示向度，重点对比幅测 向中方位的计算方法进行推导。
轴与来波方向一 致，从 而 测 得 来 波 方 向，其 与 参 考 方 向 的 夹
角即是测得的方位角。
3. 2 最小信号法
它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，天 线 输 出 最 小 值 时，天 线 方 向 图 零 点 指 向
即为来波方向。测 向 时，变 化 天 线 位 置，比 较 天 线 在 不 同 位
4） 去极化影响，是指测向天线和入射波间的极化平面的 偏移。测向机的极化影响主要取决于所使用的天线系统及 相应的测向方法。
5） 同信道干扰影响，是指在所选带宽内，除有用信号外， 如果同时还收到其它信号所产生的干扰。要求测向机能够 辨别并认识同信 道 干 扰 造 成 的 错 误 方 位 角 ，有 时 候 还 要 求， 在有同信道干扰或认为干扰的情况下，测向机也能够识别取 得每一个信号方位角。
第三类：综合法。它是利用电磁波在一个小区域内表现 的特性来确定信号的方向的方法。 2. 2 无线电测向机技术指标
通常把能够用来进行无线电测向的设备，称为无线电测 向机。其组成结构见图 1。
无线电测向系统是一个能量变换器，可以将电磁波的电
图 1 测向机组成 磁能变为电能。一般来说，它是一种幅度敏感器。天线对测 向机的性能油重要意义，它和电波性质共同决定测向的实现 方法。整个无线电测向机的技术指标有：
（8）
在式（5） 与（6） 中，经过分析可以看到，当噪声对两个信
号幅度影响不相同时，求得的方向夹角将不可信。在最小信
号法中，不可靠的角度范围有下式决定：
2Esin［（ πd / λ） sinθmin ］ = R
（9）
在最大信号法中，不可靠的角度范围有下式决定：
2E｛1 － cos［（ πd / λ） sinθmax ］｝ = R
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置测向机输出信号的大小，直至找到测向机输出信号最小的
天线位置，这时波的波前法线与天线接收最小信号时指向一
致，参考方向与天线的最小值指向的夹角，就是来波方位角。
最小信号法的典型实用设备是人工或自动听觉小音点测向
机，它们只能对地面来波方向进行测向。常用的天线形式为
单环天线、间隔环天线和可旋转的爱德考克天线。
（10）
通常，θmin 和 θmax 都比较小，取其近似值，相除得到：
θmax / θmin = 2 （ E / R） 1 /2
（11）
上式说明在最大法中，一般情况下 E / R > 1 不可靠的角
度范围远远 大 于 在 最 小 信 号 测 向 法 中 的 不 可 靠 角 度 范 围。
显然，最小信号法有较高的测向精度。比幅测向法的两个或
［收稿日期］2010 － 04 － 09 ［作者简介］艾尔肯·艾则孜 （1969 － ） ，男，维吾尔族，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要研究方向为电子信息与无线电应用。
— 81 —
2010 年 第 3 期 （ 第 38 卷）
黑龙江水利科技 Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy