短波监测单站定位技术研究

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…
时将会严 重衰减 ，频率 越低 ，衰 减越大 。而且在Ｄ 中 层 的衰减量远远大于Ｅ 层 ，所 以称Ｄ 为吸收层 。 、Ｆ 层
，
Ｅ 层全天都存 在 ，高度 为９ 公里 ～１ ０ Ｏ 公里 ，其性能 ５ 比较稳定 ，受季 节 、太 阳等 因素的影 响较小 。Ｅ 最大 层 电子密度发生在 １Ｏ 公里 处。 １ Ｆ 层是 短波通 信 中最重要 的一层 在一 般情况 下 ，
监 测 检 测
Ｍ ｏ ｔ ｒｎ ｎｉ ｉｇ＆ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔ ｃｉ ｏ
短波监测单站定位技术研究
■ 国家 无 线 电监 测 中心 陕 西 监 测站 南 楠
在现代短波 通信监测 中 ．定位远 距离通信信 号时通 常采 用双站定位 的 “ 角法 ”。但在 实际监测 中 ．如果 三
（＝ａｃｉ［ｎ（Ｏ ｏ （） Ｃ Ｓｏ） ｎ ｃ ｓ ） ０ ｒｓ ｓ （ ｃｓＬ ＋ Ｏ（ ０ ｉ ｎｉ ｏ ｃ ｓ ｏ 】
一 。＋ ａ ｃｓｎ ｒ ｉ 三
。
要保证 交会定位 的精度 ，需 要两个无线 电测 向站 的间距
足够大 ．并且所测 电台与两个 测向站不在 同一直线上 。
其 中 ．Ｘ 、０ｏ ， ０分别 为测 向站 的经度 与纬度 ｄ为 目 ｏ
此外 ，两个 测 向站 间距较大 时 ．测向结果 可能分属两个 标点相 对于测 向站 以真北 为基准 的方位 角 ，Ｌ 为测 向站 不 同的信 号。基于这 些 因素 ．将 单站定位 技术运用到短 到 目标 的大圆距 离。 波监测定位工作 中是非常有必要 的。
屯离屡
２影响短波单站定位的重要因素
２ １电离层 ．
电离层 等效高度是短波单站 定位 的基础 。电离层被
人 为地 分 为 几层 ，即Ｄ、Ｅ Ｆ层 。 、Ｆ和
上一
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一
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。
Ｄ 白天 高度为６ 公里 ～９ 公里 ，但夜 间消失 不 层 Ｏ ０ 再 对短 波通信产 生影 响。Ｄ 的电子 浓度不足 以反射短 层 波 所 以短波 以天波传播 时将 穿过Ｄ ，不过在穿过Ｄ 层 层
２ ２电离层高度的精确定位 ．
获得 电离层高度 的方 法有两种 ，其一是 通过电离层 模型来进行 估计 。选择一 种能较好地描述 电波传播路径
图２摩尔斯电报音频频谱和信号 呼号 的解码
短波 监 测主 要是 对信 号 特性 进行 识 别 。可 以利 用
中点 的电离层变化情 况的电离层模型 ，并确定相应 的参 监听天线灵敏度 高的特点 ，在短波 频段 内搜 索分辨 出需 数 。只有不断修正 电离层模型 ．单 站定位才会获得 足够 要查找 的被 测信号的准确频率 、信号调制特 征等 ，然后
（ ）１ 年 周期 变化 。太 阳活动 性一般 用太 阳一年 调 制形 式等 信号 特征 ，为 引导测 向 系统工 作提 供先 决 ３ １
的 平 均 黑 子 数 来 代 表 ，太 阳 黑 子 的 变 化 周 期 大 约 是 １ 条 件 １
年 ．因此 电离层的 电子浓度也与这１ 年变化周期有关。 １ （ ４）随地 理位置 变化 。电离层 的特 性随地理 位置 不 同也是 有变化 的。赤道 附近太 阳照射 强 ，南北极 弱 ，
（ ） 日 夜 变化 。 电离 层 中 的 大 气 电 离 能 量 主 要 来 １
自更高的 电离层 区域。电离层 的密度和层高有较 明显的
日夜 变化 。
３ １利用监听 分析 系统识别信号特征 ．
监 听 系统 由全 向天 线 、定 向天 线 、天线 共 用器 、
（ ）季节 变化。 日出之后 ．各层 电子 浓度开始 增 天 线 矩 阵 交 换 开 关 、 短 波 接 收 机 、 短 波 信 号 处 理 与 监 ２ 加 ．到正午 时达到最大值 之 后又开始减小 。由于不 同 听分 析 系统 、短 波数 据库 等 组成 通过 操 控短 波监 听 季节太阳的照射不同 夏季 的电子浓 度大于冬季 。 系统各 环节 设施 来准 确分 辨 和确 定被 测信 号 的频率 、
一
尺
…
ｓｎ ｉ
远距 离短 波通信都 选用Ｆ 层作 反射层 。这是 由于和 其他 导 电层相 比 它具有最 高的浓度 ，因而可 以允许 传播最 远的距离 ．所 以称Ｆ 层为反射层。Ｆ 层在 白天分裂成Ｆ和Ｆ 层 。Ｆ 高度为１ Ｏ 层 公里 ～２０ ５ ０ 公里 ，Ｆ层 的高度 为２ ０ ０ 公 里 ～１ ０ 公里 。Ｆ 的电子 浓度最 大但不稳 定。 由于 太 ００ 层
（ ）短 波 信 号 以表 面 方 式 传播 时 ．衰 耗很 快 ， １
电离层探测站测试得到。 在一般情况下 ，电离层 状态的修正是 由测 向机 本身
来 完成 的 为 此 ．可 以调 整 电 离 层 的某 一 标 准 剖 面 ，直
其传 输 距离 仅 为数十 公 里 ，且频 率越 高 ，传 输距 离越 到 已知台的位置尽可能 准地从测得 的入射 角推算 出来 。
（ ）日出和 日落时 电离层 的参 数 变化最 为剧烈 ， ４
是 短 波 空 间传 播 最 不 稳 定 的 时 段 。
道。 由于短波信号 密度大 同时具有 实时性 、频率使 用 随机 性 、同信道 干扰性等特点 ，如何 准确认定被测定 的 信号是短 波单站定位 的关键 。
在短波的传播过程中 ．电离层有 如下变化规律 ：
一
条入射线分裂成 两条反射线而 生成 正常波 ”和 “ 非 的精度 。重 要的参数——太 阳黑 子数 ，可 以通过访 问美
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
正 常波” 。这些均 可在接收点产 生 多径接收 ” 造成 国国家 海洋和大气管理局 的网站得到 。其二是 可以通过 电磁场强度剧 烈变化 的干扰衰 落。 电离层在短波通信 中呈现出如下特点 ：
７ 中 无 电 （￣ Ｉ ２ 陶 线 ２１ ，期 ） ｏ １
近
修 正 后 的剖面 可 以比较 好地 表示 电离层 实际 存在 的状
（ ）短 波 信 号 以 空 间 波 方式 传 播 时 ，利 用 了Ｆ层 作 态 ，并可实现对 未知 电台较准确的定位 。 ２
反射层 ，通信距离一般 可达 ２０ 公里 ～４ ０ 公里 。由于 ００ ００ Ｆ层 的参数 受太阳活动 的影响较 大 ．因而传 播特性不稳 ： 定 ．在接收端 会出现周期性的衰落 。 （ ）由于 电离层 反射与 反射 区域的 电子浓度 、使 ３ 为 了充分 利 用短 波通 信 的优 点 ，短波通 信 实 际使
３被测信 号的准确认定
５ ０ Ｚ Ｚ 用频率及 电波进入 电离层 的入射角有关 ，因而在短波通 用的频率范围是１ ＭＨ ～３ＭＨ 。按照规定 ，每个短波
信 中存 在 接 收 静 区 。在 静 区 内 既 收 不 到 表面 波 ，也 收 不 电台 占用３ ７ Ｈ 的频率 宽度 ，而整个 短波频段可利用 的 ｋ Ｚ 到反射波 。 频 率 范 围 只 有 ２ ＭＨ ，全 球 只 能 容 ￣ ７ ０ 多 个 可 通 信 ８５ Ｚ ７０
故 赤 道 附 近 电子 浓 度 大 ．南 北 极 最 小 。
（ ）突发Ｅ 。 它是 发生 在Ｅ ５ 层 区高度 上一种 常见 的
较 为稳 定 的 不 均 匀 结 构 。 该 层 的 出现 是 偶 然 的 ，但 形 成
后 一段 时间 内很 稳定 。我 国上空 突发Ｅ 较 多 ，特别 是 层 夏 季很频 繁 。有时入 射波受 到突发Ｅ 的全反射 而到 达 层 不 了更高 的区域 ，形成 “ 遮蔽 ”现象 。
阳位置 的变化 ．在同一 时间 ，电离层的高度和 电子 浓度 都 会发 生很 大的 变化 。 由于Ｆ层 的不稳定 造成 电波一次
或 二次反射轨道 长度发生 变化 。而电离层的不均匀 性 ， 会造成 扩散反射 ，加上磁离子分裂 现象的存在 ．能够把
监 测 检 测
Ｍｏｎ ｔ ｒ ｇ ＆ Ｄｅ ｅｃ ｉ ｎ ｉ ｉ ｏ ｎ ｔ ｔ ｏ
和交叉定位相 比 ，在具有相 同的方位测量精度 ，并
且 电离层反射高度误 差相对具有保证 的条件下 ，单站定
１短 波单站定位
位 在远距离定位 时具 有优势 ．而交 叉定位 在近距离定位 中有相 对较高 的定位精 度。 由于通信距 离的原 因，无线
短波单站 定位功能是 指在短波 波段 内可 以只用一 台 电监测 站之间 的距离不 可能太远 这将 限制交叉定位的 测 向机 来实现对 被测 电台的定位 。当短波通过 天波传播 有 效 定 位 区域 。 时 ，信 号是通过 电离层 的反 射进行传 播的 。若 反射 信号 的 电离层高度 已知 ．可 由同时具有示 向度及仰 角测 量能 力 的测 向站完成对被测信号 的单站定位 ，如图１ 所示 。