无线电测向的多种方法对比探讨范文

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摘要：在无线电高速发展的今天，对于无线电的方向测量和定位变得十分重要，深入研究无线电测向技术的相关内容变得很有意义。不同的测向方式依据的原理不同，常见类型如幅度比较法、相位比较法和空间谱估计等，不同的测向体制其性能、硬件要求、制作成本、原理算法也不尽相同。文章比较了各类测向技术的优缺点，从其中选择了优势明显方法即空间谱估计加以详细的介绍和研究，对这种测向技术实现了仿真，并对仿真结果进行了分析。

关键词：无线电测向；空间谱估计

1无线电测向体制的比较

1.1测向的主要性能指标

（1）测向准确度准确度就是测量无线电来波方向的准确程度，准确度越高，测向的误差越小。

（2）测向灵敏度灵敏度指的是测向机满足测向误差在一定的范围内时，能够正确处理信号所需要的最小信号强度。

（3）抗干扰性抗干扰指面对复杂的电磁环境，测向机在无数的干扰信号之中正确接收目标信号并正确处理的能力。

（4）仰角测定仰角即与惯性坐标系z轴的夹角，能否测定俯仰角决定是否具备单站定位的能力。

（5）时效性时效性是指从发现目标电磁波到测定出目标电磁波方向所用的时间。

（6）天线阵孔径天线阵孔径指的是天线阵尺寸的大小，一般来说天线尺寸和天线的工作波长有关。在某些场合对天线阵的尺寸有特定的要求。

1.2测向体制

依据不同的测向原理，可以把现有的测向体制归纳为如下的几种。

（1）幅度比较式测向体制幅度比较式测向体制的原理是利用天线的方向特性，从不同方向入射到天线阵的无线电波，天线阵接收到信号的幅度不同，通过比幅从而确定来波方向。幅度比较法原理简单，应用广泛。其优点在于系统较为简单，成本较低，且比较容易适应于在宽频带工作。缺点是测向的准确度和灵敏度均不高。

（2）多普勒测向法多普勒测向法的原理是天线与传播中的目标电波做相互运动，电波遇到天线时产生多普勒效应，信号载频频移，通过测定频移确定来波方向。在实际的生产生活中，转动天线的工艺更复杂更难以实现，故使用圆阵天线，并给天线阵中的每一个天线增加电子开关，顺序打开关闭这些开关，以达到等效于旋转的效果。多普勒测向法的优点是测向灵敏度较高，准确度也能满足一般的需求，并且能同时测定俯仰角。缺点是抗干扰能力较弱且天线尺寸较大。

（3）相关干涉仪测向体制相关干涉仪的测向原理是无线电波从不同方向到达天线阵后，天线阵的每个阵元接收到的相位不同，使得阵元互相之间的相位差不同，通过测定无线电波在阵元上产生的相位差来测量其来波方向。相关干涉仪使用广泛，其测向的精确度和灵敏度都很高，可以满足不同距离的测向需要。本方法的抗干扰能力也较强。但是，相关干涉仪法存在模糊的问题，解模糊一直是相关干涉仪的研究重点，天线阵也要比其他方法复杂，价格更高。

（4）空间谱估计其测向原理是测量天线阵列接收到信号参数后，进行相应的数学运算生成空间谱并送入空间谱估计器，利用确定的算法求取其来波方向。空间谱估计可充分利用天线阵元接收到的全部信息，故其能在多种环境下进行工作。其测向高灵敏度和测向准确度都极高，具有超分辨测向能力。抗干扰能力也远远高于传统测向方法。突出特点是可以完成对几个相干波的同时测向。是出色的现代测向体制。（5）优势体制经过上一小节叙述比较可以知道，在灵敏度、精度、时效性等一系列方面,空间谱估计相比别的体制具有一定优势。

2空间谱估计

2.1空间谱估计与music算法原理

随着无线电技术的发展，电磁环境变得越来越复杂，无线电测向面临的挑战也越来越大，空间谱估计技术是一门近来新兴的空域信号处理技术，可以在复杂的环境尤其是短波测向领域以极高的精度和灵敏度测量出来波信号的方向。空间谱估计是用多传感器阵列构成处理系统，接收并提取信号的特性参数阵列，再配合相应的信号处理算法，从而达到准确估计信号方向的效果。现空间谱估计已提出了多种算法，比较有代表性的算法就是music算法。Music算法是一种基于矩阵特征空间分解的方法。其引入了向量空间的概念，在几何的角度来说，信号处理的观测空间可分为信号子空间和噪声子空间，且这两个空间是正交的。信号子空间由阵列接收到的数据协方差矩阵中与信号对应的特征向量构成，噪声子空间由白噪声对应的特征向量构成。通过两个空间之间的正交性来估计空间谱，提高了测向精度。

2.2music算法

假设有一个M元天线阵，有P个互不相干的信号分别以方位角1、2……x射入天线阵列。

3小结

当信噪比良好时可以准确获得三个信源的来波方向，哪怕信噪比极小时仍可识别出信源方向。充分体现了本算法的先进性。而空间谱估计的测向系统随着技术的发展价格也将变得越来越低廉，无线电测向的应用也会越来越广泛。通信技术飞速发展，以后的无线电波可以承载更多的信息，电磁波目前正在向着频率越来越高，波长越来越短的方向发展，短波测向的要求也越来越高，合适的DOA估计方法也是今后的研究方向。

参考文献：

[1]王瑞.无线电测向信号处理算法[D].西安.西安电子科技大学,2006.

[2]张清清.基于相关干涉的测向技术研究[D].成都.电子科技大学,2013.

[3]郑洪.MUSIC算法与波达方向估计研究[D].成都.四川大学,2005.

作者：刘嘉琦1；朱星星2 单位：1.西北工业大学教育实验学院，2.西北工业大学电子信息学院