不同无线电测向的原理

不同无线电测向的原理

通过测试无线电波到达某处时的一些参数，能够获得无线电波的来向。对于一个固定测向站来说，在V/UHF频段，通常只测试电波在水平面上的来向，在HF的频段，通常还要测量它的仰角。由于无线电波具有特定的传播规律，根据两个以上站点测得的电波来向，或者一个站点测得的来向、仰角、跳次数据和电离层反射区高度等数据可以得知无线电发射台的位置。通过测试无线电波到达某处时的一些参数，能够获得无线电波的来向。对于一个固定测向站来说，在V/UHF 频段，通常只测试电波在水平面上的来向，在HF的频段，通常还要测量它的仰角。由于无线电波具有特定的传播规律，根据两个以上站点测得的电波来向，或者一个站点测得的来向、仰角、跳次数据和电离层反射区高度等数据可以得知无线电发射台的位置。

根据不同无线电测向的原理，通常有幅度测向法、相位测向法、空间谱估计测向法和时差测向法。

1、幅度测向法

幅度测向法是历史最悠久的测向方法。常见的幅度测向法采用一付有方向性的天线，通过旋转天线，找到信号最强的方向（大音点测向法）或者信号最弱的方向（小音点测向法），就可以确定来波方向。业余无线电测向（猎狐）均基于幅度测向法。

采用旋转天线的方法测向，设备十分简单。对于无线电爱好者而言，可以用具有方向性的八木－宇田天线，接上具有测量信号强度功能的接收机（例如对讲机和可变衰减器的组合）构成测向系统。这种测向系统适合于一个人携带使用，在接近发射源的时候最为有效。由于这种测向系统需要人工或者电动旋转天线，它的响应时间很长，如果需要捕捉短促信号持续时间很短，或者信号强度本来就在不停变化，则难以取得有效结果。

为了克服旋转天线响应时间长的缺点，发展了沃特森－瓦特测向机。它用两付相互正交的艾德考克天线接收无线电信号，两付天线的信号分别送入两台接收机，并将接收机的电压输出（与信号幅度线性

相关）分别送入示波器的X、Y偏转器，即可在显示屏上显示一条代表来波方向的亮线。这种测向机结构同样较为简单，有兴趣的爱好者可以自制。

2、相位测向法

相位测向法能够获得较高的测量精度。如果在一个平面上设立至少两个相距很近的天线，由于天线间存在距离，它们收到的无线电信号就存在相位差。利用专门的相位比较电路或者数字信号处理技术，可以精确的测得相位差的数值。根据相位差，就可以计算出电波的方向。上述测向方法是相位测向法的一种，叫做干涉仪测向法。除了这种方法之外，还可以用多普勒频移原理构成相位测向系统。在一个圆周上安装若干天线，采用电子开关按照一定的顺序沿着圆周选通这些天线，这时，这个沿圆周排列的天线阵就可以等效为一付沿圆周旋转的全向天线。对于一束电波而言，天线旋转到圆周的不同位置，由于多普勒现象的影响，天线输出的信号的相位将各不相同。通过比较信号的相位，也可以计算出来波方向。

相关干涉仪测向是在干涉仪基础上发展起来的。为了测得较高的频率而不发生相位混叠，干涉仪的每一根天线必须靠得很近，天线之间不可避免要产生相互影响，使得相位差并不能完全代表来波的方向。为了克服这个缺陷，人们不再直接通过测量相位差来测量来波方向，而是先在标准的环境下，记录围绕天线一周的不同来波在天线上反映出来的相位关系，做成一个数据库。在实际测向的时候，任何一个来波会在天线阵的不同天线上反映出特有的相位关系。通过查找，找到数据库中与实际测向中遇到的相位关系最相符合（相关）的一组实验数据，将获得这组实验数据时的来波方向作为实际测向的结果。相关干涉仪的发明是无线电测向技术中最伟大的发明之一，它巧妙的克服了天线带来的误差，使测向准确度大幅度提高。目前，我国无线电管理机构的测向站几乎全部安装了相关干涉仪。

相位测向法的设备比较复杂，除多普勒测向机外，一般爱好者难以自制。

3、空间谱估计测向法

空间谱估计测向法的理论早在20世纪60年代末就开始研究，但是由于无法制造高同一性的多信道接收机，一直未获实际应用。直到90年代末，国外才有商品测向机推出。我国近年来也研制了自己的空间谱估计测向设备，目前只装备部队。空间谱估计测向法需要一个由多个天线组成的天线阵列，每个天线都配备一台接收机，所有接收机的相位特性必须精确一致。这些接收机的输出信号分别代表着相应天线收到的电波的情况，将这些输出信号数字化，利用高速计算机进行处理，通过所有这些信号的幅度、相位等的关系，即可确定发射源的数量，来波的方向等信息。它的形式类似于相控阵雷达。

空间谱估计测向法的优势是具有极高的分辨力，具有远高于传统方法的测向精度以及能够同时测量同一频率的多个信号。比如，有5个电台在不同方位同时在同一个精确相同的频率上发射，传统的相位测向法完全无法测出任何一个电台的方向，采用旋转天线的幅度测向法也会因为极大的测向误差而很难实施，而空间谱估计测向法可以同时精确测出这5个电台的来波方向。自从90年代自适应同频中继站进入军事通讯以后，战场上可以布置若干个同频中继站，发信电台和这些中继站都在一个精确相同的频率上发射信号。用传统测向方法无法准确测定任何一个台站的位置，对电子侦察极为不利。发展空间谱估计测向技术以后，这个壁垒被突破了。

空间谱估计测向设备复杂而且十分昂贵，目前实验机的造价通常都在百万人民币，业余爱好者难以企及。

4、时差测向法

一般的无线电信号都带有调制，可以根据调制来判断电波到达两个相距较远的台站的时间差，从而确定方向。例如，一部在美国的广播电台发射了一个调制有声音的信号，在中国海南和成都的两个接收站都能收到。当海南的接收站听到信号传来的一位女士的尖叫声后0.01秒，成都的接收站才收到这个叫声。根据两个站收到同一个声音的时间差，就可以计算出这个广播电台是在美国南部，还是在阿拉斯加。用这种方法进行测向，与现有的幅度测向法或者相位测向法比起来，是一种新颖的方法。在没有任何专门的幅度或者相位测向设备的

情况下，这种方法显得十分珍贵。

如果地面上有一个发射台对着天上发射，要确定这个发射台的位置便十分困难。因为它发出的电波只有太空中的卫星可以收到，而已经有的卫星又没有装备任何测向设备。这时，便只有通过已有的多颗卫星来转发这个发射台的信号，在地面上求得该台电波到达各个卫星的时间差，从而确定发射台的位置。境外反华势力攻击鑫诺卫星，就是通过这种办法确定其发射台位于台湾省的。

时差测向法的反向运用，是通过测量已知位置的两个发射台信号的时间差，来确定自己的位置，这就是历史上颇有影响的“罗兰”导航系统的原理。

时差测向法的应用并不复杂，主要难点是找信号的特征，从而便于在两个相距很远的地方测量信号的时差。目前通过数字信号处理，完全可以利用相关函数求极值的办法计算出相关信号的时差，且信号占用的带宽越宽（或者说调制的内容越多），计算结果越精确；当多个时差测定站联网工作时，可以直接定位，免去了来波方向计算及图上交绘定位等程序，还提高了定位精度。当前，我国无线电管理部门正在装置新型而时差测量装置，对于一般的目标，定位精度可高达30米。由于有GPS等较为精确的时号系统，业余爱好者进行制作而言也不是难事。对于现在十分令人厌恶的短波恶意干扰，爱好者可以考虑有组织的尝试用时差测向法来确定干扰源的位置。

根据不同无线电测向的原理，通常有幅度测向法、相位测向法、空间谱估计测向法和时差测向法。

1、幅度测向法

幅度测向法是历史最悠久的测向方法。常见的幅度测向法采用一付有方向性的天线，通过旋转天线，找到信号最强的方向（大音点测向法）或者信号最弱的方向（小音点测向法），就可以确定来波方向。业余无线电测向（猎狐）均基于幅度测向法。

采用旋转天线的方法测向，设备十分简单。对于无线电爱好者而言，可以用具有方向性的八木－宇田天线，接上具有测量信号强度功能的接收机（例如对讲机和可变衰减器的组合）构成测向系统。这种测向系统适合于一个人携带使用，在接近发射源的时候最为有效。由于这种测向系统需要人工或者电动旋转天线，它的响应时间很长，如果需要捕捉短促信号持续时间很短，或者信号强度本来就在不停变化，则难以取得有效结果。

为了克服旋转天线响应时间长的缺点，发展了沃特森－瓦特测向机。它用两付相互正交的艾德考克天线接收无线电信号，两付天线的信号分别送入两台接收机，并将接收机的电压输出（与信号幅度线性相关）分别送入示波器的X、Y偏转器，即可在显示屏上显示一条代表来波方向的亮线。这种测向机结构同样较为简单，有兴趣的爱好者可以自制。

2、相位测向法

相位测向法能够获得较高的测量精度。如果在一个平面上设立至少两个相距很近的天线，由于天线间存在距离，它们收到的无线电信号就存在相位差。利用专门的相位比较电路或者数字信号处理技术，可以精确的测得相位差的数值。根据相位差，就可以计算出电波的方向。上述测向方法是相位测向法的一种，叫做干涉仪测向法。除了这种方法之外，还可以用多普勒频移原理构成相位测向系统。在一个圆周上安装若干天线，采用电子开关按照一定的顺序沿着圆周选通这些天线，这时，这个沿圆周排列的天线阵就可以等效为一付沿圆周旋转的全向天线。对于一束电波而言，天线旋转到圆周的不同位置，由于多普勒现象的影响，天线输出的信号的相位将各不相同。通过比较信号的相位，也可以计算出来波方向。

相关干涉仪测向是在干涉仪基础上发展起来的。为了测得较高的频率而不发生相位混叠，干涉仪的每一根天线必须靠得很近，天线之间不可避免要产生相互影响，使得相位差并不能完全代表来波的方向。为了克服这个缺陷，人们不再直接通过测量相位差来测量来波方向，而是先在标准的环境下，记录围绕天线一周的不同来波在天线上反映

出来的相位关系，做成一个数据库。在实际测向的时候，任何一个来波会在天线阵的不同天线上反映出特有的相位关系。通过查找，找到数据库中与实际测向中遇到的相位关系最相符合（相关）的一组实验数据，将获得这组实验数据时的来波方向作为实际测向的结果。相关干涉仪的发明是无线电测向技术中最伟大的发明之一，它巧妙的克服了天线带来的误差，使测向准确度大幅度提高。目前，我国无线电管理机构的测向站几乎全部安装了相关干涉仪。

相位测向法的设备比较复杂，除多普勒测向机外，一般爱好者难以自制。

3、空间谱估计测向法

空间谱估计测向法的理论早在20世纪60年代末就开始研究，但是由于无法制造高同一性的多信道接收机，一直未获实际应用。直到90年代末，国外才有商品测向机推出。我国近年来也研制了自己的空间谱估计测向设备，目前只装备部队。空间谱估计测向法需要一个由多个天线组成的天线阵列，每个天线都配备一台接收机，所有接收机的相位特性必须精确一致。这些接收机的输出信号分别代表着相应天线收到的电波的情况，将这些输出信号数字化，利用高速计算机进行处理，通过所有这些信号的幅度、相位等的关系，即可确定发射源的数量，来波的方向等信息。它的形式类似于相控阵雷达。

空间谱估计测向法的优势是具有极高的分辨力，具有远高于传统方法的测向精度以及能够同时测量同一频率的多个信号。比如，有5个电台在不同方位同时在同一个精确相同的频率上发射，传统的相位测向法完全无法测出任何一个电台的方向，采用旋转天线的幅度测向法也会因为极大的测向误差而很难实施，而空间谱估计测向法可以同时精确测出这5个电台的来波方向。自从90年代自适应同频中继站进入军事通讯以后，战场上可以布置若干个同频中继站，发信电台和这些中继站都在一个精确相同的频率上发射信号。用传统测向方法无法准确测定任何一个台站的位置，对电子侦察极为不利。发展空间谱估计测向技术以后，这个壁垒被突破了。

空间谱估计测向设备复杂而且十分昂贵，目前实验机的造价通常

都在百万人民币，业余爱好者难以企及。

4、时差测向法

一般的无线电信号都带有调制，可以根据调制来判断电波到达两个相距较远的台站的时间差，从而确定方向。例如，一部在美国的广播电台发射了一个调制有声音的信号，在中国海南和成都的两个接收站都能收到。当海南的接收站听到信号传来的一位女士的尖叫声后0.01秒，成都的接收站才收到这个叫声。根据两个站收到同一个声音的时间差，就可以计算出这个广播电台是在美国南部，还是在阿拉斯加。用这种方法进行测向，与现有的幅度测向法或者相位测向法比起来，是一种新颖的方法。在没有任何专门的幅度或者相位测向设备的情况下，这种方法显得十分珍贵。

如果地面上有一个发射台对着天上发射，要确定这个发射台的位置便十分困难。因为它发出的电波只有太空中的卫星可以收到，而已经有的卫星又没有装备任何测向设备。这时，便只有通过已有的多颗卫星来转发这个发射台的信号，在地面上求得该台电波到达各个卫星的时间差，从而确定发射台的位置。境外反华势力攻击鑫诺卫星，就是通过这种办法确定其发射台位于台湾省的。

时差测向法的反向运用，是通过测量已知位置的两个发射台信号的时间差，来确定自己的位置，这就是历史上颇有影响的“罗兰”导航系统的原理。

时差测向法的应用并不复杂，主要难点是找信号的特征，从而便于在两个相距很远的地方测量信号的时差。目前通过数字信号处理，完全可以利用相关函数求极值的办法计算出相关信号的时差，且信号占用的带宽越宽（或者说调制的内容越多），计算结果越精确；当多个时差测定站联网工作时，可以直接定位，免去了来波方向计算及图上交绘定位等程序，还提高了定位精度。当前，我国无线电管理部门正在装置新型而时差测量装置，对于一般的目标，定位精度可高达30米。由于有GPS等较为精确的时号系统，业余爱好者进行制作而言也不是难事。对于现在十分令人厌恶的短波恶意干扰，爱好者可以考虑有组织的尝试用时差测向法来确定干扰源的位置。